EP2668394A1 - Startvorrichtung mit geräuschgedämpftem vorspuraktuator - Google Patents

Startvorrichtung mit geräuschgedämpftem vorspuraktuator

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Publication number
EP2668394A1
EP2668394A1 EP12702777.9A EP12702777A EP2668394A1 EP 2668394 A1 EP2668394 A1 EP 2668394A1 EP 12702777 A EP12702777 A EP 12702777A EP 2668394 A1 EP2668394 A1 EP 2668394A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
armature
starting device
spring
union nut
starting
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Withdrawn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
EP12702777.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Balasubramaniam Venkatasubramaniam
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.)
SEG Automotive Germany 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 EP2668394A1 publication Critical patent/EP2668394A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L33/00—Arrangements for connecting hoses to rigid members; Rigid hose-connectors, i.e. single members engaging both hoses
    • F16L33/22—Arrangements for connecting hoses to rigid members; Rigid hose-connectors, i.e. single members engaging both hoses with means not mentioned in the preceding groups for gripping the hose between inner and outer parts
    • 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
    • F02N15/067—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 the starter comprising an electro-magnetically actuated lever
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H50/00—Details of electromagnetic relays
    • H01H50/16—Magnetic circuit arrangements
    • H01H50/18—Movable parts of magnetic circuits, e.g. armature
    • H01H50/30—Mechanical arrangements for preventing or damping vibration or shock, e.g. by balancing of armature
    • H01H50/305—Mechanical arrangements for preventing or damping vibration or shock, e.g. by balancing of armature damping vibration due to functional movement of armature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H51/00—Electromagnetic relays
    • H01H51/02—Non-polarised relays
    • H01H51/04—Non-polarised relays with single armature; with single set of ganged armatures
    • H01H51/06—Armature is movable between two limit positions of rest and is moved in one direction due to energisation of an electromagnet and after the electromagnet is de-energised is returned by energy stored during the movement in the first direction, e.g. by using a spring, by using a permanent magnet, by gravity
    • H01H51/065—Relays having a pair of normally open contacts rigidly fixed to a magnetic core movable along the axis of a solenoid, e.g. relays for starting automobiles

Definitions

  • the starter pinion is usually rigidly connected to the rotor shaft of the electric motor, for. B. pressed onto this or formed integrally to this.
  • the power supply to the rotor is generally via brushes and a commutator, whereas the stator with windings and / or with
  • Permanent magnet can be equipped.
  • an intermediate gear in particular a planetary gear can be used.
  • the anchor pinion then drives the actual starting pinion via the intermediate gear.
  • a magnetically operated Vorspulaktuator is often provided which serves to engage the Andrehritzels in the number ring on the flywheel of the internal combustion engine.
  • a freewheel is often provided.
  • Combustion engine occur by the up and down movement of the pistons during compression and decompression in the combustion chamber pulsating torque surges.
  • US 5,241,871 discloses a torque limited electric starter for an internal combustion engine.
  • the shaft of the electric motor is with a threaded portion provided, the plate with a disk-shaped drive is engaged.
  • the starter pinion is freely rotatable on the shaft and axially slidably received.
  • Drive plate and the starter pinion is a cup-shaped coupling body made of an elastomer. Wrd the electric motor for starting the internal combustion engine set in rotation, the drive plate screwed due to their inertia in
  • Torque is adjustable by the degree of compression of the coupling body.
  • the freely rotatable starter pinion is used directly for meshing in the number ring of the
  • DE 101 48 670 A1 relates to a starter device for cranking
  • the resilient element can be realized with a torsion bar, an annular element, a meandering leaf spring or a wrap spring.
  • a defined torque limit is - apart from the
  • FR 2 803 125 A1 discloses a DC generator having a rotor and a stator for use in aircraft, in particular helicopters. The current is drawn off via a collector connected to the rotor. The stator is monoblocked to increase the vibration resistance of the generator. A drive pinion of the generator is connected via a flexible coupling with the rotor shaft to the
  • Stops can be moved longitudinally and resiliently supported on the drive-side stop and carries a pressure ring and at least one shim. That of the
  • Multi-plate clutch transmitted torque increases continuously after the start of the armature shaft of the electric motor until a maximum transferable, limited by the at least one shim torque is reached.
  • This embodiment is structurally relatively expensive due to the use of the multi-plate clutch and the transmissible torque varies.
  • Andrehritzel strikes at an end bearing extension of the device and is then frictionally coupled via the driver and the screw to the drive shaft of the electric motor.
  • a damping element which dampens a hard metallic contact between the armature linearly movable armature on the one hand and located in the Vorspuraktuator anchor return and ideally completely avoids.
  • This is on an end face of the housing in the Vorspuraktuators linearly movable armature provided a cover plate to which a trained example as a spiral spring damping element is located. This in turn is connected to a support disk, which is arranged on the tension element, which is actuated with the linearly movable armature.
  • the damping element in the form of a coil spring is used at full energization of the armature moving coils as a retaining element and causes on the last remaining distance of the linearly movable armature in the direction of the armature circuit, that in this case greatly accelerated linearly movable in the housing of the Vorspuraktuators Anchor is braked without affecting the magnetic force generated by the magnetic coils of Vorspuraktuators.
  • the inventively proposed solution is particularly ensured that the magnetic force exerted by the Vorspuraktuator is not affected, so that the maximum according to the dimensions of the Vorspuraktuators generated magnetic force actuation, in particular a lever designed as a fork lever for engaging the Andrehritzels available ,
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a starter for a
  • Figure 3 shows the comparison of the courses of magnetic force and retention force on
  • Toe-in actuator each applied over the path traveled by the linearly moving armature.
