DE102008040114B4

DE102008040114B4 - Anlasserralais und Andrehvorrichtung mit Anlasserrelais

Info

Publication number: DE102008040114B4
Application number: DE200810040114
Authority: DE
Inventors: Houman Ramezanian; Ingo Richter; Henning Stoecklein; Michael Froehlich-Schlapp
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: SEG Automotive Germany GmbH
Priority date: 2008-07-03
Filing date: 2008-07-03
Publication date: 2011-09-15
Anticipated expiration: 2028-07-04
Also published as: DE102008040114A1; WO2010000825A1

Abstract

Anlasserrelais mit einem Gehäuse (13), welches mit darin angeordneten Geräteelementen versehen ist, einem Gehäusedeckel (23), der zumindest eine Öffnung (24) zur Belüftung aufweist, wobei in der zumindest einen Öffnung (24) ein Druckausgleichselement (25) angeordnet ist. dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung in dem Gehäusedeckel (23) eine Stufenbohrung ist, in der das Druckausgleichselement (25) samt Membran (27) steckt, wobei das Druckausgleichselement (25) nahezu zylindrisch ausgeführt ist und dass sein Umfang mit Bohrungsnuten versehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Anlasser für Kraftfahrzeuge mit den in den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 2 genannten Merkmalen einerseits und eine zugehörige Andrehvorrichtung eines Kraftfahrzeugs andererseits.
Stand der Technik
Ein Anlasserrelais und eine Andrehvorrichtung eines Kraftfahrzeugs der eingangs genannten Art sind aus der Offenlegungsschrift DE 44 18 740 A1 bekannt. Darin ist eine Maschine, insbesondere elektrisches Gerät mit einem abgeschlossenen Innenraum, beschrieben, der vorzugsweise gegen Korrosion zu schützende Maschinen- bzw. Kontaktelemente aufweist und der über mindestens eine Öffnung belüftbar ist. Hierbei ist in der Öffnung ein schwimmfähiger Schließkörper angeordnet, der bei einer von außen angreifenden Kraft eines fluiden Mediums die Öffnung abdichtet.
Bei einer derartigen Maschine beziehungsweise bei einem derartigen elektrischen Gerät besteht der Vorteil, dass der die vor Korrosion zu schützenden Maschinenbeziehungsweise Kontaktteile aufweisende Innenraum belüftbar ist und gleichzeitig ein Eindringen von fluiden, Korrosion fördernden Medien durch Spritzen oder Überfluten verhindert wird. Dadurch, dass der Innenraum über mindestens eine Öffnung belüftbar ist, in welcher der unter der von außen angreifenden Kraft eines fluiden Mediums, die Öffnung abdichtende, schwimmfähige Schließkörper angeordnet ist, ist es möglich, den Innenraum während eines normalen und bestimmungsgemäßen Gebrauchs der Maschine zu belüften. Hierbei ist bei einer vorübergehenden Beaufschlagung der Maschine mit einem fluiden Medium, beispielsweise Spritzwasser, der Innenraum gegen einen Eintritt des Mediums durch die Belüftungsöffnungen vom Schließkörper ventilartig abgedichtet. Das von außen auf den Schließkörper auftreffende fluide Medium bewirkt eine Bewegung des Schließkörpers in Richtung des Innenraums und drängt diesen somit in die Öffnung hinein. Hierdurch sind die Vorteile einer Belüftung und einer Abdichtung des Innenraums miteinander kombiniert, wobei die Wirksamkeit eines Korrosionsschutzes der in dem Innenraum angeordneten Maschinenelemente erhöht werden kann. Dies führt insgesamt zu einer verbesserten Lebensdauer der Maschine und gewährleistet deren Funktion und Zuverlässigkeit, da negative Auswirkungen auf die Maschinenelemente infolge von Korrosion weitgehend unterbunden werden können. Allerdings ist bei der offenbarten Lösung nicht ausgeschlossen, dass anfänglich, also im Moment der beginnenden Fluidbeaufschlagung, Feuchtigkeit über die Öffnung in den Innenraum der Maschine respektive des elektrischen Geräts eindringen kann.
