Stand der Technik Es ist bekannt, dass Verbrennungskraftmaschinen mit- tels einer Startvorrichtung gestartet werden müssen, da diese nicht von alleine anlaufen. Hierzu werden üblicherweise Startermotoren eingesetzt, die über ein als sogenanntes Einrückrelais ausgebildetes Starter- relais mit einer Spannungsquelle verbunden werden.

Über das Starterrelais wird gleichzeitig ein Ritzel des Startermotors mit der Verbrennungskraftmaschine zum Andrehen in Eingriff gebracht. Zum Einschalten des Starterrelais ist es bekannt, dieses über einen externen Schalter, beispielsweise einem Zündschalter oder Startschalter des Kraftfahrzeuges oder ein externes Relais anzusteuern. Hierdurch wird der rela- tiv große Starterstrom, der Stromstärken von über 400 A betragen kann, durch einen relativ kleinen Steuerstrom geschaltet. Der Starterstrom fließt über

mitte's des Einrückrelais kurzschließbare Hauptstrom- kontakte und verbindet so den Startermotor mit der Spannungsquelle, in Kraftfahrzeugen in der Regel der Batterie.

Bei dieser bekannten Anordnung ist nachteilig, dass sich aufgrund der kurzzuschließenden Hauptstromkon- takte im Strompfad des Starterstromes zwei zusätzli- che Kontaktstellen befinden, deren Ubergangswider- stand zu Leitungsverlusten führen. Hierdurch ist ein Wirkungsgrad des Startermotors reduziert.

Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße elektrische Maschine mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen bietet demgegenüber den Vorteil, dass deren Wirkungsgrad erhöht ist. Da- durch, dass die Schleifbürsten, die der Kontaktierung von S romwenderwicklungen dienen, b stabil gelagert sind und als Schaltmittel zur Verbir. dung der elek- trischen Maschine mit einer Spannungsquelle ausgebil- det sind, wird die Anordnung eines zusätzlichen Schaltmittels für den Motorstrom,. im hier bevorzugten Anwendungsfall für den Starterstrom einer Verbren- nungskraftmaschine, entbehrlich. Somit befinden sich im Strompfad als Kontaktstellen nur der Übergang zwi- schen den Schleifbürsten und der Kontaktfläche des Kommutators, während die im Stand der Technik vorhan- denen Hauptstromkontakte mit ihren Übergangswider- ständen entfallen. Durch die bistabile Lagerung der Schleifbürsten lassen sich diese einerseits'in die

Schaltstellung"Ein"und anderersits in die Schalt-<BR> <BR> <BR> <BR> stellung"Aus"verlagern.

Neben der Reduzierung der Übergangswiderstände ergibt sich als weiterer Vorteil ein vereinfachter Aufbau der elektrischen Maschine. Die Schleifbürsten bilden die Schaltmitteln zum Ein-beziehungsweise Ausschalten der elektrischen Maschine, so dass auf die Anordnung weiterer Kontakte verzichten werden kann.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorge- sehen, dass wenigstens eine der Schleifbürsten zeit- lich versetzt, insbesondere vor den anderen Schleif- bürsten zum Erreichen der Schalrstellung"Ein'i in Kontakt mit der Kontaktfläche des Kommutators bring- bar ist. Hierdurch wird vorteilhaft erreicht, dass eine Drehzahlstufung des Motors realisiert werden kann. Die wenigstens eine zuvor-n Kontakt bringbare Schleifbürste bildet einen Vorwiderstand, der ent- sprechend hochohmig ausgestaltet ist, so dass sich in einfacher Weise durch Veränderung des Gesamtankerwi- derstandes eine Drehzahlstellung erreichen last.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schleifbürsten einzeln durch jeweils einen zugeordneten Aktuator, der vorzugsweise als Hubmagnet ausgebildet ist, in die beiden Schalt- stellungen verlagerbar ist. Durch Ansteuerung der Aktuatoren, hier insbesondere die Hubmagneten, lässt sich so ein gezieltes Einschaltverhalten erreichen.

