DE102011076743B4

DE102011076743B4 - Starterrelais für Startvorrichtungen von Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE102011076743B4
Application number: DE102011076743.6A
Authority: DE
Inventors: Stephan Kaske; Karl-Otto Schmidt
Original assignee: SEG Automotive Germany GmbH
Current assignee: SEG Automotive Germany GmbH
Priority date: 2011-05-30
Filing date: 2011-05-30
Publication date: 2023-09-21
Anticipated expiration: 2031-05-31
Also published as: DE102011076743A1

Abstract

Starterrelais für Startvorrichtungen von Brennkraftmaschinen (4), mit einem axial verstellbaren Hubanker (8), der zwischen einer Ruheposition und einer Verstellposition verstellbar ist, und mit einer Schalteinrichtung zum Schalten eines Startermotors (11) der Startvorrichtung (1), wobei die Schalteinrichtung abhängig von der Position des Hubankers (8) zwischen mindestens zwei Schaltzuständen schaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Hubanker (8) und ein Schaltglied (15) der Schalteinrichtung kinematisch gekoppelt sind und jeder Position des Hubankers (8) eine Position des Schaltglieds (15) zugeordnet ist und dass das Schaltglied (15) drehbar und koaxial zum Hubanker (8) gelagert ist und verschiedenen Drehwinkellagen des Schaltglieds (15) verschiedene Schaltzustände zugeordnet sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Starterrelais für Startvorrichtungen von Brennkraftmaschinen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Stand der Technik
In der DE 198 14 504 A1 wird ein Starterrelais für eine Startvorrichtung beschrieben, die zum Starten von Brennkraftmaschinen eingesetzt wird. Die Startvorrichtung weist ein elektromotorisch angetriebenes Starterritzel auf, das axial über das Starterrelais zwischen einer zurückgezogenen Außerfunktionsposition und einer vorgerückten Eingriffsposition zu verstellen ist, in welcher das Starterritzel in Eingriff mit dem Zahnkranz der Brennkraftmaschine steht.
Das Starterrelais ist als elektromagnetischer Aktuator ausgeführt und umfasst eine bestrombare Relaiswicklung, die einen Hubanker umgreift, welcher axial zwischen einer Ruheposition und einer Verstellposition zu verstellen ist, wobei der Hubanker mechanisch mit dem Starterritzel gekoppelt ist und dieses aus der Au-ßerfunktionsposition in die vorgerückte Eingriffsposition mit dem Zahnkranz der Brennkraftmaschine verstellt. Durch Bestromung der Relaiswicklung wird der Hubanker axial verstellt, diese Verstellbewegung wird über die mechanische Verbindung auf das Starterritzel übertragen.
Die Bewegung des Hubankers wird zugleich zum Starten des elektrischen Startermotors verwendet, welcher das Starterritzel drehend antreibt. Für ein sanftes Eindrehen des Starterritzels in den Zahnkranz der Brennkraftmaschine ist eine Schalteinrichtung vorgesehen, die von dem Hubanker betätigt wird, wobei die Schalteinrichtung zweistufig ausgeführt ist. In einer ersten Schaltstufe, die dem Beginn des Eindrehvorgangs des Starterritzels in den Zahnkranz zugeordnet ist, ist der elektrische Widerstand im Stromkreis des elektrischen Startermotors erhöht, in der zweiten Stufe ist der elektrische Widerstand dagegen herabgesetzt, so dass der maximale Strom wirksam wird. Die Erhöhung bzw. Herabsetzung des elektrischen Widerstands ist an die Position des Hubankers gekoppelt, indem ein elektrischer Widerstand außer Kraft gesetzt wird, nachdem der Hubanker in seine maximale Verstellposition verrückt worden ist. Hierbei gelangt der Hubanker auf Kontakt zu einer Schaltwelle, wodurch ein elektrischer Kontakt physisch unterbrochen und der elektrische Widerstand abgeschaltet wird, so dass der Startermotor mit maximalem Strom beaufschlagt wird.
