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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Magnetschalter eines
Startermotors zum Starten eines Verbrennungsmotors.
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Ein
Rahmen bzw. Gehäuse
eines Magnetschalters wird gewöhnlich
geformt durch Kaltverformung oder Pressen eines Eisenmaterials in
eine grobe Gestalt, mit anschließender maschineller Bearbeitung
einiger Abschnitte in die exakten Dimensionen, um innere Bauteile
hierin zu halten. Wenn der Rahmen auf diese Art als Ganzes gefertigt
ist, kann der magnetischer Widerstand entlang des Weges des magnetischen
Kraftflusses gering gehalten werden. Für dieses Verfahren ist jedoch
ein kostspieliger Bearbeitungsvorgang erforderlich. Andererseits
gibt es ein anderes Verfahren den Rahmen zu formen, bei welchem
auf die kostspielige maschinelle Bearbeitung des Rahmens verzichtet
wird und einzelne Abschnitte zusammengebaut werden, welche einen Weg
für den
magnetischen Fluß bilden.
Wenn man von diesem Verfahren Gebrauch macht, ergibt sich jedoch
das Problem, daß der
magnetische Widerstand entlang des Weges des magnetischen Flusses hoch
ist. Dies ist der Fall, da der magnetische Widerstand an sich berührenden
Oberflächen
einzelner Bauteile ansteigt. Wenn der magnetische Widerstand entlang
des Weges des magnetischen Flusses hoch ist, kann keine hohe Leistung
bzw. kein hoher Wirkungsgrad des Magnetschalters erzielt werden.
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In
der
EP 0 573 872 A1 ist
ein elektromagnetischer Schalter für einen Anlasser eines Verbrennungsmotors
mit einem verbesserten „Sticking"/"Schweiß"-Verhalten der beweglichen und der stationären Kontakte
innerhalb des Schalters beschrieben. Hierzu sind die beweglichen
Kontakt insoweit ausgeführt,
dass falls die stationären
Kontakte zu oszillieren beginnen, die Enden der beweglichen Kontakte
dieser Bewegung folgen, wobei die Beschleunigung und Amplitude dieser
Oszillation der beweglichen Kontakte größer ist als die der stationären Kontakte.
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DE 1825 869 U zeigt
einen Elektromagneten mit hohlzylindrischer Erregerwicklung und
einem die Erregerwicklung umschließenden Gehäuse aus magnetisierbarem Stoff,
das einen rohrförmigen
Mantel und zwei Endscheiben hat, von denen wenigstens die eine gleichachsig
zum Mantel ein Kernstück
trägt, sowie
mit einem Anker, der sich gleichachsig zum Kernstück in der
Wicklung erstreckt und an dem eine Stange angreift, die durch das
Kernstück
nach außen hindurchgeführt ist.
Zusammengehalten werden die Teile einen U-förmigen Bügel, dessen Steg auf der Außenseite
der einen Endscheibe liegt und dessen beide Schenkel mit ihren Endabschnitten
an der anderen Endscheibe angreifen.
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DE 28 13 699 C2 zeigt
einen elektromagnetischen Schalter, insbesondere für Andrehvorrichtungen
von Brennkraftmaschinen, mit kurzen Schaltwegen und kleinem mechanischen
Druck auf die Kontakte. Der elektromagnetische Schalter weist ein
Gehäuse
auf, in dem auf einer Führungshülse ein
Wicklungsträger
mit einer Erregerspule untergebracht und in der ein Magnettanker
geführt
ist. Das Gehäuse enthält einen
an einer Stirnseite des Gehäuses
angeordneten Magnetkern, an welchen der Magnettanker entgegen der
Kraft einer Rückstellfeder
ziehbar ist, in dem ein Kontaktbrückenträger bewegbar geführt ist und
durch den sich ein längsbewegbarer
Schaltbolzen erstreckt. Der Schaltbolzen nimmt zusammen mit dem
Kontaktbrückenträger eine
Kontaktbrücke
in einem Schaltraum auf, der von einer Kappe abgedeckt ist, an deren
Innenseite sich der Kontaktbrückenträger federnd
abstützt.