Weiterhin sind Anlasser respektive Starter bekannt geworden, die zum Starten von Verbrennungskraftmaschinen eingesetzt werden. Derartige Anlasser benötigen Ströme von bis zu 3000 A, die über einen elektromagnetischen Schalter oder auch Relais geschaltet werden. Bei entsprechenden Anforderungen kann das elektromagnetische Relais mit Hilfe einer Gummischutzkappe gegen Umwelteinflüsse geschützt beziehungsweise abgedichtet werden. Somit wird ein Austausch von Medien, wie beispielsweise Luft, Gas, Feuchtigkeit, Wasser, Schmutz und dergleichen, zwischen dem Relais und der Umwelt verhindert. Bei einem raschen Aufheizen des Relais durch die Verbrennungskraftmaschine, zum Beispiel bei Fahrten mit einer hohen Last, insbesondere Anhänger- oder Drehzahllast, und/oder durch einen raschen Abfall des Umgebungsdruckes durch eine Bergfahrt dehnt sich in dem Relais befindliche Luft aus, wodurch die Gummischutzkappe mit Innendruck beaufschlagt und letztlich die Schaltfähigkeit des Relais beeinträchtigt wird. In einem solchen Fall ist die Funktion des Anlassers nicht mehr gegeben.
Im Rahmen von Untersuchungen hat sich gezeigt, dass die Dichtheit von Anlasserrelais durch Schwankungen in den Toleranzen stark variiert. Bei Messungen der so genannten Einzugsspannung nach einer schnellen Erwärmung sind Werte zwischen 8,5 V und 21 V aufgetreten. Ab einem Wert von > 10 V besteht allerdings eine Ausfallgefahr des Relais. Zwar kann durch Einbringung einer geringen Undichtigkeit ein Druckabbau erreicht werden, so dass die Einzugsspannung sicher unter 10 V liegt, doch ist eine zuverlässige Belüftung bei gleichzeitigem Schutz vor Wasser und Schmutz aus der Umgebung nicht sichergestellt.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Anlasserrelais mit dem im Anspruch 1 und Anspruch 2 genannten Merkmalen bietet jeweils den Vorteil, dass mit einfachen gestalterischen Maßnahmen eine einfache technische Lösung für die Befestigung eines Druckausgleichselements möglich ist.
Gleiches gilt in analoger Weise für die eines der erfindungsgemäßen Anlasserrelais aufweisende Andrehvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8.
Das erfindungsgemäße elektrische Gerät mit den im Anspruch 1 oder 2 genannten Merkmalen bietet den Vorteil, dass eine Belüftung desselben gewährleistet ist und zugleich ein Eindringen von Wasser oder Schmutz verhindert werden kann, und somit ein Angleich eines in dem Gerät vorhandenen Innendrucks an den gegebenen Außendruck erfolgt. Dabei ist in der zumindest einen Öffnung ein Druckausgleichselement angeordnet. Durch den Einsatz des luftdurchlässigen, jedoch wasserabweisenden Druckausgleichselements an dem elektrischen Gerät kann die Luft planmäßig entweichen, während das Eindringen von Flüssigkeiten und Verschmutzungen verhindert wird. Die elektrische Funktionsfähigkeit des Geräts bleibt gewährleistet, wobei insbesondere eine Korrosion und/oder Verschmutzung und damit letztlich eine Schädigung des Gerätes vermeidbar sind. Je zuverlässiger das elektrische Gerät arbeitet, desto geringer ist auch eine Ausfallgefahr des Kraftfahrzeugs.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die zumindest eine Öffnung und das Druckausgleichselement beziehungsweise die Druckausgleichsmembran an einer Stirnseite des Gehäuses angeordnet sind, wobei ein ohnehin zur Verfügung stehender Raum für den durchzuführenden Druckausgleich nutzbar gemacht werden kann.