  • FIG. 1 shows a starting device 10 in a longitudinal section.
  • the starting device 10 has, for example, a starter motor 13 and a
  • Vorspuraktuator 16 the z. B. may be designed as a relay, in particular as a starter relay on.
  • the starter motor 13 and the electric Vorspuraktuator 16 are at a
  • the starter motor 13 has the task of driving a starter pinion 22 when it is in the ring gear 25 of the illustrated in Figure 1
  • the starter motor 13 has a housing as a pole tube 28, which at its inner periphery
  • Pole shoes 31 carries, each of which may be wrapped by a field winding 34.
  • the pole shoes 31 in turn surround an armature 37, which has an armature packet 43 constructed from fins 40 and an armature winding 49 arranged in grooves 46.
  • Anchor package 43 is pressed onto a drive shaft 44.
  • a commutator 52 is further attached, which is composed, inter alia, of individual commutator fins 55.
  • Commutator bars 55 are electrically connected in a known manner with the armature winding 49, that upon energization of the commutator fins 55 by carbon brushes 58 results in a rotational movement of the armature 37 in the pole tube 28.
  • a arranged between the Vorspuraktuator 16 and the starter motor 13 power supply 61 supplies in the ON state Both the carbon 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.
  • Commutator bearing cover 70 in turn is by means of tie rods 73 which are arranged distributed over the circumference of the pole tube 28, such. As screws, for example, two, three or four pieces mounted in the drive end plate 19. It relies while the pole tube 28 in
  • the armature 37 is adjoined by a sun gear 80, which is part of an epicyclic gear, in particular a planetary gear 83.
  • the sun gear 80 is surrounded by a plurality of planetary gears 86, usually these are three planet gears 86, which are supported by means of roller bearings 89 on journals 92.
  • Planet wheels 86 roll in a ring gear 95, which is mounted outside in the pole tube 28.
  • the planet gears 86 are adjoined by a planet carrier 98, in which the axle journals 92 are received.
  • 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 planetary carrier 98 and the planet gears 86 are added.
  • the ring gear 95 which is ultimately closed by a lid 107 relative to the armature 37.
  • the intermediate bearing 101 is supported with its outer periphery on the inner side of the pole tube 28.
  • the armature 37 has on the end facing away from the commutator 52 end of the drive shaft 44, a further shaft journal 1 10, which is also received in a sliding bearing 113.
  • the sliding bearing 113 in turn is received in a central bore of the planet carrier 98.
  • the planet carrier 98 is integrally connected to the output shaft 1 16.
  • the 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 step 19.
  • the output shaft 116 is divided into several sections: Thus, the section which is arranged in the sliding bearing 104 of the intermediate bearing 101, a section with a
  • Spur gear 125 which is formed as internal toothing, which is part of a shaft-hub connection 128.
  • the shaft-hub connection 128 in this case allows the axially rectilinear sliding of a driver 131.
  • the driver 131 is a sleeve-like extension which is integrally connected to a cup-shaped outer ring 132 of the freewheel 137.
  • the freewheel 137 (directional lock) further includes an inner ring 140 which is radially inward the outer ring 132 is arranged. Between the inner ring 140 and the outer ring 132 clamping body 138 are arranged.
  • the clamping bodies 138 in cooperation with the inner ring 140 and the outer ring 132, prevent a relative movement between the outer ring 132 and the inner ring 140 in a second direction.
  • the freewheel 137 allows a circumferential relative movement between the inner ring 140 and the outer ring 132 in one direction only.
  • the inner ring 140 is made in one piece with the starting pinion 22 and its helical toothing 143 (external helical gearing).
  • the starter pinion 22 may alternatively be designed as a straight toothed pinion.
  • electromagnetically excited pole pieces 31 with exciter winding 34 permanent magnetically excited poles could also be used.
  • the lever 190 is usually designed as a fork lever and engages with two "tines" not shown here, two discs 193, 194 on its outer periphery to move a trapped between them driver ring 197 to the freewheel 137 back against the resistance of a spring 200 and thereby the starter pinion 22 in the sprocket 25 of the
  • Vorspuraktuator 16 has a bolt 150 which is an electrical contact and in the case of Einbausein in the vehicle to the positive terminal of an electric starter battery, which is not shown in Figure 1, is connected.
  • the bolt 150 is passed through a lid 153.
  • a second bolt 152 provides a connection for the electrical
  • the lid 153 includes a housing 156 of the Vorspuraktuators 16 made of steel, which is fastened by means of several fasteners 159 (screws) on the drive end plate 19.
  • a pusher 160 for exerting a pulling force on the lever 190 and a switching device 161.
  • the pusher 160 includes a Wcklung 162, the switching device 161 another Wcklung 165.
  • the switching device 161 each cause in the on state an electromagnetic field, which flows through various components.
  • the shaft-hub connection 128 may be equipped with a helical toothing instead of a spur 125.
  • Reference symbol 171 designates an armature conclusion opposite the front side of the linearly movable armature 168.
  • a push rod 174 and a switching pulse 177 are provided on the linearly movable armature 168.
  • Vorspuraktuators 16 are the contacts 180, and 181st
  • FIG 2 shows a longitudinal section through the provided with the retainer according to the invention proposed Vorspuraktuator, here designed as a relay.
  • the Vorspuraktuator 16 shown in longitudinal section in Figure 2 comprises the linearly displaceable in the housing 156 anchor 168. While one end face of the linearly movable armature 168 opposite the armature circuit 171 in the housing 156, located on the other end face 202, a cover 204, the part of the present invention
  • the retaining device 203 comprises a spring element 206 and a support element 208.