Der elektromagnetische Schalter weist auch zwei Hauptstromkontakte
auf, welche in der Kappe angeordnet sind. Der Schaltbolzen ist mit
einem Ende am Magnetanker befestigt und hat einen Schaltabschnitt
in der Nähe
des Endes und trägt eine
bewegbare Hülse,
auf der eine Kontaktdruckfeder angeordnet ist, die mit einem Ende
an einem Anschlag der Hülse
anliegt und sich mit ihrem anderen Ende and er an einen Endanschlag
der Hälse
andrückenden
Kontaktbrücke
abstützt.
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DE 90 01 337 zeigt eine
elektromagnetische Vorrichtung zur Steuerung der Stromzufuhr an
den elektrischen Anlassermotor einer Brennkraftmaschine bestehend
aus: einem Stützgehäuse, in
welchem eine Elektromagnet angeordnet ist, der sich aus einer Erregerwicklung
und einem beweglichen Kern mit einem Kontakt zusammensetzt. Bei
Erregung der Wicklung verbindet der bewegliche Kern die durch einen
Stirnabschnitt des Gehäuses
verlaufenden und zum Anschluss an jeweils eine Spannungsquelle und den
Anlassermotor vorgesehenen ersten und zweiten Festkontakte miteinander.
Der Stirnabschnitt des Gehäuses
trägt ein äußeres, leitendes
Verbindungsglied, dessen erstes Ende mit dem zweiten Festkontakt
verbunden ist und dessen zweites Ende erstreckt sich in der Nähe des anderen
Festkontaktes und ist mit einem Ende der Wicklung durch den Stirnabschnitt
des Gehäuses
verbunden. Die elektromagnetische Vorrichtung umfasst ein Schutzelement
aus elektrisch isolierendem Material, welches außen mit dem Stirnabschnitt
des Gehäuses
verbunden ist und sich zwischen dem ersten Festkontakt und einem zweiten
Ende des Verbindungsglieds erstreckt, um eine zufällige elektrische
Verbindung des ersten Festkontaktes mit dem zweiten Ende des Verbindungsgliedes
zu verhindern, wie sie beispielweise durch leitende „Brücken" aufgrund von Bildung
von Eis oder einer Ansammlung von Schmutz zwischen diesen Teilen
auftreten kann.
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Die
vorliegende Erfindung wurde vor dem Hintergrund des oben erwähnten Problems
getätigt, und
es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten
Magnetschalter eines Startermotors zu schaffen, der eine zusammengebaute
Rahmenstruktur verwendet, in welcher der magnetische Widerstand
entlang des Weges des magnetischen Flusses unterdrückt wird.
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Diese
Aufgabe wird durch einen Magnetschalter mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Magnetschalters sind Gegenstand
der Unteransprüche.
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Ein
Magnetschalter wird zum Schließen
oder Öffnen
eines elektrischen Schaltkreises verwendet, um einen Startermotor
bzw. Anlasser mit Strom zu versorgen. Der Magnetschalter enthält ein Paar
stationärer
Kontakte, einen beweglichen Kontakt zum Schließen oder Öffnen der stätionären Kontakte
und ein elektromagnetisches Stellglied, um den beweglichen Kontakt
anzusteuern. Das elektromagnetische Stellglied enthält eine
Spule zum Erzeugen eines magnetischen Flusses, ein Magnetkernteil,
um einen Weg für
den magnetischen Fluß für die Spule
herzustellen, und einen Kolben, um den beweglichen Kontakt bei Versorgung
der Spule mit Energie zu bewegen. Eine Schalterabdeckung, die eine
Schaltkammer bildet, in welcher das Paar der stationären Kontakte
und der bewegliche Kontakt angeordnet sind, ist mit dem Magnetkernteil
verbunden.
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Das
Magnetkernteil ist zusammengesetzt aus einem ersten Kern, einem
zylindrischen Joch und einem zweiten Kern. Alle Komponenten des
Magnetkernteils sind derart zusammen in einem tassenförmigen Rahmen
durch Verstemmen bzw. Bördeln
eines offenen Endes des tassenförmigen
Rahmens aufgenommen, daß sie
einen festen bzw. engen Kontakt miteinander haben, um den magnetischen
Widerstand entlang des Weges des magnetischen Flusses nicht zu erhöhen. Der
tassenförmige
Rahmen hat eine Bodenwandung und einen zylindrischen Abschnitt,
wobei ein verengter bzw. gepreßter
Abschnitt mit einem kleineren Durchmesser in dem Bereich des zylindrischen
Abschnitts ausgebildet ist, welcher der Bodenwandung benachbart
ist. Der scheibenförmige erste
Kern ist unter Kraftaufbringung in den verengten Abschnitt des Rahmens
eingefügt.
