Startvorrichtung Stand der Technik

Aus dem Stand der Technik sind Startvorrichtungen bekannt, deren Anker des

Startermotors Leiter aus Kupfer aufweisen.

Die bisher bekannten Startvorrichtungen sind dadurch verhältnismäßig schwer und kostspielig.

Offenbarung der Erfindung

Kurze Beschreibung der Zeichnungen.

Die Erfindung wird anhand mindestens eines Ausführungsbeispiels unter

Bezugnahme auf Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 eine Startvorrichtung in einem Längsschnitt,

Figur 2 einen Anker in einer Seitenansicht,

Figur 3a und 3b einen Leiter in Drauf- und Seitenansicht

Figur 4, 5 und 6 Einzelheiten eines Leiters.

Ausführungsformen der Erfindung

Figur 1 zeigt eine Startvorrichtung 10 in einem Längsschnitt. Diese Startvorrichtung 10 weist beispielsweise einen Startermotor 13 und einen Vorspuraktuator 16 (z. B. Relais, Starterrelais) auf. Der Startermotor 13 und der elektrische Vorspuraktuator 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 Polschuhe 31 trägt, die jeweils von einer Erregerwicklung 34 umwickelt sind. 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 eine Antriebswelle 44 aufgepresst. An dem

Andrehritzel 22 abgewandten Ende der Antriebswelle 13 ist des Weiteren ein

Kommutator 52 angebracht, der unter anderem aus einzelnen Kommutatorlamellen 55 aufgebaut ist. Die Kommutatorlamellen 55 sind in bekannterweise 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 elektrischen Antrieb 16 und dem Startermotor 13 angeordnete Stromzufuhr 61 versorgt im Einschaltzustand sowohl die Kohlebürsten 58 als auch die Erregerwicklung 34 mit Strom. Die Antriebswelle 13 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, beispielweise zwei, drei oder vier 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 Anker 37 ein sogenanntes Sonnenrad 80 an, das Teil eines Planetengetriebes 83 ist. Das Sonnenrad 80 ist von mehreren

Planetenrädern 86 umgeben, üblicherweise 3 Planetenräder 37, die mittels Wälzlagern 89 auf Achszapfen 92 abgestützt sind. Die Planetenräder 37 wälzen in einem Hohlrad 95 ab, das im Polrohr 28 außenseitig gelagert ist. In Richtung zur Abtriebsseite schließt sich an die Planetenräder 37 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 Anker 37 geschlossen ist. Auch das Zwischenlager 101 stützt sich mit seinem

Außenumfang an der Innenseite des Polrohrs 28 ab. Der Anker 37 weist auf dem vom Kommutator 52 abgewandten Ende der Antriebswelle 13 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 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 verbunden 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 umlaufende Relativbewegung zwischen Innenring 140 und Außenring 134 nur in eine Richtung. In diesem Ausführungsbeispiel 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 verwendet werden.

Das elektrische Vorspuraktuator 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.

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 hier nicht dargestellt ist, angeschlossen ist. Dieser Bolzen 150 ist durch einen Deckel 153 hindurchgeführt. Ein zweiter Bolzen 152 ist ein Anschluss für den elektrischen Startermotor 13, der über die Stromzufuhr 61 (dicke Litze) versorgt wird. Dieser Deckel 153 schließt ein Gehäuse 156 aus Stahl ab, welches mittels mehrerer Befestigungselemente 159 (Schrauben) am Antriebslagerschild 19 befestigt ist. In dem elektrischen Vorspuraktuator 16 ist eine Schubeinrichtung 160 zur

Ausübung einer Zugkraft auf den Gabelhebel 190 und eine Schalteinrichtung 161 angeordnet. Die Schubeinrichtung 160 hat eine Wicklung 162 und die

Schalteinrichtung 161 eine Wicklung 165. Die Wicklung 162 der Schubeinrichtung 160 und die Wicklung 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 schrägverzahnt ist und die Welle-Nabe- Verbindung 128 eine Geradverzahnung 125 aufweist, b) das Andrehritzel 22 schrägverzahnt 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.

Die Ankerwicklung 49 ist in Figur 2 etwas detaillierter dargestellt. Bei einen

Kommutator 52 mit beispielsweise achtundzwanzig Kommutatorlamellen 55 weist die Ankerwicklung 49 achtundzwanzig in etwa U-förmige Leiter 209 in Gestalt von

Leitersegmenten 210 auf, siehe auch Figur 3a und Figur 3b. Ein jedes Leitersegment 210 hat zwei Schenkel 213 und 216. Die Leitersegmente 210 werden so in die durch Nutisolationspapier ausgekleideten Nuten 46 des Ankerpaket 43 eingeschoben, dass ein Schenkel 213 eines Leitersegments 210 auf einem Schenkel 216 eines anderen Leitersegments 210 zu liegen kommt. Danach werden die Leitersegmente 210 am zum Kommutator weisenden Ende so gegeneinander verschränkt, dass je zwei Schenkel 213 und 216 zweier Leitersegmente 210 übereinander angeordnet sind und mit einer Kommutatorlamellen 55 zusammen stoffschlüssig (löten, schweißen) miteinander verbunden werden. Es sind folglich zwei Leiter in einer Nut 46 angeordnet.