  • Retraction movement of the linearly movable armature 168 in the housing 156 may have a spring element 206 instead of a spiral spring designed as a spring element 206, which is at least one plate spring as a wave spring or as an annular block of elastic material, such as. As rubber, rubber or plastic or the like is made.
  • the inventively proposed holding device 203 is preferably effective only when fully energized the windings 162, 165 is an acceleration of the armature 168 due to the strong magnetic force and the end face of the armature 168 moves in the retraction movement into the housing 156 to the armature circuit 171. Only after reaching a fixed path 214 (see illustration according to Figure 3) is the
  • proposed holding means 203 is added in particular outside the housing of the Vorspuraktuators 16, d. H. in particular on the end face 202 of the linearly movable armature 168, specifically where it leaves the housing 156. Accordingly, no or only minor modifications to the tension element 187 on the one hand and on the front side 202 of the linearly movable armature 168 are required.
  • the tension element 187 on the one hand and on the front side 202 of the linearly movable armature 168 are required.
  • Vorspuraktuator 16 also includes the already shown in connection with Figure 1 contacts 180, and 181 and the bolt 150. Through the armature circuit 171 extends the shift pin 177, the push rod 174, which passes through the linearly movable armature 168, goes into the tension element 187 over. This comprises an opening indicated in FIG. 2, into which the lever 190, cf. Representation according to FIG. 1
  • support member 208 of the retainer 203 is supported on an increase in diameter, which is formed in the tension member 187, from, so that the
  • the inventively proposed solution has been modified with the simplest measures Vorspuraktuator 16 such that a noise that otherwise occurs upon contact of the metallic elements 168 and 171, is avoided.
  • the Vorspuraktuator 16 is the cause of o noise, since this largely unencapsulated outside the starting device
  • a starting device 10 for cranking internal combustion engines comprising a starter motor 13 and a Vorspuraktuator 16, comprising an armature 168 with a tension member 187 and an armature return 171, wherein the armature 168, a retainer 203 is provided, the armature 168 from Achieving a residual path 214 against the armature circuit 171 decelerates.
  • the retaining device 203 comprises a cover plate 204, at least one spring element 206 and a support element 208, wherein the support element 208 is secured to the tension element 187, the spring element 206 is arranged between the support element 208 and the cover plate 204 and the cover plate 204 receives a braking force. The braking force acts between the
  • Cover plate 204 d. H. a projection on the armature 168, in particular its edge or unspecified, the housing 156 directed collar, and the housing 156 and its unspecified anchor guide, the vzw. extends integrally from the housing 156 in the direction of the tension element 187.
  • Spring element 206 develops its highest retention force only after reaching the residual travel 214, so that after passing through it, the armature 168 is braked during its retraction movement 218 and no metallic contact between the armature return 171 and the side of the linearly movable armature 168 facing it occurs.
  • the proposed solution according to the invention is characterized by its simplicity, both in terms of assembly costs, as well as in terms of the number of parts used. Due to the mountability of the invention proposed Retaining device 203 from the outside of the Vorspuraktuators 16 forth, on the one hand, an easy accessibility of the end face 202 of the linearly movable armature 168th

Landscapes

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Description

Beschreibung
Titel
Startvorrichtung mit geräuschgedämpftem Vorspuraktuator Stand der Technik
Heutzutage kommen in aller Regel elektrische Andrehvorrichtungen mit einem Rotor und einem Statorkammer, die aus einer geeigneten Stromquelle gespeist werden, zum Andrehen von Brennkraftmaschinen zum Einsatz. Das Andrehritzel ist üblicherweise starr mit der Rotorwelle des Elektromotors verbunden, z. B. auf diesen aufgepresst oder einstückig zu diesem ausgebildet. Die Stromzufuhr in den Rotor erfolgt im Allgemeinen über Bürsten und einen Kommutator, wohingegen der Stator mit Wicklungen und/oder mit
Permanentmagneten ausgerüstet sein kann. Zur Erhöhung des Anlassdrehmomentes kann ein Zwischengetriebe, insbesondere ein Planetengetriebe eingesetzt werden. Das Ankerritzel treibt dann über das Zwischengetriebe das eigentliche Andrehritzel an. Zum Einspuren des Andrehritzels in den Zahlenkranz einer anzudrehenden Verbrennungskraftmaschine ist vielfach ein magnetisch betriebener Vorspulaktuator vorgesehen, der zum Einrücken des Andrehritzels in den Zahlenkranz an der Schwungscheibe der Verbrennungskraftmaschine dient. Zur Entkopplung der Andrehvorrichtung von der angesprungenen Brennkraftmaschine ist oftmals ein Freilauf vorgesehen.
Treten jedoch beim Anlassvorgang der Verbrennungskraftmaschine Unregelmäßigkeiten auf, wie z. B. Fehlzündungen, unerwartete Rückwärtsdrehungen oder ein sogenannter
Stoppschlag beim Blockieren der Verbrennungskraftmaschine, so wirken auf die
Andrehvorrichtung extrem hohe mechanische Belastungen ein, die zur Beschädigung oder Zerstörung der Anlassvorrichtung führen können. Selbst bei normalen Startprozessen einer
Verbrennungskraftmaschine treten durch die Auf- und Abwärtsbewegung der Kolben bei Kompression und Dekompression im Brennraum pulsierende Drehmomentstöße auf.
