Die Erfindung betrifft eine elektrische Startvorrichtung für Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Patentanspruchs 1, siehe z.B. DE-A-19950956.
Derartige Startvorrichtungen kommen beispielsweise bei großen Kraftfahrzeugen wie Omnibussen und dergleichen ebenso zum Einsatz, wie beispielsweise bei Pkws. Die Startvorrichtungen werden dabei teilweise automatisch angesteuert bzw. ferngesteuert, so dass der Fahrer den Startvorgang nicht akustisch überwachen und somit bei einer Störung oder einer thermischen Überlastung nicht unverzüglich beenden kann. Dabei kann die Startvorrichtung ebenso wie bei einem mißbräuchlich zu langem Ansteuern des Starters von Hand sich so stark erwärmen, dass das Verbindungskabel zwischen der Klemme 45 des Startrelais und dem Startermotor glühend wird und im Grenzfall abschmilzt. Dabei besteht die Gefahr, dass in unmittelbarer Nähe des Kabels befindliche Teile im Kraftfahrzeug beschädigt werden, was im Extremfall zu einem Fahrzeugbrand führen könnte.
Gemäß der DE 30 02 232 C2 ist es bei Startvorrichtungen bekannt, zur thermischen Absicherung der Startvorrichtung in dem Verbindungskabel zwischen Startrelais und Startermotor ein Steuerteil einzufügen, das über einen Thermoschalter das Startrelais beim Überschreiten einer Grenztemperatur abschaltet und damit den Startvorgang unterbricht. Diese Lösung ist jedoch sehr aufwendig und kommt daher in erster Linie nur für leistungsstarke Startvorrichtungen in Betracht, da ein derartiger Überlastschutz nicht nur eine örtliche Überhitzung im Fahrzeug durch ein Wegschmelzen des Kabels beseitigt, sondern außerdem einen Defekt der Startvorrichtung verhindert. Bei einem Defekt am Steuerteil oder am Thermoschalter würde ein solcher Überlastschutz jedoch wirkungslos werden. Ebenso schützt er nicht, wenn das Leistungsrelais selbst eine Kontaktverschweißung hat, da er nur die Spule des Leistungsrelais spannungsfrei schaltet.
Mit der vorliegenden Lösung wird angestrebt, auch bei Startanlagen kleinerer Baugrößen einen voll wirksamer Schutz gegen eine Überhitzung außen liegender Teile zu erzielen, ohne hierfür zusätzliche, aufwendige Mittel einzusetzen.
Die erfindungsgemäße Startvorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat den Vorteil, dass bei einer Überlastung der Hauptstromkreis durch Ansprechen der im Startermotor angeordneten Schmelzsicherung die Gefahr einer Überhitzung von Kraftfahrzeugteilen im Bereich der Startvorrichtung und damit die Gefahr eines Folgeschadens zuverlässig vermieden wird. Durch eine entsprechend ausreichend starke Dimensionierung der übrigen im Hauptstromkreis liegenden Teile kann ferner in vorteilhafter Weise die Erhitzung nahezu punktuell auf den Bereich der im Starter integrierten Schmelzsicherung konzentriert werden, so dass die übrigen Teile der Startvorrichtung beim Ansprechen der Schmelzsicherung keinen Schaden nehmen.
So läßt sich ohne zusätzliche Mittel eine kostenneutrale Schmelzsicherung im Startermotor dadurch realisieren, dass zumindest eine der Kohlebürsten eine als Schmelzsicherung ausgebildete Anschlusslitze aufweist. Dies ist durch Materialauswahl oder durch eine Verbindungstechnik mit z. B. niedrigerem Schmelzpunkt oder/und durch einen geringeren Querschnitt der Anschlusslitze realisierbar. Eine besonders kostengünstige Lösung ergibt sich dadurch, dass der Anschlusslitzen-Querschnitt der mindestens einen Kohlenbürste gegenüber dem Querschnitt der übrigen Bereiche des Hauptstromkreises so stark geschwächt ist, dass diese Anschlusslitze bei zu hoher Belastung des Startermotors durchschmilzt. Eine zuverlässig wirksame Schmelzsicherung läßt sich bereits dadurch erzielen, dass von den mindestens zwei im Hauptstromkreis über den Kommutatorläufer in Reihe geschalteten Kohlebürsten die Anschlusslitze der einen Kohlebürste gegenüber der anderen Kohlebürste einen um mehr als 10%, vorzugsweise um 25% schwächeren Querschnitt hat.
