DE2843984C2 - - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft einen zweistufigen Schubschraubtrieb-Starter für Verbrennungsmotoren, nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Als bekannt vorausgesetzte Starter dieser Art haben den folgenden Aufbau: ein batteriegespeister Gleichstrom-Reihenschlußmotor treibt ein Starterritzel an, das mit einem auf der Schwungscheibe des Verbrennungsmotors sitzenden Zahnkranz in kraftschlüssigen Eingriff bringbar ist und beim Abschalten des Starters selbsttätig wieder aus seiner Eingriffstellung ausrückt.

Die Einspurbewegung des Ritzels wird von der Ankerbewegung des Einrückrelais abgeleitet, das eine Einzugswicklung und eine Haltewicklung hat, die durch die Einschaltbewegung des Startschalters unter Strom gesetzt werden und gleichgerichtete Magnetfelder erzeugen, unter deren Einfluß der Relais-Anker gegen die Wirkung einer Rückstellfeder in diejenige Endstellung gezogen wird, in der seine Kontaktbrücke die Erregerwicklung des Gleichstrom-Motors direkt mit der Batterieanschlußklemme verbindet. Die Bewegung des Relaisankers wird mittels eines zweiarmigen Einrückhebels auf einen in axialer Richtung der Ankerwelle des Gleichstrommotors verschiebbaren Mitnehmer übertragen, an dem das Ritzel befestigt ist. Der Mitnehmer steht mit einem Steilgewinde der Ankerwelle in Eingriff, so daß eine Verschiebung des Mitnehmers in Richtung auf den Zahnkranz gleichzeitig eine Drehung des Ritzels bewirkt. Dieses Steilgewinde bewirkt auch, daß das Drehmoment des Motors erst dann über das Ritzel auf den Zahnkranz übertragen wird, wenn das Ritzel bis zu seiner durch einen Anschlag definierten Endstellung eingespurt ist, weil die Drehbewegung der Ankerwelle vor Erreichen dieser Endstelle nur eine axiale Verschiebbewegung des Mitnehmers bewirkt. Damit das Ritzel auch dann in den Zahnkranz einspuren kann, wenn zunächst ein Zahn des Ritzels auf einen Zahn des Zahnkranzes trifft, muß der Anker des Reihenschlußmotors mit einem gewissen Mindestdrehmoment durchdrehen, wobei das Drehmoment beim Einspuren und die Ankerdrehzahl nicht zu hoch sein dürfen, damit ein schonender Einspurvorgang gewährleistet ist. Daher wird der Reihenschlußmotor in der ersten Startphase mit verminderter Leistung betrieben und die Hauptstromversorgung über die Kontaktbrücke des Einrückrelais erst dann eingeschaltet, wenn das Ritzel vollständig oder nahezu vollständig eingespurt hat.

Zu diesem Zweck ist bei einem als bekannt vorausgesetzten Starter zusätzlich zur Erregerwicklung eine Hilfsfeldwicklung vorgesehen, die parallel zur Einzugswicklung des Gleichstrommotors geschaltet ist. Parallel zu diesem, die Einzugswicklung, die Hilfsfeldwicklung und den Reihenschlußmotor enthaltenden Stromzweig liegt die Haltewicklung zwischen der Starteranschlußklemme und Masse. Durch die Hilfsfeldwicklung wird, solange die Stromversorgung des Motors über den Startschaltkontakt erfolgt, eine Begrenzung der Stromaufnahme des Reihenschlußmotors erzielt, so daß dieser ein entsprechend vermindertes Drehmoment abgibt, das für die Verdrehung des Ritzels zum Einspuren ausreichend ist und dabei das Ritzel und den Zahnkranz optimal schont. Der die Starteranschlußklemme mit der Batterie verbindende Kontakt ist der Arbeitskontakt eines Startrelais, das die erforderliche relativ hohe Schaltleistung vermittelt. Sobald die Kontaktbrücke des Einrückrelais den gemeinsamen Anschlußpunkt von Erregerwicklung, Hilfsfeldwicklung und Einzugswicklung direkt mit der Batterieanschlußklemme verbindet, sind die Hilfsfeldwicklung und die Einzugswicklung kurzgeschlossen und damit unwirksam. Lediglich die Haltewicklung, deren Magnetfeld den Anker des Relais in seiner Kontaktgabestellung und damit das Ritzel in seiner Eingriffstellung hält, zieht weiterhin Strom. Da der Kurzschluß der Einzugswicklung beim Öffnen des Startkontakts wieder aufgehoben wird, wobei dann allerdings verglichen mit dem Fall, daß der Startkontakt geschlossen und der Hauptstromkontakt noch offen ist, der Strom in der Einzugswicklung in entgegengesetzter Richtung fließt. Damit das Einzugsrelais abfallen und das Starterritzel aus seiner Eingriffstellung mit dem Zahnkranz wieder ausspuren kann, ist es daher erforderlich, daß die Ampèrewindungszahl der Einzugswicklung und der Haltewicklung in einem bestimmten Verhältnis zueinander stehen, derart, daß sich bei abgeschaltetem Starter ihre Magnetfelder gegenseitig aufheben. Geht man von gleichen Windungsflächen der Einzugswicklung und der Haltewicklung aus und vernachlässigt man die Wirkung der Rückstellfeder, die im Normalfall durch die Kraftwirkung des Feldes der Haltewicklung deutlich überkompensiert ist, dann muß, damit das Einrückrelais abfallen kann, die Bedingung