US 5,241 ,871 offenbart einen drehmomentbegrenzten, elektrischen Anlasser für eine Verbrennungskraftmaschine. Die Welle des Elektromotors ist mit einem Gewindeabschnitt versehen, der mit einer scheibenförmigen Antriebs platte in Eingriff steht. Das Starterritzel ist auf der Welle frei verdrehbar und axial verschiebbar aufgenommen. Zwischen der
Antriebsplatte und dem Starterritzel befindet sich ein topfförmiger Kupplungskörper aus einem Elastomer. Wrd der Elektromotor zum Starten der Verbrennungskraftmaschine in Rotation versetzt, so schraubt sich die Antriebsplatte aufgrund ihrer Massenträgheit in
Richtung des Wellenendes vor und nimmt den Kupplungskörper sowie das Starterritzel mit, das hierdurch in den Zahlenkranz der Verbrennungskraftmaschine eingespurt wird. Ein Anschlag am Wellenende begrenzt hierbei den Verschiebeweg. Zugleich wird der elastische Kupplungskörper zunehmend fester zwischen der sich auf der Welle vorschraubenden Antriebs platte und Starterritzel eingespannt, so dass dieses in Rotation versetzt und der Startvorgang der Verbrennungskraftmaschine eingeleitet wird. Die Antriebsplatte bildet zusammen mit dem Kupplungskörper und dem Starterritzel eine Reibungskupplung, die das auf die Antriebswelle einwirkende Drehmoment limitiert. Das maximal übertragbare
Drehmoment ist durch den Kompressionsgrad des Kupplungskörpers einstellbar. Das frei drehbare Andrehritzel dient unmittelbar zum Einspuren in den Zahlenkranz der
Verbrennungskraftmaschine und verschiebt sich demzufolge in axialer Richtung auf der Welle.
DE 101 48 670 A1 betrifft eine Startervorrichtung zum Andrehen von
Verbrennungskraftmaschinen mit einem Startermotor, der einen Stator und einen Rotor samt eines Planetengetriebes umfasst. Zwischen dem Rotor und dem Planetengetriebe ist mindestens ein federndes Element zur elastischen Abmilderung von Drehstößen zwischen der Rotorwelle und ihrem Rotorblechpaket und der Ritzenwelle platziert. Es besteht stets eine abgesehen von ihrer Eigenelastizität, mechanisch„feste", bzw. kraftschlüssige und formschlüssige Verbindung zwischen der Rotorwelle und dem Rotorblechpaket und dem anfedernden Element befestigten Antriebsritzel, das mit dem nachgeschalteten
Planetengetriebe in Eingriff steht. Das federnde Element kann mit einem Torsionsstab, einem ringförmigen Element, einer mäandrierender Blattfeder oder einer Schlingfeder realisiert sein. Eine definierte Drehmomentbegrenzung ist - abgesehen von der
Ausführungsform mit dem Torsionsstab - nur durch ein„Überspringen", das heißt durch zeitweises Aussetzen des Formschlusses zwischen der Rotorwelle und dem federnden Element möglich. Ein„weiches" Einsetzen der Drehmomentbegrenzung, etwa durch die Verwendung einer Reibungskupplung oder einer Rutschkupplung, erfolgt nicht. FR 2 803 125 A1 offenbart einen Gleichstromgenerator mit einem Rotor und einem Stator zur Verwendung in Luftfahrzeugen, insbesondere Helikoptern. Die Stromabnahme erfolgt über einem, dem Rotor verbundenen Kollektor. Der Stator ist in Monoblockbauweise ausgeführt, um die Vibrationsfestigkeit des Generators zu erhöhen. Ein Antriebsritzel des Generators ist über eine flexible Kupplung mit der Rotorwelle verbunden, um die
Einkopplung von Vibrationen zu verringern. Eine definierte Drehmomentbegrenzung mit Hilfe der flexiblen Kupplung ist nicht vorgesehen.
DE 22 05 235 A bezieht sich auf eine Lamellenkupplung für eine elektrische
Andrehvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, mit einem, die äußeren Lamellen antreibenden Mitnehmer und einer, die inneren Lamellen aufnehmenden Kupplungsmutter, in welcher auf einem Steilgewindeabschnitt der Antriebswelle sitzt, zwischen zwei
Anschlägen längs bewegbar ist und sich an dem antriebsseitigen Anschlag federnd abstützt sowie einen Druckring und mindestens eine Einstellscheibe trägt. Das von der
Lamellenkupplung übertragene Drehmoment nimmt nach dem Anlaufen der Ankerwelle des Elektromotors kontinuierlich zu, bis ein maximal übertragbares, durch die mindestens eine Einstellscheibe begrenztes Drehmoment, erreicht ist. Diese Ausführungsform ist wegen des Einsatzes der Lamellenkupplung konstruktiv relativ aufwendig und das jeweils übertragbare Drehmoment variiert.