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Das
zylindrische Joch ist durch Rundbiegen einer flachen Platte in einen
C-förmigen Körper hergestellt,
welcher eine kleine Öffnung
und einem Außendurchmesser
aufweist, der etwas größer als
ein Innendurchmesser des zylindrischen Abschnitts des Rahmens ist.
Der C-förmige
Körper
ist unter Kraftaufbringung durch Zusammenpressen der kleinen Öffnung in
den zylindrischen Abschnitt eingefügt. Der zweite Kern ist ebenfalls
in den zylindrischen Abschnitt des Rahmens eingefügt. Alle
Komponenten, die das Magnetkernteil bilden, sind durch eine axiale Kraft
aneinandergepreßt,
die durch Bördeln
einer Außenfläche des
zylindrischen Abschnitts des Rahmens erzeugt wird.
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Die
Schalterabdeckung ist gegen das Magnetkernteil gedrückt und
mit diesem durch das Bördeln
des offenen Endes des Rahmens verbunden. Die axiale Kraft, welche
die Schalterabdeckung gegen das Magnetkernteil drückt, ist
auf ein niedrigeres Maß eingestellt,
als die axiale Kraft, welche die Komponenten des Magnetkernteils
miteinander verbindet, so daß der
enge Kontakt der Komponenten nicht durch das Anpressen der Schalterabdeckung
gegen das Magnetkernteil verloren geht. Die Dicke des scheibenförmigen ersten
Kerns ist größer gewählt als die
Tiefe des verengten Abschnitts des Rahmens, um einen engen Kontakt
zwischen dem ersten Kern und dem zylindrischen Joch sicherzustellen.
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Erfindungsgemäß ist eine
Zunahme des magnetischen Widerstands entlang des Wegs des magnetischen
Flusses minimiert, obwohl das Magnetkernteil, das den Weg des magnetischen
Flusses bildet, aus einzelnen Komponenten gebildet ist.
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Die
Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der
Figuren der Zeichnungen näher
erläutert.
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1 ist
eine Schnittansicht, welche die gesamte Struktur eines erfindungsgemäßen Magnetschalters
in einer ersten Ausführungsform
zeigt;
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2 ist
eine Schnittansicht, welche die Struktur eines Magnetkernteils detailliert
in Vergrößerung zeigt;
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3 ist
eine Schnittansicht, welche die gesamte Struktur eines erfindungsgemäßen Magnetschalters
in einer zweiten Ausführungsform
zeigt; und die
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4A und 4B sind
Schnittansichten, welche modifizierte Ausgestaltungsweisen der vorliegenden
Erfindung zeigen.
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Eine
erste Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird anhand der 1 und 2 beschrieben.
Wie in 1 gezeigt ist, enthält ein Magnetschalter 1 ein
Paar stationärer
Kontakte 2, einen beweglichen Kontakt 3 und ein
elektromagnetisches Stellglied zum Ansteuern des beweglichen Kontakts 3.
Das Paar der stationären
Kontakte 2 wird mit dem beweglichen Kontakt 3 geschlossen,
wenn der bewegliche Kontakt 3 nach rechts (in 1)
bewegt wird.
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Das
elektromagnetische Stellglied ist zusammengesetzt aus einer Spule 4,
die einen magnetischen Fluß erzeugt,
wenn sie mit Energie versorgt wird, einem Magnetkernteil, das um
die Spule 4 herum angeordnet ist, um einen Weg für den magnetischen
Fluß der
Spule zu schaffen, einem Gehäuse bzw.
Rahmen 5, der das Magnetkernteil in sich aufnimmt und einen
Abschnitt des Weges des magnetischen Flusses bildet, einem Kolben 6,
und anderen zugeordneten Teilen. Die Spule 4 ist aus einer
Anzugsspule 4a und einer Haltespule 4b zusammengesetzt
und um einen Spulenkörper 7 gewickelt.