Die Leitersegmente 210 bestehen aus einem Leitermaterial, welches hier Aluminium ist, welches mit Kupfer beschichtet ist. Derartiges Leitermaterial ist beispielsweise in Drahtform als sogenanntes„Copper-Clad-Aluminium" (CCA) bekannt. Zur

wechselseitigen Isolation der Schenkel 213 und 216 gegeneinander ist das

Leitermaterial mit einem Isolationsstoff 219, beispielsweise Lack, beschichtet. Lediglich Leiterenden 222 und 225 werden entweder von Isolationsstoff 219 von vorneherein frei gehalten oder nach dem Beschichten des Leitermaterials wieder von Isolationsstoff 219 befreit. Dies ist erforderlich, da die Leiterenden 222 und 225 sonst nur mit zusätzlichem Verfahrensaufwand mit den Kommutatorlamellen 55 bzw. gegenseitig verbunden werden können.

In Figur 4 ist ein Leiterende 225 dargestellt. Dieses Leiterende 225 zeigt deutlich einen Kern 228 aus Aluminium, der hier als Runddraht ausgeführt ist. Der Kern 228 aus Aluminium ist mit einen äußeren Schicht 231 aus Kupfer beschichtet. Die äußere Schicht 231 wiederum ist jenseits des blanken Bereichs, der für die Verbindung mit den Kommutatorlamellen 55 vorgesehen ist, mit dem Isolationsstoff 219 beschichtet.

Verfahrenstechnisch wurde hier zunächst ein Kern 228 aus Aluminium in Drahtform bereitgestellt, dieser dann mit der Schicht 231 aus Kupfer beschichtet. Anschließend wurde der so beschichtete Leiter mit Isolationsstoff 219 beschichtet. Danach wurde der zunächst in sogenannter endloser Form vorliegende Draht in einzelne Stücke abgelängt, die dann die U-Form der U-förmigen Leitersegmente 210 erhalten haben. Die freien Leiterenden 222 und 225 der U-förmigen Leitersegmente 210 wurden dann von Isolationsstoff 219 befreit, damit metallische Kontaktflächen vorliegen, die zum Verbinden mit den Kommutatorlamellen 55 oder dem anderen Leiterende vorgesehen ist.

Die äußere Schicht 231 aus Kupfer kann auf verschiedene Weisen auf dem Kern 228 aus Aluminium aufgebracht sein. So ist es einerseits möglich, die Schicht in Form von zwei sehr dünnen Bändern aus Kupfer auf den Kern 228 aus Aluminium aufzubringen bzw. aufzupressen. Die Bänder werden dabei auf einander gegenüberliegenden Oberflächen aufgebracht und aufgepresst. Alternativ ist es auch möglich, ein Band aus Kupfer auf den Kern 228 aus Aluminium aufzubringen, indem dieses spiralartig um den Aluminiumkern 228 gewickelt wird.

In Figur 5 ist ein anderes Ausführungsbeispiel eines Leiterendes 225 dargestellt.

Dieses Leiterende 225 hat zwar einen Kern 228 aus Aluminium, der hier als Runddraht ausgeführt ist. Dieser ist hier jedoch zunächst nicht zu erkennen. Der Aluminiumkern 228 ist mit einen äußeren Schicht 231 aus Kupfer beschichtet. Verfahrenstechnisch wurde hier zunächst ein Kern 228 aus Aluminium in Drahtform bereitgestellt.

Anschließend wurde der Leiter mit Isolationsstoff 219 beschichtet. Danach wurde der zunächst in sogenannter endloser Form vorliegende Draht in einzelne Stücke abgelängt, die dann die U-Form der U-förmigen Leitersegmente 210 erhalten haben. Die freien Leiterenden 222 und 225 der U-förmigen Leitersegmente 210 wurden dann von Isolationsstoff 219 befreit, damit metallische Kontaktflächen vorliegen. Anschließend wurden die blanken Leiterenden 222 und 225 mit Kupfer beschichtet (beispielsweise elektrolytisch), siehe auch den Schnitt in Figur 6.

Statt einer Steckwicklung, wie sie oben beschrieben ist, kann die Ankerwicklung 49 und damit deren Leiter 209 auch als eine sogenannte Flyer-Wicklung aus

kupferbeschichteten Aluminiumdraht in die Nuten 46 eingewickelt werden.

Um einen die vorgeschlagene Lösung in einer Startvorrichtung zu realisieren, muss ein CCA-Drahtdurchmesser mit einem Durchmesser DL von 2,0mm bis maximal 2,5mm eingesetzt werden. Mit kleinerem Durchmesser sinkt der Leitwert zu stark ab, somit kann die erforderliche Leistung nicht mehr erzeugt werden. Mit größerem Durchmesser wird die Ankerzahnfußbreite zu gering, sodass die Lamellen nicht mehr problemlos fertigbar wären. Gleichzeitig würde die Eisensättigung so stark zunehmen, dass der magnetische Fluss nicht mehr ausreichend zur Momentenbildung zur Verfügung stehen würde. Es ist dabei vorgesehen, dass der Anker 37 einen Außendurchmesser D von minimal 44 mm und maximal 50 mm aufweist.

Ein Verhältnis aus dem Außendurchmesser D und dem Durchmesser DL soll zwischen 18,8 und 23,0 betragen. Eine Anzahl der Nuten 46 soll zwischen 28 und 31 betragen. Es ist dabei besonders vorgesehen, dass folgende Kombinationen gewählt werden: a) 28 Nuten und ein Durchmesser DL von maximal 2,5 mm oder b) 28 Nuten und ein Durchmesser DL von maximal 2,25 mm oder c) 31 Nuten und ein Durchmesser DL von maximal 2,42 mm.