DE 23 37 260 A1 offenbart einen Schraubtrieb für eine Andrehvorrichtung für eine
Brennkraftmaschine mit einer auf einer Antriebswelle angeordneten Schraubhülse und einem mit der Schraubhülse in Eingriff stehenden Mitnehmer, der mit einem auf der Antriebswelle dreh- und verschiebbar gelagerten Andrehritzel verbunden ist. Das voll eingespurte
Andrehritzel schlägt an einem endseitigen Lagerfortsatz der Vorrichtung an und ist dann über den Mitnehmer und die Schraubhülse mit der Antriebswelle des Elektromotors kraftschlüssig gekuppelt.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, am Vorpuraktuator, insbesondere an einem in diesem linear beweglichen Anker ein Dämpfungselement vorzusehen, welches einen harten metallischen Kontakt zwischen dem im Vorspuraktuator linear beweglichen Anker einerseits und einen im Vorspuraktuator befindlichen Ankerrückschluss dämpft und idealerweise vollständig vermeidet. Dazu ist an einer Stirnseite des im Gehäuse des Vorspuraktuators linear beweglichen Ankers eine Abdeckplatte vorgesehen, an der sich ein beispielsweise als Spiralfeder ausgebildetes Dämpfungselement befindet. Dieses ist seinerseits mit einer Abstützscheibe verbunden, die auf dem Zugelement, welches mit dem linear beweglichen Anker betätigt wird, angeordnet ist. Das Dämpfungselement in Gestalt einer Spiralfeder beispielsweise ausgeführt, dient bei voller Bestromung der den Anker bewegenden Spulen als Rückhaltelement und bewirkt auf dem letzten Restweg des linear beweglichen Ankers in Richtung auf den Ankerrückschluss zu, dass die in diesem Falle stark beschleunigte linear im Gehäuse des Vorspuraktuators bewegliche Anker abgebremst wird, ohne die durch die Magnetspulen des Vorspuraktuators erzeugte Magnetkraft zu beeinträchtigen.
Durch entsprechende Auslegung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Dämpfungsvorrichtung, die gewissermaßen als Rückhaltvorrichtung dient, kann der im Gehäuse des Vorspuraktuators bei voller Bestromung der Wicklungen bewegte linear bewegliche Anker abgebremst werden, insbesondere ein harter metallischer Aufschlag, der dem Ankerrückschluss zuweisenden Stirnseite des linear beweglichen Ankers und dem Ankerrückschluss selbst verhindert werden.
Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung ist insbesondere gewährleistet, dass die Magnetkraft, die durch den Vorspuraktuator ausgeübt wird, nicht beeinträchtigt wird, so dass die maximal entsprechend der Dimensionierung des Vorspuraktuators erzeugbare Magnetkraftbetätigung, insbesondere eines als Gabelhebel ausgebildeten Hebels zum Einrücken des Andrehritzels, zur Verfügung steht.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Rückhalteeinrichtung lässt sich, da sie an der Außenseite von Standardkomponenten des Vorspuraktuators aufgenommen ist, problemlos nachrüsten, ohne dass Modifikationen am durch den linear beweglichen Anker betätigenden Zugelement, der seinerseits den Gabelhebel betätigt und/oder am im Vorspuraktuator linear beweglichen Anker erforderlich würden. Sämtliche Komponenten der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Rückhalteeinrichtung sind an der Außenseite des Vorspuraktuators oberhalb des Antriebslagerschildes aufgenommen, so dass auch ein zusätzlicher Bauraum durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Rückhalteeinrichtung beansprucht wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehend beschrieben. Es zeigt:
Figur 1 einen Längsschnitt durch eine Andrehvorrichtung für eine
Verbrennungskraftmaschine,
Figur 2 einen Längsschnitt durch einen Vorspuraktuator mit der erfindungsgemäß
vorgeschlagenen Rückhaltevorrichtung und
Figur 3 die Gegenüberstellung der Verläufe von Magnetkraft und Rückhaltekraft am
Vorspuraktuator, jeweils aufgetragen über den vom linear beweglichen Anker durchfahrenen Weg.
Ausführungsformen der Erfindung
Figur 1 zeigt eine Startvorrichtung 10 in einem Längsschnitt.
Die Startvorrichtung 10 weist beispielsweise einen Startermotor 13 und einen
Vorspuraktuator 16, der z. B. als Relay, insbesondere als Starterrelay ausgebildet sein kann, auf. Der Startermotor 13 und der elektrische Vorspuraktuator 16 sind an einem
gemeinsamen Antriebslagerschild 19 befestigt. Der Startermotor 13 hat die Aufgabe, ein Andrehritzel 22 anzutreiben, wenn es im Zahnkranz 25 der in Figur 1 dargestellten
Verbrennungskraftmaschine eingespurt ist. Der Startermotor 13 weist als Gehäuse ein Polrohr 28 auf, das an seinem inneren Umfang
Polschuhe 31 trägt, die jeweils von einer Erregerwicklung 34 umwickelt sein können. Die Polschuhe 31 umgeben wiederum einen Anker 37, der ein aus Lamellen 40 aufgebautes Ankerpaket 43 und eine in Nuten 46 angeordnete Ankerwicklung 49 aufweist. Das
Ankerpaket 43 ist auf einer Antriebswelle 44 aufgepresst. An dem Andrehritzel 22
abgewandten Ende der Antriebswelle 44 ist des Weiteren ein Kommutator 52 angebracht, der unter anderem 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 Kohlebürsten 58 eine Drehbewegung des Ankers 37 im Polrohr 28 ergibt. Eine zwischen dem Vorspuraktuator 16 und dem Startermotor 13 angeordnete Stromzufuhr 61 versorgt im Einschaltzustand sowohl die Kohlebürsten 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
Kommutatorlagerdeckel 70 wiederum wird mittels Zuganker 73, die über den Umfang des Polrohrs 28 verteilt angeordnet sind, so z. B. Schrauben, beispielsweise zwei, drei oder vier Stück im Antriebslagerschild 19 befestigt. Es stützt sich dabei das Polrohr 28 im
Antriebslagerschild 19 ab und der Kommutatorlagerdeckel 70 am Polrohr 28.