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Das
Magnetkernteil ist zusammengesetzt aus einem zylindrischen Joch 8,
das um die Spule 4 angeordnet ist, einem ersten Kern 9,
der an einem Ende des Jochs 8 angeordnet ist, und einem
zweiten Kern 10, der am anderen Ende des Jochs 8 angebracht
ist. Diese Komponenten, die das Magnetkernteil bilden, sind alle
aus einem magnetischen Material wie Stahl hergestellt und zusammen
im Rahmen 5 aufgenommen. Der zweite Kern 10 enthält einen
Vorsprung, der in eine Innenbohrung des Spulenkörpers 7 eingefügt ist,
und der Vorsprung hat eine Anschlagfläche 10a, an welche
der Kolben 6 stößt, wenn
er aufgrund der Versorgung der Spule 4 mit Energie nach
rechts bewegt wird.
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Der
Rahmen 5 wird durch Ziehen einer Stahlplatte in eine Tassenform
geformt. Er enthält
eine Bodenwandung 5a, einen zylindrischen Abschnitt 5b und
eine Öffnung
an der der Bodenwandung 5a gegenüberliegenden Seite. Ein verengter
Abschnitt 5c mit einem inneren Durchmesser, der ein wenig
kleiner ist als der des zylindrischen Abschnitts 5b, ist
an der Seite der Bodenwandung erzeugt. Der erste Kern 9,
der einen äußeren Durchmesser
aufweist, der ein wenig größer ist
als der Innendurchmesser des verengten Abschnitts 5c, ist
in den verengten Abschnitt 5c eingepreßt. Das Joch 8 und
der zweite Kern 10 sind ebenfalls im Rahmen 5 angeordnet,
wie 1 zeigt.
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Eine
zylindrische Buchse 11 ist in der Innenbohrung des Spulenkörpers 7 angeordnet,
und der Kolben 6 ist mittels der zylindrischen Buchse 11 verschieblich
in der Innenbohrung des Spulenkörpers 7 gehalten.
Der Kolben 6 ist mittels einer Rückstellfeder 12 nach
links vorgespannt, die zwischen dem Kolben 6 und der Anschlagfläche 10a des
zweiten Kerns 10 angeordnet ist. Eine Schalterabdeckung 14,
die ein Paar von Anschlüssen 13 trägt, ist
durch Verstemmen des Rahmens 5 mit dem Magnetkernteil verbunden.
Einer der Anschlüsse 13 ist
elektrisch mit einer bordseitigen Batterie (nicht dargestellt) verbunden,
der andere Anschluß 13 ist
elektrisch mit einer Feldspule eines Startermotors (nicht dargestellt)
verbunden. Eine Schaltkammer 15, in welcher der bewegliche
Kontakt 3 und die stationären Kontakte 2 angeordnet
sind, ist zwischen dem zweiten Kern 10 und der Schalterabdeckung 14 ausgebildet.
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Der
bewegliche Kontakt 3 ist mittels zweier Kunstharzteile 17 verschieblich
an einem Zwischenstab 16 montiert und durch eine Kontaktfeder 18 nach
rechts vorgespannt (in 1). Der Zwischenstab 16 ist
durch den Vorsprung des zweiten Kerns 10 durch die Anschlagfläche 10a hindurch
verschieblich gehalten und durch eine Feder 19 nach links
vorgespannt, die zwischen dem Zwischenstab 16 und der Schalterabdeckung 14 gehalten
ist. Wenn sich der Kolben 6 aufgrund der Versorgung der
Spule 4 mit Energie nach rechts bewegt, stößt das linke
Ende des Zwischenstabs 16 an den Kolben 6 und
der Zwischenstab 16 bewegt sich zusammen mit dem Kolben 6 nach
rechts, wodurch das Paar stationärer Kontakte 2 mit
dem beweglichen Kontakt 3 geschlossen wird.
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Unter
Bezug auf 2 zusammen mit 1 wird
nun die Struktur des Aufbaus des Magnetkernteils (zusammengesetzt
aus dem ersten Kern 9, dem Joch 8 und dem zweiten
Kern 10) und der Schalterabdeckung 14 detailliert
beschrieben. Der erste Kern 9 ist in den verengten Abschnitt 5c des
Rahmens 5 eingepreßt.