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die zumindest eine Öffnung und das Druckausgleichselement beziehungsweise die Druckausgleichsmembran an einem Gehäusedeckel des Gehäuses angeordnet sind. Die Unterbringung der besagten Öffnung und zumindest eines der Druckausgleichselemente an dem Gehäusedeckel macht sich insbesondere bei dessen Fertigung positiv bemerkbar. Hierbei kann beispielsweise ein eingesetztes Spritzwerkzeug mit einem nur geringen Modifikationsaufwand dafür verwendet werden, die Öffnung für das entsprechende Element in den Gehäusedeckel einzubringen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Druckausgleichselement beziehungsweise die Druckausgleichsmembran zur Lagesicherung in die zumindest eine Öffnung eingeklebt ist. Kleben bezeichnet ein Fertigungsverfahren aus der Hauptgruppe Fügen, bei dem auch unterschiedliche Materialien dauerhaft verbunden werden können. Dabei haftet ein eingesetzter Klebstoff an einer Fügeteiloberfläche durch physikalische und gegebenenfalls auch chemische Wechselwirkungen. Dieses Phänomen der Haftung wird als Adhäsion bezeichnet. Klebstoffe können gleichzeitig auch als Dichtstoff gegenüber Gasen und Flüssigkeiten dienen, wobei die Klebstoffschicht das Eindringen von Wasser und eine damit einhergehende Korrosion verhindern kann.
Vorteilhaft ist zudem eine Ausführung des elektrischen Geräts als elektromagnetischer Schalter, insbesondere elektromagnetisches Relais. Derartige Schalter sind häufig besonders hohen Belastungen der Kategorien Druck, Wärme und Witterung ausgesetzt und müssen folglich erhöhten Beanspruchungen gerecht werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausgestaltungen gemäß den Merkmalen der weiteren Ansprüche werden im Folgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass insoweit eine Beschränkung der Erfindung erfolgt; diese umfasst vielmehr alle Abwandlungen, Änderungen und Äquivalente, die im Rahmen der Ansprüche möglich sind. Es zeigen:
1 eine Schnittdarstellung eines elektrischen Gerätes, insbesondere Anlasserrelais;
2 bis 4 eine Ausführung eines Druckausgleichselement mit einer Druckausgleichsmembran in mehreren Darstellungen;
5 bis 7 eine Einbausituation des mit einer Gummidichtung an einem Relaisgehäuse fixierten Druckausgleichselements nach den 2 bis 4;
8 bis 10 eine weitere Einbausituation des mittels Rippen an dem Relaisgehäuse fixierten Druckausgleichselements nach den 2 bis 4;
11 bis 13 eine besondere Einbausituation einer an dem Relaisgehäuse eingeklebten Druckausgleichsmembran in verschiedenen Ansichten; und
14 bis 16 eine weitere besondere Einbausituation einer an dem Relaisgehäuse mittels einer Klemmscheibe fixierten Druckausgleichsmembran in verschiedenen Ansichten.
Ausführungsformen der Erfindung
In 1 ist ein Querschnitt durch ein Anlasserrelais 10 – auch als Einrückrelais bezeichnet – gezeigt. Das Anlasserrelais 10 dient dazu, mit einem verhältnismäßig niedrigen und mittels eines Zündstartschalters zugeschalteten Steuerstroms einen vergleichsweise hohen Starterstrom für den Betrieb einer Andrehvorrichtung – auch als Starter oder Anlasser bekannt – zu schalten, um damit letztlich eine Verbrennungskraftmaschine zu starten. Ferner bewirkt das Relais 10 neben dem beschriebenen Verstärkereffekt, dass gleichzeitig mit dem Schaltvorgang ein Ritzel der Andrehvorrichtung in einen von der zu startenden Verbrennungskraftmaschine antreibbaren Zahnkranz einrückt. Das Einrückrelais 10 weist eine Relaisspule 11 auf, die sich auf einem Spulenhalter befindet. Der Spulenhalter ist auf ein Ankerführungsrohr aufgeschoben, das mit seinem einen Ende eine Axialwand einer Ringstufe eines Magnetkerns 12 übergreift. Die Relaisspule 11 ist von einem Gehäuse 13 umgeben, das mit einem durchmesserkleineren Endabschnitt 14 am anderen Ende des Ankerführungsrohrs anliegt. Sowohl der Endabschnitt 14 als auch das andere Ende des Ankerführungsrohrs sind hierbei mit einer elastischen Schutzkappe 15, insbesondere hutförmiger Gummibalg, derart abgedeckt, dass ein erster Teil 16 einer zweiteiligen Schaltachse noch frei beweglich, jedoch hinsichtlich bestehender Spalte und Bauteilstoßstellen ein wirksamer Schutz gegen Fremdeinflüsse gegeben ist.