In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schleifbürsten über mechani- sche bertragungselemente in die jeweiligen Schalt- stellungen verlagerbar sind. Hier kann insbesondere vorgesehen sein, dass mittels eines mechanischen Übertragungselementes gleichzeitig wenigstens zwei der Schieifbürsten in die Schaltstellungen überführ- bar sind. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die mechani- schen Übertragungselemente von einem aus Nockenschei- ben bestehenden Schaltwerk, einer Exzenteranordnung, einer Kulissenführung oder dergleichen gebildet sind.

Hierdurch lässt sich ein sicheres Schaltverhalten auch bei relativ robusten Betriebsverhältnissen, wie sie beispielsweise beim Einsatz in Kraftfahrzeugen auftreten, sicherstellen.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung er- geben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.

Zeichnungen Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispie- len anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläu- tert. Es zeigen : Figuren eine elektrische Maschine in einem ersten 1 bis 3 Ausführungsbeispiel ; Figuren eine elektrische Maschine in einem zweiten 4 und 5 Ausführungsbeispiel ;

Figuren eine elektrische Maschine in einem dritten 6 und 7 Ausführungsbeispiel ; Figuren eine elektrische Maschine in einem vierten 8 bis 10 Ausführungsbeispiel und Figuren eine elektrische Maschine in einem fünften 11 bis 13 Ausführungsbeispiel.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele Figur 1 zeigt eine Schnittdarstellung durch eine elektrische Maschine 10. Die elektrische Maschine 10 besitzt in einem Gehäuse 12 eine drehfest angeordnete Erregerwicklung 14, die einen drehbar gelagerten An- ker 16 (Läufer) umgreift. Innerhalb des Ankers 16 sind im Einzelnen nicht dargeste lte Stromwenderwick- lungen angeordnet, die über einen Kommutator 18 kon- taktierbar sind. Der Kommutator 18 bildet eine Ring- fläche 20 aus, die über den Umfang beabstandet ange- ordnete Kontakte (Kupferlamellen) und Isolatorab- schnitte aufweist. Im Bereich des Kommutators 18 sind Schleifbürsten 22 angeordnet, die der Kontaktierung der Stromwenderwicklungen im Anker 16 dienen.

Aufbau und Wirkungsweise einer derartigen elektri- schen Maschine 10 sind allgemein bekannt, so dass im Rahmen der vorliegenden Beschreibung hierauf nicht näher eingegangen werden soll.

Gemäß den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbei- spielen soll die elektrische Maschine 10 als Starter- motor für eine Verbrennungskraftmaschine eingesetzt

werde'.. Hierzu ist eine Ankerwe'le 24 über das Gehäu- se 12 verlängert und trägt ein Ritzel 26, das in ein nic dargestelltes Vorgelegegetriebe eingreift.

Funktion und Wirkungsweise derartiger Startermotoren, in Verbindung mit Vorgelegegetrieben, sind ebenfalls allgemein bekannt, so dass hierauf ebenfalls nicht näher eingegangen werden soll.

Zum Betrieb der elektrischen Maschine 10 (nachfolgend auch Startemotor 10 genannt) muss diese mit einer Spannungsquelle, in Kraftfahrzeugen in der Regel der Kraftfahrzeugbatterie, verbunden werden. Hierzu dient erfindungsgemäß die nachfolgend näher erläuterte Aus- bilc'r-g der Schleifbürsten 22.

Die elektrische Maschine 10 umfasst insgesamt vier Schleifbürsten 22, wie in der Draufsicht in Figur 3 deutlich wird. Die Schleifbürsten 22 bestehen aus ei- nem elektrisch leitfähigen Material und dienen der elektrischen Kontaktierung der im Anker 16 angeordne- ten S romwenderwìcklungen.

Die beiden in Figur 3 oben dargestellten Schleifbürs- ten 22 sind innerhalb eines Magnetjoches 28 angeord- net, das von einer Spule 30 umgriffen ist. Die Schleifbürsten 22 umfassen einen Anker 32 (der nicht in Anlagekontakt mit der Kontaktfläche 20 gelangt).

Der Anker 32 bildet einen Bund 34 aus, an dem sich ein Federelement. 36 abstützt. Das Federelement 36 stützt sich andererseits an einem ortsfesten Lager 38 ab.