In Antriebsrichtung gesehen, schließt sich an den Anker 37 ein Sonnenrad 80 an, das Teil eines Umlaufgetriebes, insbesondere eines Planetengetriebes 83 ist. Das Sonnenrad 80 ist von mehreren Planetenrädern 86 umgeben, üblicherweise handelt es sich dabei um 3 Planetenräder 86, die mittels Wälzlager 89 auf Achszapfen 92 abgestützt sind. Die
Planetenräder 86 wälzen sich in einem Hohlrad 95 ab, das im Polrohr 28 außenseitig gelagert ist. In Richtung zur Abtriebsseite hin 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 befindet sich im topfförmigen Zwischenlager 101 das Hohlrad 95, das letztlich durch einen Deckel 107 gegenüber dem Anker 37 geschlossen ist. Auch das Zwischenlager 101 stützt sich mit seinem Außenumfang an der inneren Seite des Polrohrs 28 ab. Der Anker 37 weist auf dem vom Kommutator 52 abgewandten Ende der Antriebswelle 44 einen weiteren Wellenzapfen 1 10 auf, der ebenfalls in einem Gleitlager 113 aufgenommen ist. Das Gleitlager 113 wiederum ist in einer zentralen Bohrung des Planetenträgers 98 aufgenommen. Der Planetenträger 98 ist einstückig mit der Abtriebswelle 1 16 verbunden. Die Abtriebswelle 116 ist mit ihrem vom Zwischenlager 101 abgewandten Ende 119 in einem weiteren Lager 122, welches im Antriebslagerschritt 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
Geradverzahnung 125, die als Innenverzahnung ausgebildet ist, die Teil einer Welle-Nabe- Verbindung 128 ist. Die Welle-Nabe-Verbindung 128 ermöglicht in diesem Falle das axial geradlinige Gleiten eines Mitnehmers 131. Der Mitnehmer 131 ist ein hülsenartiger Fortsatz, der einstückig mit einem topfförmigen Außenring 132 des Freilaufs 137 verbunden ist. Der Freilauf 137 (Richtsperre) umfasst des Weiteren einen Innenring 140, der radial innerhalb des Außenringes 132 angeordnet ist. Zwischen dem Innenring 140 und dem Außenring 132 sind Klemmkörper 138 angeordnet. Die Klemmkörper 138 verhindern in Zusammenwirkung mit dem Innenring 140 und dem Außenring 132 eine Relativbewegung zwischen dem Außenring 132 und dem Innenring 140 in eine zweite Richtung. Mit anderen Worten: Der Freilauf 137 ermöglicht eine umlaufende Relativbewegung zwischen dem Innenring 140 und dem Außenring 132 nur in eine Richtung. In dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 ist der Innenring 140 einstückig mit dem Andrehritzel 22 und dessen Schrägverzahnung 143 (Außenschrägverzahnung) ausgeführt. Das Andrehritzel 22 kann alternativ auch als geradverzahntes Ritzel ausgeführt sein. Statt elektromagnetisch erregter Polschuhe 31 mit Erregerwicklung 34, könnten auch permanentmagnetisch erregte Pole eingesetzt werden.
Der elektrische Vorspuraktuator 16, bzw. der linear bewegliche Anker 138 haben aber darüber hinaus auch die Aufgabe, mittels eines Zugelementes 187 einen im
Antriebslagerschild 19 drehbeweglich angeordneten Hebel 190 zu bewegen. Der Hebel 190 ist üblicherweise als Gabelhebel ausgeführt und umgreift mit zwei hier nicht dargestellten „Zinken" zwei Scheiben 193, 194 an ihrem Außenumfang, um einen zwischen diesen eingeklemmten Mitnehmerring 197 zum Freilauf 137 hin gegen den Widerstand einer Feder 200 zu bewegen und dadurch das Andrehritzel 22 in den Zahnkranz 25 der
Verbrennungskraftmaschine einzuspuren.
Nachfolgend wird auf den Einspurmechanismus eingegangen: Der elektrische
Vorspuraktuator 16 weist einen Bolzen 150 auf, der ein elektrischer Kontakt ist und im Falle des Eingebautseins im Fahrzeug an den Pluspol einer elektrischen Starterbatterie, die in Figur 1 nicht dargestellt ist, angeschlossen ist. Der Bolzen 150 ist durch einen Deckel 153 hindurchgeführt. Ein zweiter Bolzen 152 stellt einen Anschluss für den elektrischen
Startermotor 13 dar, der über die Stromzufuhr 61 (dicke Litze) versorgt wird. Der Deckel 153 schließt ein Gehäuse 156 des Vorspuraktuators 16 aus Stahl ab, welches mittels mehrerer Befestigungselemente 159 (Schrauben) am Antriebslagerschild 19 befestigt ist. In dem elektrischen Vorspuraktuator 16 befindet sich eine Schubeinrichtung 160 zur Ausübung einer Zugkraft auf den Hebel 190 und eine Schalteinrichtung 161. Die Schubeinrichtung 160 umfasst eine Wcklung 162, die Schalteinrichtung 161 eine weitere Wcklung 165. Die Wicklung 162 der Schubeinrichtung 160 und die weitere Wcklung 165 der Schalteinrichtung 161 bewirken jeweils im eingeschalteten Zustand ein elektromagnetisches Feld, welches verschiedene Bauteile durchströmt. Die Welle-Nabe-Verbindung 128 kann statt mit einer Geradverzahnung 125 auch mit einer Steilgewindeverzahnung ausgestattet sein. Es sind dabei die Kombinationen möglich, wonach a) das Andrehritzel 22 schräg verzahnt ist und die Welle-Nabe-Verbindung 128 eine Geradverzahnung 125 aufweist, b) das Andrehritzel 22 schräg verzahnt ist und die Welle-Nabe-Verbindung 128 eine Steilgewindeverzahnung aufweist, oder c) das Andrehritzel 22 geradverzahnt ist und die Welle-Nabe-Verbindung 128 eine Steilgewindeverzahnung aufweist.