In dem Ankerführungsrohr ist axial verschieblich ein Anker 17 gelagert, der mit einer geteilten Schaltachse versehen ist, wobei der erste Teil 16 dem Anker 17 und ein weiterer Teil 18 dem Magnetkern 12 zugeordnet ist. Die beiden Teile 16; 18 weisen in der nicht erregten Stellung des Einrückrelais 10 einen axialen Abstand zueinander auf. An seinem freien Ende trägt der Anker 17 einen Betätigungsfortsatz 19, der – unter Zwischenschaltung eines nicht dargestellten Hebelmechanismus – zum Verschieben eines nicht näher beschriebenen Ritzels dient. Der Anker 17 ist ferner mit einer dem Magnetkern 12 zugewandten, axialen Ausnehmung 20 versehen, in die eine Schraubendruckfeder 21 mit einem Ende eingreift und sich dort am Grund der Ausnehmung 20 abstützt, wobei das andere Ende der Schraubendruckfeder 21 an dem Magnetkern 12 anliegt. Die Schraubendruckfeder 21 bildet somit eine Rückstellfeder für den Anker 17.
Der weitere Teil 18 der Schaltachse lagert in einem Durchbruch 22 des Magnetkerns 12. Der Durchbruch 22 weist einen durchmessergrößeren Führungsabschnitt auf, der einer Kontaktkammer zugewandt ist und besitzt einen durchmesserkleineren Bereich, der dem Anker 17 zugewandt ist. Der weitere Teil 18 der Schaltachse weist eine Ringnut auf, in die eine Lagerhülse eingreift. Die Lagerhülse ist mit ihrer Mantelfläche entlang eines Bereichs des Durchbruchs 22 axial verschieblich geführt. Dabei stützt sich eine Kontaktfeder mit einem Ende an dem oberen Abschnitt der Lagerhülse und mit ihrem anderen Ende an einer Buchse ab, wobei die Buchse in dem Führungsabschnitt des Durchbruchs 22 axial verschieblich gelagert ist. Die Kontaktfeder greift in eine Sackbohrung der Buchse ein, wobei sie sich am Grund der Sackbohrung abstützt. Die Buchse ist mit einem durchmesserkleineren Bund versehen, auf den eine Kontaktbrücke aufgeschoben ist. Der Bund durchgreift ein Loch der Kontaktbrücke, wobei deren Konturen eine verdrehfeste Halterung zwischen der Buchse und der Kontaktbrücke bewirken.
Im Bereich ihres innerhalb der Kontaktkammer gelegenen freien Endes weist der weitere Teil 18 der Schaltachse einen Anschlagkragen auf, an dem sich eine Druckfeder mit ihrem einen Ende abstützt, wobei deren anderes Ende an der Innenseite eines Gehäusedeckels 23 anliegt. Im Innern des Gehäusedeckels 23 wird die bereits genannte Kontaktkammer ausgebildet. An der anderen Seite des Anschlagkragens liegt eine Isolierstoffscheibe an, die einen größeren Durchmesser als der Bund aufweist. Zwischen einer an den Bund angrenzenden Ringfläche der Buchse und der Isolierstoffscheibe ist die Kontaktbrücke angeordnet, wobei letztere zwischen den genannten Teilen mittels der Kontaktfeder eingeklemmt wird. Auf diese Weise ist die Kontaktbrücke einerseits in definierter, jedoch nachgiebiger Stellung an dem weiteren Teil 18 der Schaltachse gehalten und kann zum Schalten des Hauptstroms den entsprechenden Kontaktdruck aufbringen. Die Kontaktbrücke wirkt hierzu mit Hauptstromkontakten zusammen, die an dem Gehäusedeckel 23 angeordnet sind.