Durch eine derartige Ausgestaltung wird erreicht, dass die oben dargestellten Schleifbürsten 22 als Scha-mìttel zum Verbinden der elektrischen Maschine 10 mit einer Spannungsquelle eingesetzt werden kön- nen. Die Schleifbürsten 22 sind bistabil angeordnet, das heißt, sie sind in eine Schaltstellung"Ein"und eine Schaltstellung"Aus"verlagerbar.

Die Spulen 30 sind über einen Anschlusskontakt 40 mit einem Einschalter, im Kraftfahrzeug beispielsweise mit einem Zündschalter, verbunden. In der Schnittdar- stellung in Figur 2 wird ferner deutlich, dass ein Haup E romkontakt 40 vorgesehen ist, über den die Schleifbürsten 22 mit der Spannungsquelle, beispiels- weìse der Kraftfahrzeugbatterìe, verbunden sind.

Im Schaltzustand"Aus"werden die Anker 32 und somit die Schleifbürsten 22 durch die Kraft der Federele- mente 36 radial nach außen gedrängt. Hierdurch sind die Schleifbürsten 22'nicht in Anlagekontakt mit der Kontaktfläche 20. Wird nunmehr die Spule 30 bestromt, baut sich in bekannter Weise ein Magnetfeld auf, mit- tels dem die Anker 32 gegen die Kraft der Federele- mente 36 radial nach innen gedrängt werden, so dass die Schleifbürsten 22 mit der Kontaktfläche 20 in An- lage kommen. Hierdurch findet ein Einschalten der elektrischen Maschine 10 statt (Schaltzustand"Ein").

Zum Ausschalten der elektrischen Maschine 10, bei- spielsweise bei erfolgtem Anlaufen der Verbrennungs- kraftmaschine, wird die Spannungsversorgung der Spu- len 30 unterbrochen, so dass durch die Kraft der Federelemente 36 die Schleifbürsten 22 vom Kommutator

18 abheben, so dass wieder der Schaltzustand"Aus" erreicht ist.

Anhand der Erläuterungen wird deutlich, dass mittels einfacher Mittel ein Verbinden der elektrischen Ma- schine iO mit einer Spannungsquelle möglich wird.

Innerhalb des Strompfades des Hauptstromes, also des Starterstromes, ist keine weitere Kontaktstelle (außer der prinzipiell sowieso vorhandenen Kontakt- stellen zwischen Schleifbürsten 22 und Kommutator 18) vorhanden. Somit ist über die bekannten Ausführungen mit zusätzlichen Hauptstromkontakten eine Reduzierung des elektrischen Widerstandes (Ubergangswiderstände) erreicht.

In den Figuren 1 bis 3 erfolgt somit die Ansteuerung der Schleifbürsten 22 über elektrisch ansteuerbare Hubmagneten. In den Figuren 4 und 5 ist eine abgewan- delte Ausführungsform einer elektrischen Maschine 10 gezeigt, bei der ebenfalls eine Ansteuerung der Schleifbürsten 22 über eine Hubmagnet-Steuerung er- folgt.

Figur 4 zeigt eine komplette Startvorrichtung 44, die die elektrische Maschine 10 umfasst. Ferner ist ein Vorgelegegetriebe 46,'ein Freilauf 48 sowie ein mit einem Zahnkranz der Verbrennungskraftmaschine in Ein- griff bringbarer Ritzel 50 gezeigt.

Die elektrische Maschine 10 um-asst wiederum clen Kommutator 18 mit der Kontaktfläche 20. Den Schleif- bürsten 22 sind hier axial zum Anker 16 verlagerbare

Hubmagnete 52 zugeordnet, deren Anker 32'jeweils eine Kulissenführung 54 ausbildet, die in Anla- gekontakt mit einem Führungselement 56 der Schleif- bürsten 22 stehen.

Zum Erreichen des Schaltzustandes"Aus"-gemäß den Darstellungen in Figur 4 und Figur 5 oben-wird der Anker 32'durch ein Federelement 58 in Richtung der Schleifbürsten 22 gedrängt. Durch die Kulissenführung 54 im Zusammenwirken mit dem Führungselement 56 heben die Schleifbürsten 22 hierbei radial von der Kontakt- fläche 20 ab. Zum Erreichen des Schaltzustandes"Ein" wird eine, in den Figuren 4 und Figur 5 nicht näher dargestellte Spule 30'bestromt, so dass der Anker 32'gegen Q-'e Kraft des Federelementes 58 verlagert wird, so dass die Kulissenführung 54 im Zusammenwir- ken mit dem rührungselement 56 dazu führt, dass die Schleifbürsten 22 radial nach innen verlagert werden, so dass diese auf die Kontaktfläche 20 gelangen.