Der Außendurchmesser
des ersten Kerns 9 ist ein wenig größer ausgebildet als der Innendurchmesser
des verengten Abschnitts 5c. Die Tiefe "A" des
verengten Abschnitts 5c ist derart kleiner als die Dicke "B" des ersten Kerns 9 ausgebildet, daß ein Hohlraum 20 zwischen
dem ersten Kern 9 und dem Joch 8 ausgebildet ist,
wie 2 zeigt. Der erste Kern 9, das Joch 8 und
der zweite Kern 10 sind so zusammengebaut, daß sie durch
das Verstemmen bzw. Einbördeln
einer Außenfläche des
Rahmens 5 an einer Position nahe von dessen offenem Ende
aufeinander drücken,
wodurch ein eingedrückter
bzw. eingebördelter
Abschnitt 5d entsteht.
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Das
Joch 8 wird durch Rundbiegen einer rechteckigen flachen
Platte in eine C-Form
ausgebildet. Das C-förmige
Joch 8 weist eine kleinen, offenen Spalt auf und ist in
die Innenbohrung des zylindrischen Abschnitts 5b des Rahmens 5 eingepreßt, wodurch
sich der offene Spalt verschließt.
Der Außendurchmesser
des C-förmigen
Jochs 8 ist ein wenig größer gehalten als die Innenbohrung
des zylindrischen Abschnitts 5b, und das C-förmige Joch 8 ist unter
Kraftaufwendung in den zylindrischen Abschnitt 5b eingefügt.
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Die
Schalterabdeckung 14 wird gegen den zweiten Kern 10 gedrückt und
hieran durch die Verstemmung des offenen Endes des Rahmens 5 befestigt.
Die axiale Kraft, welche die Schalterabdeckung 14 gegen
den zweiten Kern 10 drückt,
wird niedriger angesetzt, als die axiale Kraft, welche die Komponenten
des Magnetkernteils (der erste Kern 9, das Joch 8 und
der zweite Kern 10) miteinander verbindet. Auf diese Weise
wird die axiale Kraft, die durch den eingebördelten Abschnitt 5d hervorgerufen
wird und die Komponenten des Magnetkernteils miteinander verbindet,
nicht durch das Anbringen der Schalterabdeckung 14 an den
Magnetkernteil verringert.
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Die
Arbeitsweise des Magnetschalters 1 wird nun kurz beschrieben.
Durch die Versorgung der Spule 4 mit Energie wird der Kolben 6 gegen
die Vorspannkraft der Rückstellfeder 12 in
Richtung zur Anschlagfläche 10a des
zweiten Kerns 10 gezogen. Im Verlauf der Bewegung des Kolbens
berührt
der Zwischenstab 16 den Kolben 6, und hierdurch
bewegt sich der Zwischenstab 16 zusammen mit dem Kolben 6 nach
rechts.
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Der
von dem Zwischenstab 16 getragene, bewegliche Kontakt 3 schließt das Paar
stationärer Kontakte 2,
und hierdurch wird der Startermotor mit Strom versorgt. Nach dem
Abschalten der Energieversorgung der Spule 4 kehrt der
Kolben 6 durch die Vorspannkraft der Rückstellfeder 12 in
ihre Ausgangslage zurück.
Der Zwischenstab 16 kehrt ebenfalls durch die Vorspannkraft
der Feder 19 in seine Ausgangsposition zurück, wodurch
das Paar stationärer
Kontakte 2 geöffnet
wird.
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Die
Vorteile der oben beschriebenen ersten Ausführungsform lassen sich wie
folgt zusammenfassen: Da der erste Kern 9 unter Kraftaufbringung
in den verengten Abschnitt 5c des Rahmens 5 eingefügt ist,
berührt
der Außendurchmesser
des ersten Kerns die Innenbohrung des verengten Abschnitts 5c fest
bzw. dauerhaft. Da die Dicke "B" des ersten Kerns 9 größer als
die Tiefe "A" des verengten Abschnitts 5c ist,
steht der erste Kern 9 teilweise aus dem verengten Abschnitt 5c heraus.