Da bei einem vier- oder mehrpoligen Startermotor vier oder mehr Kohlebürsten über den Umfang des Kommutators verteilt angeordnet sind, ist es besonders vorteilhaft, wenn dabei die eine Gruppe der dann jeweils parallel geschalteten Kohlebürsten gegenüber der anderen Gruppe Anschlusslitzen einen geschwächten Querschnitt hat. Um sicherzustellen, dass bei Überlastung möglichst nahe der spannungsführenden Zuleitung (Litze oder Stromschiene an Klemme 45) abgeschaltet wird, ist vorgesehen, dass die plusseitig im Hauptstromkreis liegenden Kohlebürsten Anschlusslitzen mit geschwächtem Querschnitt aufweisen.
Alternativ kann es jedoch in Sonderfällen auch zweckmäßig sein, wenn bei einem vierpoligen Startermotor mit vier über den Umfang des Kommutators verteilten Kohlebürsten die Anschlusslitzen zweier einander gegenüberliegender Kohlebürsten einen um mehr als 10% geschwächten Querschnitt haben als die der zwei anderen einander gegenüberliegenden Kohlebürsten. Anstelle einer Querschnittschwächung oder zusätzlich dazu können die Anschlusslitzen auch mit einer Isolation versehen werden, die eine rasche Wärmeableitung verhindert.
Weitere Einzelheiten der Erfindung sind in dem nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel anhand der zugehörigen Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
In Figur 1 ist in schematischer Darstellung der Aufbau einer Startvorrichtung 10 dargestellt, deren Startermotor 11 ein vierpoliger Gleichstrommotor mit Permanentmagnet-Erregung ist. Ein Kommutatorläufer 12 des Startermotors 11 ist mit seiner Abtriebswelle 13 mehrfach gelagert. Die Abtriebswelle 13 trägt ein Steilgewinde 14, welches mit einem nicht dargestellten Muttergewinde eines Mitnehmerschaftes 15 zusammenwirkt. Der Mitnehmerschaft 15 ist mit einem Außenring eines Freilaufs 16 fest verbunden, dessen Innenring vorn ein Starterritzel 17 trägt. Das Starterritzel 17 ist über das Steilgewinde 14 bis zu einem Anschlag 18 axial verschiebbar und spurt dabei in einen Zahnkranz 19 einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine ein. Das Vor- und Einspuren des Starterritzels erfolgt durch ein Startrelais 20, welches über einen Umlenkhebel 21 und einer Einspurfeder 22 am Freilauf 16 angreift. Das Startrelais 20 liegt ferner mit einem Schaltkontakt im Hauptstromkreis 23 der Startvorrichtung. Dabei ist ein gestrichelt dargestellter Schaltkontakt 24 über eine Anschlussklemme 30 mit dem Plus-Pol einer Akkumulatorbatterie des Kraftfahrzeugs verbunden. An der zweiten Anschlussklemme 45 des Schaltkontaktes 24 ist ein zum Startermotor 11 führendes Anschlusskabel 25 befestigt. Das Anschlusskabel 25 ist mit seinem anderen Ende an eine Anschlussschiene 26 festgeschweißt, die in einer aus Isoliermaterial hergestellten Durchführung 27 im Gehäuse 28 des Startermotors 11 aufgenommen ist. Der Läufer 12 des Startermotors 11 trägt an seinem hinteren Ende einen Kommutator 29, auf dessen Umfang vier Kohlebürsten 31 verteilt angeordnet sind.