In den Figuren 6 und 7 ist schematisch eine weitere Ausführungsvariante für eine bistabile Lagerung der Schleifbürsten 22 gezeigt. Die Schleifbürsten 22 sind hierbei mit in Lagerpunkten 60 gelagerten Wippenarmen 62 verbunden. Hierbei ist ein Ende der Wippenarm 62 jeweils fest mit den Schleifbürsten 22 beziehungswei- se daran angeordneten Halteelementen oder dergleichen verbunden. Auf die anderen Enden-entgegengesetzt zu den Lagerpunkten 60-der Wippenarme 62 wirkt ein Exzenter 64, der eine Exzentrizität e besitzt. Figur 6 zeigt hierbei den Schaltzustand"Ein"während Figur 7 den Schaltzustand"Aus"verdeutlicht. Je nach Stel-

lung des Exzenters 64,. der beispielsweise durch einen sogenannten elektrischen Kleinmotor oder Kleinstmotor oder einen anderen Aktuator angetrieben sein kann, werden die Wippenarm 62 um die Lagerpunkte 60 verschwenkt. In der Schaltstellung"Aus", wie Figur 7 verdeutlicht, werden die Wippenarme 62 um die Lager- punkte 60 verschwenkt, so dass die Schleifbursten 22 radial nach außen verlagert werden. Diese heben hierdurch von der Kontaktfläche 20 ab. Diese Ver- lagerung erfolgt gegen die Kraft von Federelementen . 66.

Zum Erreichen des Schaltzustandes"Ein"erfolgt wie- derum eine Verlagerung des Exzenters 64 um 180°, so dass die Wippenarm 62 um die Lagerpunkte 60 durch die Kraft der Federelemente 66 verschwenkt werden.

Gleichzeitig werden, die Schleifbürsten 22 auf die Kontaktfläche 20 geführt.

In den Figuren 8 bis 10 ist eine weitere Ausführungs- variante einer elektrischen Maschine 10 mit den erfindungsgemäß als Schaltmitteln ausgebildeten Schleifbürsten 22 gezeigt. Figur 8 zeigt eine teil- weise aufgeschnittene Seitenansicht. Während Figur 9 eine Schnittdarstellung entlang der Linie A-A und Figur 10 eine Schnittdarstellung der Linie B-B aus Figur 8 zeigt. Gleiche Teile wie in den vorhergehen- den Figuren sind mit gleichen Bezugszeichen versehen und nicht nochmals erläutert.

Parallel zur Ankerwelle 24 ist hier ein Nockenrad 68 angeordnet. Das Nockenrad 68 ist getrennt von der

Motorweile 24 drehbar gelagert. Das Nockenrad 68 besiz@@ eine Schaltkontur 70 an seinem Außenumfang, die in Wirkkontakt mit Schaltrollen 72 steht. Die Schaltrollen 72 sind fest mit die Schleifbürsten 22 aufnehmenden Trägern 74 verbunden. Das Nockenrad 68 ist auf einer Schaltwelle 76 drehfest angeordnet, die zumindest bereichsweise eine Außenverzahnung 78 auf- weist. Die Außenverzahnung 78 kämmt mit einem Ritzel 80, das auf einer Antriebswelle 82 eines Kleinmotors 84 angeordnet ist. <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <P>Zum Überführen der Schleifbürsten 22 in die Schalt-<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> stellung"Ein"beziehungsweise Schaltstellung"Aus" wird der Kleinmotor 84 angesteuert. Durch Rotation des : D wird die Schaltwelle 76 und somit das Nocke---d 68 koaxial zur Ankerwelle 24 verdreht, so dass entsprechend der Schaltkontur 70 die Schleif- bürsten 22 vom Kommutator 18 abgehoben werden oder auf den Kommutator 18 auftreffen. Der Kleinmotor 84 kann hierbei als Schrittmotor ausgewählt sein, so dass das Nockenrad 68 eine Winkelverstellung um exakt eine Schaltstufe erfährt. Um die Schaltbewegung zu beschleunigen, kann vorgesehen sein, dass mittels des Kleinmotors 84 ein vorgespanntes System, beispiels- weise durch ein Federelement, aufgezogen wird, das bei einer S artanforderung (der Zündschlüssel des Kraftfahrzeuges wird betätigt) das Nockenrad 68 schlagartig in die nächste Schaltstelle, damit in die Schaltsellung"Ein"verfährt. Nach Anlaufen der <BR> <BR> <BR> <BR> Verbrennungskraftmaschine erfolgt eine nächste Win- kelverdrehung des Nockenrades 68, so dass die Schleifbürsten 22 in ihre Schaltstellung"Aus"