Sofern die Relaisspule 11 des Einrückrelais 10 erregt wird, wird der Anker 17 in das Innere der Relaisspule 11 hineingezogen, wodurch sich der axiale Abstand zwischen den beiden Teilen 16 und 18 der zweiteiligen Schaltachse stetig verringert, bis die beiden Teile 16 und 18 axial aufeinanderstoßen, wodurch der Anker 17 den weiteren Teil 18 nach rechts verschiebt. Der weitere Teil 18 nimmt über die Buchse die Kontaktbrücke mit, die schließlich die Hauptstromkontakte zum Einschalten des Hauptstroms kontaktiert. Hierdurch wird der an dem einen der Hauptstromkontakte angeschlossene, jedoch nicht dargestellte, Andrehmotor über die Kontaktbrücke mit einer ebenfalls nicht dargestellten, an dem anderen Hauptstromkontakt angeschlossenen Stromquelle in an sich bekannter Weise verbunden, wodurch der Andrehmotorstrom zum Andrehen der Verbrennungskraftmaschine hält. Ist die Verbrennungskraftmaschine angelaufen, wird die Stromzufuhr zur Relaisspule 11 abgeschaltet. Durch die Druckfeder in Verbindung mit der Schraubendruckfeder 21 wird die Kontaktbrücke sofort von den Hauptstromkontakten getrennt und in die dargestellte Ruhestellung zurückgeführt.
Der Gehäusedeckel 23 und/oder das Gehäuse 13 weisen mindestens eine Öffnung 24 zur Belüftung auf, die auf Grund der das Gehäuse 13 abdichtenden Gummischutzkappe 15 notwendig ist. Hierbei kommt als Öffnungseinsatz ein Druckausgleichselement 25 gemäß 3 zum Einsatz. Gemäß den 2 bis 4 ist eine nahezu zylindrische Ausführung des Druckausgleichselements 25 in verschiedenen Ansichten gezeigt. Das Druckausgleichselement 25 weist eine konische Innenbohrung 26 mit einem verjüngten Ende auf. In dem Bereich des verjüngten Endes der Bohrung 26 ist eine Membran 27 an dem Druckausgleichselement 25 angeordnet. An ihrer Außenkontur ist das Druckausgleichselement 25 mit mehreren, vorzugsweise drei, zueinander beabstandeten, ringförmigen Rippen 28 versehen. Die Membran 27 ist hierbei in Form einer hydrophoben, ionengeätzten PET-Folie auf dem Druckausgleichselement 25 aufgebracht und mit einem Elastomer umspritzt. Die Dicke der PET-Folie kann beispielsweise 23 μm ohne Vlies-Träger und 200 μm mit Vliesträger, bei einem Durchmesser von 6,2 mm betragen. Das Druckausgleichselement 25 kann hierbei sich zum Beispiel eine Länge von 4,5 mm aufweisen. Das Druckausgleichselement 25 nach 2 wird bevorzugt in einer Stufenbohrung 24 in einer Stirnseite des Relaisgehäuses 13 gemäß 5 durch Einstecken platziert, wobei Membran 27 in Richtung zu einem Absatz gerichtet ist. Vorzugsweise liegt die Druckausgleichsmembran 27 an dem Absatz an bzw. auf. Gemäß 6 ist hierzu eine Schnittdarstellung gezeigt, bei welcher der Querschnitt des Druckausgleichselements 25 entsprechend 4 in Einbaulage wiedergegeben ist. Ein gemäß 7 dargestellter Lagerbock-Gummi 29 dient zur Fixierung des Druckausgleichselements 25 gegen Herausfallen. Der Lagerbock-Gummi 29 ist mit einer Kerbe 30 versehen, die auch bei angepresstem Gummi 29 eine Entlüftung über die Membran 27 ermöglicht.