Aus Figur 2 ist erkennbar, dass die Kohlebürsten 31a bis 31d jeweils in einem Bürstenhalter 32 aus Kunststoff aufgenommen sind, der auf einer metallischen Bürstentragplatte 33 fest montiert ist. Die Tragplatte 33 ist mittels Schrauben an der hinteren Stirnplatte 34 des Startermotors 11 befestigt. Mittels im hinteren Teil der Bürstenhalter 32 angeordneter Federn 35 werden die Kohlebürsten 31 jeweils im montierten Zustand des Startermotors 11 gegen die Oberfläche des Kommutators 29 gedrückt. Die beiden oberen Kohlebürsten 31a, 31b sind mit ihren Anschlusslitzen 36a, 36b mit der Anschlussschiene 26 verschweißt und bilden somit die plusseitigen Kohlebürsten. Die zwei unteren Kohlebürsten 31c, 31d sind mit ihren Anschlusslitzen 36c, 36d an einen hochgebogenen Anschlusswinkel 37 der Bürstentragplatte 33 festgeschweißt. Da die Bürstentragplatte 33 über das Gehäuse 28 des Startermotors auf Masse liegt, bilden die beiden unteren Kohlebürsten 31c, 31d die masseseitigen Bürsten. Die Kohlebürsten 31a und 31b sind zu einer Gruppe zueinander parallel geschaltet; ebenso die unteren Kohlebürsten 31c und 31d. Der Hauptstromkreis 23 der Startvorrichtung 10 verläuft somit über den Schaltkontakt 24 des Startrelais 20, das Anschlusskabel 25, die Anschlussschiene 26 und von dort über die Anschlußlitzen 36a, 36b zu den Kohlebürsten 31a und 31b; sodann über den Kommutator 29 und den Läufer 12 zu den unteren Kohlebürsten 31c und 31d und dann über deren Anschlusslitzen 36c und 36d zu der auf Masse liegenden Bürstentragplatte 33.
Um innerhalb des Startermotors 11 einen Überlastschutz in Form einer Schmelzsicherung zu erhalten, sind im Beispielsfall die Querschnitte der Anschlusslitzen 36a und 36b der plusseitigen Kohlebürsten 31a, 31b um 25% schwächer als die Querschnitte der Anschlusslitzen 36c und 36d der masseseitigen Kohlebürsten 31c, 31d ausgelegt. Im Beispielsfall eines 2,0 kW-Starters haben die Anschlusslitzen 36a, 36b der plusseitigen Kohlebürsten 31a, 31b einen Querschnitt von 3 mm2, wogegen die Anschlusslitzen 36c, 36d der masseseitigen Kohlebürsten 31c, 31d einen Querschnitt von 4 mm2 haben. Da alle übrigen Bereiche im Hauptstromkreis 23 der Startvorrichtung 10 eine wesentlich größere Dimensionierung der Querschnitte am Anschlusswinkel 37, an der Anschlussschiene 26 sowie am Anschlusskabel 25 mit beispielsweise 16 mm2 aufweisen, werden bei einer Überlastung der Startvorrichtung gezielt nur die beiden parallel geschalteten Anschlusslitzen 36a, 36b der plusseitigen Kohlebürsten 31a, 31d überhitzt, so dass sie als Schmelzsicherung, gleichzeitig oder kurz hintereinander abschmelzen, bevor beispielsweise durch eine Erhitzung des Anschlusskabels 25 oder des Batteriekabels benachbarte Fahrzeugteile gefährdet werden. Damit wird zwar der Startermotor beim Ansprechen des Überlastschutzes defekt, ein Folgeschaden wird jedoch zuverlässig vermieden.
Bei wertvollen, größeren Startvorrichtungen können diese zusätzlich auch noch durch eine an sich bekannte elektronische Überlastabschaltung gesichert werden, so dass die Schmelzsicherung im Startermotor nur im Falle einer akuten Überhitzung am Starter anspricht.