verlagert werden. Ein Antrieb des Kleinmotors 84 ist nur in eine Drehrichtung notwendig. Hierdurch ergibt sich ein. ge_nger Schaltungs-und Steuerungsaufwand.

Durch Festlegen der Schaltkontur 70 kann in einfacher Weise der Schaltzeitpunkt der einzelnen Schleifbürs- ten 22 festgelegt werden. Insbesondere ist möglich, wenigstens eine der Schleifbürsten 22 zu einem frühe- ren Zeitpunkt durch einen entsprechend abgeflachten Verlauf der Schaltkontur für diese Schleifbürste 22 so auszugestalten, dass zunächst nur eine Schleif- bürste 22, die beispielsweise mit einem hochohmigen Vorwiderstand betrieben wird, auf den Kollektor 18 trifft, so dass ein Sanftanlauf der elektrischen Ma- schine 10 möglich ist.

Anhand der Figuren 11, 12 und 13 wird eine weitere Ausführungsvariante gezeigt, wobei gleiche Teile wie in vorhergehenden Figuren wiederum mit gleichen Be- zugszeichen- : ersehen sind. Anstelle einer Nockenrad- steuerung erfolgt hier eine Hebelsteuerung der Schleifbürsten 22 zum Überführen dieser in die Schaltstellungen"Ein"beziehungsweise"Aus".

Die Schaltwelle 76 trägt wiederum eine Außenverzah- nung 78, die mit einem Ritzel 80 eines Kleinmotors 84 kämmt. Ferner besitzt die Schaltwelle 76 eine weitere Außenverzahnung 86, die mit drehbar gelagerten Schalthebeln 88 kämmt. Die Schalthebel 88 besitzen eine Verzahnung, die die Außenverzahnung 86 kämmen.

Die tur. kion dieser Hebelsteuerung wird anhand der Figuren-2 und 13 deutlich, wobei in den Figuren 12a und 13a die Schaltstellung"Aus"der Schleifbürsen 22 gezeigt ist und in den Figuren 12b und 13b die Schaltstellung"Ein"der Schleifbürsten 22 gezeigt ist. Die Darstellungen in den Figuren 12 und 13 ent- sprechen den Schnittdarstellungen der Figur 11 entsprechend der Linien A-A beziehungsweise B-B.

Es wird deutlich, dass die Schalthebel 88 um eine Drehachse 90 verschwenkbar gelagert sind. Ein Schwenkarm 92 ist mit dem Träger 74 der Schleifbürs- ten 22 verbunden. Hierbei ist eine drehbewegliche La- gerung gegeben. Durch Verdrehen der Schaltwelle 76- gemäß der Darstellung in Uhrzeigerrichtung-werden die Schalthebel 88 um die Drehachse 90 verschwenkt, so dass über den Schaltarm 92 eine radial einwärts gerichtete Bewegung der Schleifbürsten 22 initiiert wird. Diese treffen dann beim Erreichen des Schaltzu- standes"Ein"auf den Kommutator 18 auf. Anhand der Figuren 12b und 13b wird diese verschwenkte Stellung der Schalthebel 88 deutlich.

Durch Einstellung der Schaltkurven der Schalthebel 88 kann der Zeitpunkt des Auftreffens der Schleifbürsten 22 auf den Kommutator 18 bestimmt werden. Insbesonde- re kann so eine der Schleifbürsten 22 zum Erreichen des Sanftanlaufes der elektrischen Maschine 10 früher auf den Kommutator 18 auftreffen als die weiteren Schleifbürsten 22.