erfüllt sein, worin N die Anzahl der Windungen der Einzugswicklung, M die Anzahl der Windungen der Haltewicklung, R _E den Ohm'schen Widerstand der Einzugswicklung und R _F den Ohm'schen Widerstand der Hilfsfeldwicklung bezeichnen.

Die Erfüllung dieser Bedingung resultiert bei bekannten zweistufigen Startern im Vergleich mit einstufigen Startern, bei denen man die Ampèrewindungszahlen der Einzugs- und der Haltewicklung in erster Näherung gleich wählen und diese Wicklungen aus demselben Leitermaterial neben- oder übereinander wickeln kann, in deutlich aufwendigeren Gestaltungen der Einzugswicklung, wie man am einfachsten anhand der folgenden Betrachtung zweier Spezialfälle erkennt:

Geht man zunächst von dem in praxi bei einstufigen Startern realisierten Fall aus, daß der Widerstand der Einzugswicklung groß gegen denjenigen der Haupterregerwicklung ist, dann muß der Widerstand der Hilfsfeldwicklung zwar deutlich größer sein als derjenige der Haupterregerwicklung aber auch deutlich geringer als derjenige der Einzugswicklung, damit der Gleichstrommotor in der ersten Startstufe ein vernünftig hohes Drehmoment abgibt. Nimmt man an, daß sich die Widerstände R _H der Hilfsfeldwicklung und R _E der Einzugswicklung wie 1 : 3 verhalten, dann ergibt sich für die erforderliche Windungszahl der Einzugswicklung 4 M, d. h. die Einzugswicklung muß die vierfache Windungszahl der Haltewicklung haben. Damit diese erhöhte Zahl von Windungen nicht zu einem unzulässig hohen Widerstand der Einzugswicklung führt, muß der Leiterquerschnitt der Einzugswicklung gegebenenfalls größer gewählt werden als derjenige der Haltewicklung, so daß man die beiden Wicklungen nicht aus dem gleichen Leitungsdraht fertigen kann, was natürlich sowohl den Materialaufwand als auch den Herstellungsaufwand deutlich erhöht. Würde man andererseits den Widerstand der Einzugswicklung klein gegen denjenigen der Hilfsfeldwicklung wählen, dann ergäbe sich zwar, daß die Haltewicklung und die Einzugswicklung in erster Näherung dieselbe Anzahl von Windungen benötigen, der durch die Hilfsfeldwicklung beabsichtigte Effekt einer abgestuften Drehmomententfaltung des Gleichstromelektromotors wäre aber wieder aufgehoben, und es wäre günstiger, einen einstufigen Starter mit hohem Widerstand der Einzugswicklung zu benutzen.