Gemäß den 8 bis 10 ist eine weitere Anordnung des Druckausgleichselements 25 entsprechend den 2 bis 4 gezeigt. Im Unterschied zu der Anordnung nach 5 ist das Ausgleichselement 25 samt Membran 27 in einer Stufenbohrung 24 des Relaisdeckels 23 eingesteckt. Wie in den Detaildarstellungen gemäß den 9 und 10 wiedergegeben, ist die Sicherung des Druckausgleichselements 25 dadurch gegeben, dass sich die Rippen 28 in den Bohrungsnuten verkrallen. Die Rippen können ganz oder teilweise umlaufend ausgeführt sein. In den 11 bis 13 ist eine PTFE-Membran 27 gezeigt, die hydrophobe und oleophobe Eigenschaften ausweist und auf einem Polyester-Träger aufgebracht ist. Die Druckausgleichsmembran 27 ist hierbei auf der Innenseite des Relaisdeckels 23 im Bereich der Öffnung 24 aufgeklebt.
Gemäß den 14 bis 16 ist ebenfalls eine hydrophobe Druckausgleichsmembran 27 dargestellt, die allerdings mit Polyethersulfon gebildet ist Die Membran 27 ist auf einem ringförmigen Dichtgummi 31 aufgeklebt und mit einer Stemmscheibe 32 gegen die Stufenbohrung 24 des Gehäusedeckels 23 verklemmt. Auf Grund des relativ großen Durchmessers der Membran 27 und einer damit einhergehenden großen Angriffsfläche ist eine Abdeckung durch eine an dem Relaisdeckel 23 angespritzte Haube 33 vorgesehen, welche die Membran 27 vor mechanischen Beschädigungen schützt.

Claims

Anlasserrelais mit einem Gehäuse (13), welches mit darin angeordneten Geräteelementen versehen ist, einem Gehäusedeckel (23), der zumindest eine Öffnung (24) zur Belüftung aufweist, wobei in der zumindest einen Öffnung (24) ein Druckausgleichselement (25) angeordnet ist. dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung in dem Gehäusedeckel (23) eine Stufenbohrung ist, in der das Druckausgleichselement (25) samt Membran (27) steckt, wobei das Druckausgleichselement (25) nahezu zylindrisch ausgeführt ist und dass sein Umfang mit Bohrungsnuten versehen ist.
Anlasserrelais mit einem Gehäuse (13), welches mit darin angeordneten Geräteelementen versehen ist, einem Gehäusedeckel (23), der zumindest eine Öffnung (24) zur Belüftung aufweist, wobei in der zumindest einen Öffnung (24) ein Druckausgleichselement (25) angeordnet ist. dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung in dem Gehäusedeckel (23) eine Stufenbohrung ist, in der das Druckausgleichselement (25) samt Membran (27) steckt, wobei das Druckausgleichselement (25) nahezu zylindrisch ausgeführt ist und dass seine Außenkontur Riegelelemente aufweist, insbesondere am Umfang mit ringförmigen Rippen (28) versehen ist, wobei die Öffnung (24) mit einer Rastaussparungen aufweisenden Innenkontur versehen ist.
Anlasserrelais nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckausgleichselement (25) eine konische Innenbohrung (26) aufweist.
Anlasserrelais nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckausgleichselement (25) im Bereich eines verjüngten Endes der konischen Innenbohrung (26) die Membran (27) angeordnet ist.
Anlasserrelais nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Öffnung (24) und das Druckausgleichselement (25) beziehungsweise die Membran (27) an einer Stirnseite des Gehäuses (13) angeordnet sind.
Anlasserrelais nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckausgleichselement (25) beziehungsweise die Membran (27) zur Lagesicherung in die zumindest eine Öffnung (24) eingeklebt ist.
Anlasserrelais nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckausgleichselement (25) beziehungsweise die Membran (27) mit einer beabstandeten Haube (33) abgedeckt ist.
Andrehvorrichtung eines Kraftfahrzeugs, gekennzeichnet durch ein Anlasserrelais (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.