Mit Bezugszeichen 171 ist ein an der Stirnseite des linear beweglichen Ankers 168 gegenüberliegende Ankerrückschluss bezeichnet. Am linear beweglichen Anker 168 sind darüber hinaus eine Schubstange 174 und ein Schaltpuls 177 vorgesehen. An einer Kontaktbrücke 184, Vorspuraktuators 16 befinden sich die Kontakte 180, bzw. 181.
Figur 2 zeigt einen Längsschnitt durch den mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Rückhalteeinrichtung versehenen Vorspuraktuator, hier ausgebildet als Relay. Der in Figur 2 im Längsschnitt dargestellte Vorspuraktuator 16 umfasst den im Gehäuse 156 linear verschiebbaren Anker 168. Während eine Stirnseite des linear beweglichen Ankers 168 dem Ankerrückschluss 171 im Gehäuse 156 gegenüberliegt, befindet sich an der anderen Stirnseite 202 eine Abdeckscheibe 204, die Teil der erfindungsgemäß
vorgeschlagenen Rückhalteeinrichtung 203 ist. Außer der Absteckscheibe 204 an der Stirnseite 202 des linear beweglichen Ankers 168 umfasst die Rückhalteeinrichtung 203 ein Federelement 206 sowie ein Abstützelement 208.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Rückhalteeinrichtung 203 zur Dämpfung der
Einfahrbewegung des linear beweglichen Ankers 168 in das Gehäuse 156 kann anstelle eines als Spiralfeder ausgebildeten Federelements 206 ein Federelement 206 aufweisen, welches als mindestens eine Tellerfeder als Wellfeder oder auch als ein ringförmiger Block aus elastischem Material, wie z. B. Gummi, Kautschuk oder Kunststoff oder dergleichen gefertigt ist. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Halteeinrichtung 203 wird bevorzugt erst dann wirksam, sobald bei voller Bestromung der Wicklungen 162, 165 eine Beschleunigung des Ankers 168 aufgrund der starken Magnetkraft erfolgt und sich die Stirnseite des Ankers 168 bei der Einfahrbewegung in das Gehäuse 156 auf den Ankerrückschluss 171 zubewegt. Erst ab Erreichen eines Festweges 214 (vgl. Darstellung gemäß Figur 3) wird die
erfindungsgemäß vorgeschlagene Halteeinrichtung wirksam, d. h. bremst eine weitere Einfahrbewegung des linear beweglichen Ankers 168 auf die diesem gegenüberliegende Stirnseite des Ankerrückschlusses 171 zu, so dass ein harter metallischer Aufschlag dieser Ankerseite auf den Ankerrückschluss 171 unterbleibt und kein Geräusch auftritt.
5 Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung zeichnet sich dadurch aus, dass die
erfindungsgemäß vorgeschlagenen Halteeinrichtung 203 insbesondere außerhalb des Gehäuses des Vorspuraktuators 16 aufgenommen ist, d. h. insbesondere an der Stirnseite 202 des linear beweglichen Ankers 168 und zwar dort, wo dieser das Gehäuse 156 verlässt. Demnach sind keine oder nur geringfügige Modifikationen am Zugelement 187 einerseits0 sowie an der Stirnseite 202 des linear beweglichen Ankers 168 erforderlich. Der
Vorspuraktuator 16 umfasst darüber hinaus die bereits im Zusammenhang mit Figur 1 dargestellten Kontakte 180, bzw. 181 sowie den Bolzen 150. Durch den Ankerrückschluss 171 erstreckt sich der Schaltbolzen 177, die Schubstange 174, welche den linear beweglichen Anker 168 durchzieht, geht in das Zugelement 187 über. Dieses umfasst eine in5 Figur 2 angedeutete Öffnung, in welche der Hebel 190, vgl. Darstellung gemäß Figur 1
eintaucht, der drehbeweglich im Antriebslagerschild 19 gelagert ist.
In vorteilhafter Weise stützt sich Abstützelement 208 der Rückhalteeinrichtung 203 an einer Durchmesservergrößerung, die im Zugelement 187 ausgebildet ist, ab, so dass die
o Baueinheit aus Abdeckscheibe 204, Federelement 206 und Abstützelement 208 axial
gesichert auf dem Zugelement 187, insbesondere an einer Durchmesserübergangsstelle, wie in Figur 2 angedeutet, gehalten ist.
Die Einstellung der Abbremscharakteristik der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
5 Rückhalteeinrichtung 203 kann durch entsprechende Auslegung des Federelementes 206 ausgewählt und gegebenenfalls auch modifiziert werden. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung ist mit einfachsten Maßnahmen der Vorspuraktuator 16 derart modifiziert worden, dass ein Geräusch, das anderenfalls bei Kontakt der metallischen Elemente 168 und 171 auftritt, vermieden wird. Der Vorspuraktuator 16 ist ursächlich für eine o Geräuschentwicklung, da dieser weitestgehend ungekapselt außerhalb der Startvorrichtung
10, d. h. insbesondere außerhalb des Startermotors, vgl. Darstellung gemäß Figur 1 , gelagert ist und daher im Vorspuraktuator 16 entstehende Geräusche als Belästigung empfunden werden können. Der Darstellung gemäß Figur 3 ist der Verfahrweg des Ankers im Vorspuraktuator 16 zu entnehmen.