Aus der DE-OS 16 13 957 ist noch ein Schubankerstarter für Brennkraftmaschinen bekannt. Dieser Starter hat ein Einrückrelais, das nur mit einer Einzugswicklung versehen ist, welche in einem Strompfad zwischen Anschlußklemme 50 des Startschalters und Masse liegt. Die Ankerbewegung des Einrückrelais bewirkt die wegabhängige Steuerung der Stromaufnahme des Reihenschlußmotors. Dazu wird in der ersten Stufe des Startvorganges der erste Kontakt der Kontaktbrücke mit der Batterieanschlußklemme 30 verbunden. Die Kontaktbrücke ist über einen Leitungszweig ständig mit einem Umschalter verbunden, dessen einer Kontakt den zweiten Kontakt der Kontaktbrücke des Einrückrelais überbrückend an der Erregerwicklung des Startermotors liegt und dessen anderer Kontakt an Masse geschlossen ist. In den Leitungszweig zwischen Kontaktbrücke und Umschalter ist eine Hilfswicklung geschaltet. Somit gelangt in der ersten Stufe des Startvorgangs ein Teil des Erregerstroms über den ersten geschlossenen Kontakt der Kontaktbrücke, die Hilfswicklung und den Umschalter zur Erregerwicklung des Startermotors. Der Anker des Startermotors wird eingezogen und bei gleichzeitiger Drehung des Ankers wird das Ritzel in den Zahnkranz eingespurt. Erst bei vollständig eingespurtem Ritzel wird eine Sperrklinke ausgeschaltet, so daß der zweite Kontakt des Einrückrelais mit der Erregerwicklung des Startermotors verbunden ist. Gleichzeitig wird der die Hilfswicklung aufweisende Leitungszweig über den Umschalter mit Masse verbunden. Dadurch wird die Hilfswicklung - ebenso wie die Einzugswicklung des Einrückrelais bereits in der ersten Stufe des Startvorgangs - parallel zur Erregerwicklung des Startermotors geschaltet und wirkt nunmehr als Haltewicklung, während in der zweiten Stufe des Startvorgangs der Strom zum Andrehen der Brennkraftmaschine von der Batterieanschlußklemme 30 über die beiden geschlossenen Kontaktpaare der Kontaktbrücke zur Erregerwicklung des Startermotors gelangt. Über das Zündschloß bzw. den Startdruckknopf fließt bei dem Schubankerstarter zwar nur der Strom zum Bedienen der Einzugswicklung des Einrückrelais. Einzugswicklung und Erregerwicklung sind jedoch nie in Reihe geschaltet. Obendrein benötigt der Starter noch eine Sperrklinke und eine gegenüber der Ankerbewegung des Einrückrelais bewegbare Anordnung der Kontaktbrücke. Das erfordert eine zusätzliche Abstimmung des Einrückrelais und der Sperrklinke in bezug auf das Schließen des zweiten Kontaktpaares zwischen Batterie-Anschlußklemme 30 und Erregerwicklung des Startermotors.

Man erkennt, daß der unter Gesichtspunkten des Arbeits- und Materialaufwandes günstigste Kompromiß bei der Gestaltung der Einzugswicklung bei den bekannten zweistufigen Startern erheblich aufwendiger ist als bei einstufigen Schubschraubtriebstartern.

Aufgabe, Lösung und Vorteile der Erfindung

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einem zweistufigen Schubschraubtriebstarter mit einfachen Mitteln und deren Schaltung die Neigung zu Blindschaltungen wesentlich zu verringern, das heißt die Einspursicherheit zu erhöhen und darüber hinaus den Bereich der kostengünstigen Schubschraubtrieb-Bauart zu höheren Leistungen hin auszudehnen.

Zur Lösung der Aufgabe sind die im Kennzeichen des Hauptanspruchs angegebenen Maßnahmen vorgesehen.

Dabei ist von Vorteil, das Strombegrenzungsglied in dem von der Anschlußklemme 30 geführten Leitungszweig anzuordnen, der den Arbeitskontakt, das heißt die Kontaktbrücke des Einrückrelais überbrückt. Die Stromzufuhr zum Strombegrenzungsglied ist dazu durch ein an die Anschlußklemme 50 geschaltetes und parallel zur Einzugswicklung des Einrückrelais liegendes Schaltglied steuerbar. Somit braucht dieses Schaltglied nur noch das Strombegrenzungsglied zu schalten und kann als preisgünstiges, raumsparendes Verstärkerrelais mit verhältnismäßig geringer Leistung ausgebildet oder ein entsprechender Thyristor sein. Darüber hinaus ist von Vorteil, Drehmoment und Schubkraft beim Einspurvorgang dadurch zu entkoppeln, daß die Drehmomenterzeugung über Erregerfeld des Startermotors und Strombegrenzungsglied erfolgt, während die Vorschubbewegung des Ritzels beim Einspuren als Schraubbewegung durch Steilgewinde und Einrückrelais bewirkt wird. Somit ist der das Strombegrenzungsglied enthaltende Strompfad direkt von der Batterieanschlußklemme über das Strombegrenzungsglied zur Erregerwicklung des Gleichstrommotors geführt. Die Abfallbedingung des Einzugsrelais ist nicht durch die Dimensionierung des als Hilfsfeldwicklung ausgebildeten Strombegrenzungsgliedes beeinflußt und daher in guter Näherung dadurch erfüllbar ist, daß man die Windungszahlen der Einzugs- und der Haltewicklung gleich groß wählt. Eine geringfügig größere Windungszahl der Einzugswicklung kann dadurch erforderlich werden, daß zu dieser die Wicklung eines Relais parallel liegt, das bei Betätigung des Startschalters den Strompfad von der Batterieanschlußklemme zum Strombegrenzungsglied frei gibt bzw. wieder sperrt, wenn der Schalter zur Beendigung des Startvorgangs geöffnet wird. Da der Ohm'sche Widerstand der Wicklung eines solchen Relais aber im Regelfall sehr viel größer ist als der Ohm'sche Widerstand der Einzugswicklung, fällt eine die Relaiswicklung berücksichtigende Korrektur der Windungszahlen des Einrückrelais praktisch nicht ins Gewicht. Dieses kann vielmehr in erster Näherung dieselbe Dimensionierung haben wie die bei einstufigen Startern, die mit dem minimalen Herstellungs- und Materialaufwand verbunden ist. Dies ist um so bedeutsamer, als Starter der erfindungsgemäßen Art in großen Stückzahlen benötigt werden und typische Massenartikel sind, bei denen schon verhältnismäßig geringfügige Minderungen der Herstellungskosten für ein Einzelstück mit erheblichen Einsparungsbeträgen in der Gesamtkostenrechnung eines Herstellerunternehmens zu Buche schlagen.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben und erläutert. Die Zeichnung zeigt das Schaltbild eines zweistufigen Schubschraubtriebstarters mit einer Hilfsfeldwicklung als Strombegrenzungsglied.