Dementsprechend berührt
das Joch 8 fest bzw. beständig die Oberfläche des
ersten Kerns 9 und ist im zylindrischen Abschnitt 5b des
Rahmens 5 mit festem bzw. engem Kontakt zu diesem angeordnet.
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Da
das C-förmige
Joch 8, welches einen kleinen Spalt aufweist, unter Kraftaufbringung
unter einem Zusammendrücken
des kleinen Spaltes in den zylindrischen Abschnitt 5b eingebracht
wird, berührt die
Außenfläche des
Jochs 8 die Innenbohrung des zylindrischen Abschnitts 5b fest
bzw. dauerhaft. Da der zweite Kern 10 durch Drücken des
Jochs 8 in der axialen Richtung und durch Verstemmen des
eingebördelten
Abschnitts 5d montiert wird, sind alle Komponenten des
Magnetkernteils (der erste Kern 9, das Joch und der zweite
Kern 10) in engem Kontakt miteinander zusammengebaut.
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Da
das Joch 8 in engem Kontakt mit dem zylindrischen Abschnitt 5b steht
und der erste und der zweite Kern in axialer Richtung gegen das
Joch 8 gedrückt
werden, gibt es starke Reibungskräfte zwischen dem zylindrischen
Abschnitt 5b und dem Joch und zwischen den Komponenten,
die das Magnetkernteil bilden. Dementsprechend sind die Bauteile des
Magnetkernteils davor geschützt,
sich relativ zum Rahmen 5 zu drehen, wenn eine hohe äußere Vibrationskraft
auf den Magnetschalter 1 wirkt. Da die Schalterabdeckung 14 am
Magnetkernteil ferner derart montiert ist, daß keine axiale Kraft aufgebracht wird,
welche die axiale Kraft übersteigt,
welche die Komponenten des Magnetkernteils verbindet und durch den
eingebördelten
Abschnitt 5d erzeugt wird, wird die axiale Kraft, welche
die Komponenten verbindet, nicht durch die Montage der Schalterabdeckung 14 verringert.
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Zusammengefaßt gilt,
daß obwohl
das Magnetkernteil aus separaten Komponenten zusammengesetzt ist,
nämlich
dem ersten Kern 9, dem Joch 8 und dem zweiten
Kern 10, die Erhöhung
des magnetischen Widerstands entlang des Weges des magnetischen
Flusses minimiert ist, und ein ungünstiger Einfluß auf die
Funktion des Magnetschalters 1 aufgrund einer Abnahme der
Größe des magnetischen Flusses
unterdrückt
ist.
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Ein
Magnetschalter 1 gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist in 3 gezeigt.
Die zweite Ausführungsform
ist der ersten Ausführungsform
gleich, außer
daß ein
Halteabschnitt 5e zur festen bzw. engen Fixierung des zweiten
Kerns 10 in diesem im zylindrischen Abschnitt 5b des
Rahmens 5 ausgebildet ist. Da die Außenfläche des zweiten Kerns 10 im
Rahmen 5 in einem engen Kontakt mit diesem gehalten wird,
verringert sich der magnetische Widerstand zwischen dem Rahmen 5 und
dem zweiten Kern 10 weiter.
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Wie
in 4A gezeigt ist, kann ein O-Ring 21 in
den Hohlraum 20 eingebracht werden, der zwischen dem ersten
Kern 9 und dem Joch 8 gebildet wird. Der O-Ring 21 dient
als Bauteil zur Verhinderung des Eindringens von Wasser in den Innenraum des
Magnetschalters 1. Wie in 4B gezeigt
ist, sind am Ende des Jochs 8 durch Stanzen ausgebildete
Grate 8a im Hohlraum 20 angeordnet. Auf diese Art
kann auf einen Vorgang zur Entfernung dieser Grate 8a verzichtet
werden.
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Während die
vorliegende Erfindung in Bezug auf die vorangegangenen Ausführungsformen
gezeigt und beschrieben wurde, ist es für den Fachmann offensichtlich,
daß Änderungen
in der Form oder den Details vorgenommen werden können, ohne
sich vom Grundgedanken der Erfindung, wie er in den Ansprüchen definiert
ist, zu entfernen.