Während der Einfahrweg des Ankers in das Gehäuse 156 des Vorspuraktuators 16 durch Bezugszeichen 218 angedeutet ist, d. h. in Einfahrrichtung in das Gehäuse 156, sind senkrecht dazu die Kraftverläufe 216 aufgezeichnet, einerseits ein Magnetkraftverlauf 210 und andererseits ein Federkraftverlauf 212.
Es ist somit eine Startvorrichtung 10 zum Andrehen von Verbrennungskraftmaschinen, mit einem Startermotor 13 und einem Vorspuraktuator 16 offenbart, der einen Anker 168 mit einem Zugelement 187 und einen Ankerrückschluss 171 umfasst, wobei am Anker 168 eine Rückhalteeinrichtung 203 vorgesehen ist, die den Anker 168 ab Erreichen eines Restweges 214 gegenüber dem Ankerrückschluss 171 abbremst. Die Rückhaltevorrichtung 203 umfasst eine Abdeckscheibe 204, mindestens ein Federelement 206 sowie ein Abstützelement 208, wobei das Abstützelement 208 am Zugelement 187 gesichert ist, das Federelement 206 zwischen dem Abstützelement 208 und der Abdeckscheibe 204 angeordnet ist und die Abdeckscheibe 204 eine Bremskraft aufnimmt. Die Bremskraft wirkt zwischen der
Abdeckscheibe 204, d. h. einem Überstand über den Anker 168, insbesondere deren Rand bzw. nicht näher bezeichneten, zum Gehäuse 156 gerichteten Kragen, und dem Gehäuse 156 bzw. dessen nicht näher bezeichnete Ankerführung, die sich vzw. einstückig vom Gehäuse 156 aus in Richtung zum Zugelement 187 erstreckt.
Wie aus Figur 3 hervorgeht, steigt die durch das Federelement 206 jeweils erzeugte
Haltekraft bei Annäherung des linear beweglichen Ankers 168 entsprechend des
Einfahrweges 218 bis zum Erreichen des Restweges 214 kontinuierlich an. Das
Federelement 206 entwickelt seine höchste Rückhaltekraft erst ab Erreichen des Restweges 214, so dass nach Durchfahren desselben der Anker 168 bei seiner Einfahrbewegung 218 abgebremst ist und kein metallischer Kontakt zwischen dem Ankerrückschluss 171 und der diesen zuweisenden Seite des linear beweglichen Ankers 168 auftritt. Der Restweg 214, bei dessen Durchfahren der linear bewegliche Anker 168 abgebremst wird, liegt in der
Größenordnung zwischen 0,5 mm und 1 ,5 mm.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung zeichnet sich durch ihre Einfachheit aus, und zwar sowohl was den Montageaufwand angeht, wie auch hinsichtlich der verwendeten Teilanzahl. Aufgrund der Montierbarkeit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Rückhalteeinrichtung 203 von der Außenseite des Vorspuraktuators 16 her, ist einerseits eine leichte Zugänglichkeit der Stirnseite 202 des linear beweglichen Ankers 168
gewährleistet; andererseits kann eine Modifikation des Zugelements 187, bzw. der Stirnseite 202 des linear beweglichen Ankers 168 unterbleiben, so dass Standardbauteile verwendet werden können. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, die lediglich drei Bauteile umfassende Rückhalteeinrichtung 203 sehr einfach zu modifizieren, was zum einem die Dämpfungscharakteristik des Federelementes 206 sowie die Abmessungen der Stützscheibe 208, bzw. der Abdeckscheibe 204 angeht.

Claims

Startvorrichtung (10) zum Andrehen von Verbrennungskraftmaschinen, mit einem Startermotor (13) und einem Vorspuraktuator (16), der einen Anker (168) und einen Ankerrückschluss (171) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass am Anker (168) eine Rückhalteeinrichtung (203) vorgesehen ist, die den Anker (168) ab Erreichen eines Restweges (214) gegenüber dem Ankerrückschluss (171) abbremst.
Startvorrichtung (10) gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Rückhaltevorrichtung (203) am Anker (168) außerhalb eines Gehäuses (156), insbesondere an einem Zugelement (187), aufgenommen ist.
Startvorrichtung (10) gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Rückhaltevorrichtung (203) eine Abdeckscheibe (204), mindestens ein Federelement (206) sowie ein Abstützelement (208) umfasst, wobei vorzugsweise wobei das
Abstützelement (208) am Zugelement (187) gesichert ist, das Federelement (206) zwischen dem Abstützelement (208) und der Abdeckscheibe (204) angeordnet ist und die Abdeckscheibe (204) eine Bremskraft aufnimmt..
Startvorrichtung (10) gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die
Abdeckscheibe (204) eine Stirnseite (203) des linear beweglichen Ankers (168) überdeckt.
Startvorrichtung (10) gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das
Federelement (206) als Spiralfeder oder als mindestens eine Tellerfeder, als Wellfeder oder als Gummi- oder Kunststoffteil ausgeführt ist.
Startvorrichtung (10) gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Rückhaltevorrichtung (203) eine Einfahrbewegung des Ankers (168) in Richtung auf den Ankerrückschluss (171) ab Erreichen des Restweges (214) verzögert, der zwischen 0,5 mm und 1 ,5 mm liegt.
Startvorrichtung (10) gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die
Abdeckscheibe (204) aus Kunststoffmaterial oder Hartgummi gefertigt ist. Startvorrichtung (10) gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückhaltevorrichtung (203) insbesondere durch die Abstützscheibe (208) an einer Durchmesservergrößerung des Zugelementes (187) befestigt ist.
Startvorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Federelement (206) eine progressive Federkennlinie aufweist.
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