Beschreibung des Ausführungsbeispieles

Der in der Zeichnung nur hinsichtlich seines Schaltungsaufbaues dargestellte Starter 1 ist als Schubschraubtriebstarter mit den bereits eingangs erwähnten konstruktiven Einzelheiten ausgebildet.

Der Startermotor 2 ist ein Gleichstrom-Reihenschlußmotor, bei dem die Ankerwicklung 3 an Masse angeschlossen ist. Seine Erregerwicklung 4 ist über die Kontaktbrücke 6 eines Einrückrelais 7 mit der über die Batterieanschlußleitung 8 mit dem Plus-Pol 9 der Fahrzeugbatterie 10 verbundenen Batterieanschlußklemme verbindbar, die entsprechend der in der Kraftfahrzeugtechnik üblichen Bezeichnungsweise mit der Bezugszahl 30 belegt ist.

Das Einrückrelais 7 hat eine Einzugswicklung 11 und eine Haltewicklung 12, die in der Zeichnung durch Schrägstriche repräsentiert sind. Die Einzugswicklung 11 liegt in Reihe mit der Erregerwicklung 4 des Startermotors 2, die Haltewicklung 12 liegt parallel zu der durch die Einzugswicklung 11, die Erregerwicklung 4 und die Ankerwicklung 3 gebildeten Reihenschaltung zwischen der Starterklemme 50 und Masse. Parallel zur Einzugswicklung 11 des Einrückrelais 7 liegt die Magnetspule 13 eines als Schließschalter arbeitenden Schaltrelais 14, über dessen Kontaktbrücke 16 ein von der Batterieanschlußklemme 30 über eine Hilfsfeldwicklung 17 zum gemeinsamen Anschlußpunkt 18 von Einzugswicklung 11 und Erregerwicklung 4 führender Stromzweig 19 schließbar ist. Durch Schließen des Startschalters 20 wird der Startvorgang eingeleitet und durch Öffnen beendet. Die Wicklungen 11, 12 und 13 des Einrückrelais 7 bzw. des Schaltrelais 14 sind so dimensioniert, daß das Schaltrelais 14 eine deutlich geringere Schaltzeit hat als das Einrückrelais 7, und daß der Ohm'sche Widerstand der Einzugswicklung 11 deutlich größer ist als derjenige des die Hilfsfeldwicklung 17 enthaltenden Stromzweiges 19. Die dargestellte Schaltung arbeitet dann wie folgt:

Unmittelbar nach dem Schließen des Startschalters 20 steht der Startermotor 2 nur über die Einzugswicklung 11 des Einrückrelais 7 unter Strom, der aber sehr gering ist. Ein für das sichere Einspuren des Starterritzels in den Zahnkranz des Verbrennungsmotores erforderliches Mindestdrehmoment gibt der Startermotor 2 erst ab, wenn das Schaltrelais 14 angezogen hat und über dessen Kontaktbrücke 16 und die Hilfsfeldwicklung 17 ein im wesentlichen durch deren Anschlußwerte begrenzter Strom zur Erregerwicklung 4 fließt.

Sein volles Drehmoment entfaltet der Startermotor 2 erst dann, wenn auch das Einrückrelais 7 angezogen hat und somit der Startermotor 2 über die Kontaktbrücke 6 direkt mit der Fahrzeugbatterie 10 verbunden ist. Die Einzugswicklung 11 des Einrückrelais 7 und die Wicklung 13 des Schaltrelais 14 sind dann kurzgeschlossen, wobei letzteres abfällt. Lediglich die Haltewicklung 12 ist bei geschlossenem Startschalter 20 weiterhin stromführend.

Um nach dem Öffnen des Startschalters 20, nun den Startvorgang zu beenden, einen Selbsthalteeffekt des Einrückrelais als Folge eines weiterhin über seine Kontaktbrücke 6 durch die Einzugswicklung 11 und die Haltewicklung 12 fließenden Stromes zu vermeiden, darf die durch die Haltewicklung 12 vermittelte Haltekraft nicht größer sein als die Summe der Beträge der durch die Rückstellfeder und jetzt auch durch die Einzugswicklung 11 vermittelten Rückstellkräfte. Diese Bedingung ist jedenfalls dann mit Sicherheit erfüllt, wenn sich in einem solchen Fall die Wirkungen der Einzugswicklung 11 und der Haltewicklung 12 für sich allein betrachtet aufheben. Diese Bedingung ist bei dem dargestellten Schubschraubtriebstarter bei gleicher Windungsgeometrie von Einzugs- und Haltewicklung praktisch durch gleiche Windungszahlen erfüllbar.

Es versteht sich, daß zur entsprechenden Begrenzung des Starterdrehmoments anstelle einer Hilfsfeldwicklung 17 auch ein Ohm'scher Widerstand eingesetzt werden kann, und daß man anstelle des Schaltrelais 14 auch ein anderes Schaltelement, beispielsweise einen Thyristor einsetzen könnte.

Da über den Startschalter 20 ein nennenswerter Strom nur solange fließt, bis das Einrückrelais 7 angezogen hat und danach seine Einzugswicklung 11 über die Kontaktbrücke 6 kurzgeschlossen ist, ist die gestrichelt eingezeichnete Variante der Schaltung mit einem Verstärkerrelais 21 und einem in dessen Haltekreis sitzenden handbetätigten Schalter 22 nur für die Starter im oberen Leistungsbereich erforderlich.

Claims (3)

1. Zweistufiger Schubschraubtriebstarter für Verbrennungsmotoren mit einem Gleichstrom-Reihenschlußmotor zum Antrieb eines mit einem Zahnkranz an der Schwungscheibe des Verbrennungsmotors in kraftschlüssigen Eingriff bringbaren Ritzels und mit einem eine Einzugswicklung und eine Haltewicklung, welche über eine gemeinsame Anschlußklemme (50) mit dem Startschalter verbunden sind, umfassenden Einrück-Relais, dessen Ankerbewegung einerseits die Schraubbewegung des Ritzels während des Einspurvorgangs und andererseits eine wegabhängige Steuerung der Stromaufnahme des Reihenschlußmotors vermittelt, dessen Erregerwicklung in der ersten Stufe des Startvorganges ein größerer Anteil des Erregerstromes über ein Strombegrenzungsglied und ein kleinerer Teil über die mit der Erregerwicklung in Reihe liegende Einzugswicklung zugeführt ist, wogegen in der zweiten Stufe des Startvorganges die Erregerwicklung über die Kontaktbrücke des Einzugsrelais direkt mit der Batterieanschlußklemme (30) verbunden ist, vollen Erregerstrom erhält und das Strombegrenzungsglied und die Einzugswicklung kurzgeschlossen sind, wobei das von der zwischen dem Startschalter und Masse liegenden Haltewicklung erzeugte Magnetfeld den Relaisanker in der für die Eingriffsstellung des Ritzels charakteristischen Endlage hält, dadurch gekennzeichnet, daß das Strombegrenzungsglied (17) in einem von der, von der Plus-Anschlußklemme (9) zur Erregerwicklung (4) führenden Batterieanschlußleitung (8) abzweigenden, den Arbeitskontakt (6) des Einrückrelais (7) überbrückenden Strompfad (19) liegt, der mittels eines an der Anschlußklemme (50) liegenden und beim Betätigen des Startschalters (20) mit aktivierten Schaltgliedes (14) freigebbar und selbsttätig absperrbar ist.

2. Starter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltglied (14) ein Relais ist, dessen Wicklung (13) parallel zur Einzugswicklung (11) des Einrückrelais (7) geschaltet ist.

3. Starter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Strombegrenzungsglied eine an sich bekannte Hilfsfeldwicklung (17) vorgesehen ist.