Ein Starterrelais für eine Startervorrichtung in einer Brennkraftmaschine wird auch in der US 2009/0206965 A1 beschrieben. Das Starterrelais umfasst einen elektromagnetisch betätigbaren, axial verschieblich gelagerten Hubanker, der über ein Koppelglied ein Starterritzel in eine axial ausgerückte Position verstellt, in der das Starterritzel mit dem Zahnkranz einer Brennkraftmaschine kämmt. Eine am Hubanker befestigte Kontaktplatte gelangt beim Betätigen des Hubankers und damit einhergehendem Ausrücken des Starterritzels in Kontakt mit zwei Kontaktstellen, wodurch ein Stromkreis zum Starten des elektrischen Startermotors geschlossen wird.
Entsprechende Vorrichtungen sind auch aus den Druckschriften US 4,720,639 und EP 2 239 455 A1 bekannt.
Die DE 10 2006 053 423 A1 betrifft ein Relais für Hochfrequenzanwendungen, das eine räumlich feste, erste Leiterplatte aufweist, der eine zweite, verschieb- und verdrehbare Leiterplatte zugeordnet ist, die in der Weise an die erste Leiterplatte angenähert werden kann, dass über eine Leiterbahn an der zweiten Leiterplatte ein elektrischer Kontakt geschlossen wird.
Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, mit einfachen konstruktiven Maßnahmen ein Starterrelais für Startvorrichtungen von Brennkraftmaschinen so auszubilden, dass bei zuverlässig arbeitender Betriebsweise die Stromzufuhr zu einem Startermotor der Startvorrichtung gesteuert werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
Das erfindungsgemäße Starterrelais wird in Startvorrichtungen von Brennkraftmaschinen eingesetzt, mit denen die Brennkraftmaschine zu starten ist. Die Startvorrichtung umfasst ein über einen elektrischen Startermotor rotierend antreibbares Starterritzel, das über das Starterrelais axial zwischen einer zurückgezogenen Außereingriffsposition und einer vorgerückten Eingriffsposition zu verstellen ist, in der das Starterritzel in Eingriff mit dem Zahnkranz einer Brennkraftmaschine steht. Das Starterrelais ist als elektromagnetischer Aktuator ausgebildet und umfasst eine bestrombare Relaiswicklung sowie einen mit dem Magnetfeld der Relaiswicklung interagierenden, axial verstellbaren Hubanker, der axial zwischen einer Ruheposition und einer Verstellposition zu verstellen ist. Der Hubanker ist mechanisch mit dem Starterritzel gekoppelt, wobei mit der Verstellung des Hubankers zugleich das Starterritzel verstellt wird. Hierbei entspricht die Ruheposition des Hubankers der Außerfunktionsposition des Starterritzels und die Verstellposition des Hubankers der Eingriffsposition des Starterritzels.
Der Hubanker ist zweckmäßigerweise über die Kraft eines Federelementes in seine Ruheposition kraftbeaufschlagt, welche der zurückgezogenen Außerfunktionsposition des Starterritzels entspricht. Bei Bestromung der Relaiswicklung wird der Hubanker axial verstellt, wodurch zugleich die Verstellbewegung des Starterritzels aus der Außerfunktionsposition in die vorgerückte Eingriffsposition bewirkt wird. Mit dem Vorrücken in Richtung der Verstellposition wird außerdem der elektrische Strom für den Startermotor eingeschaltet, so dass das Starterritzel in Rotation versetzt wird.
Die Bestromung des elektrischen Startermotors erfolgt über eine Schalteinrichtung, die mit dem Hubanker zusammenwirkt. Dies erfolgt in der Weise, dass der Hubanker und ein Schaltglied der Schalteinrichtung kinematisch gekoppelt sind, wobei jeder Position des Hubankers eine Position des Schaltglieds zugeordnet ist. Die kinematische Kopplung zwischen Hubanker und Schaltglied der Schalteinrichtung hat den Vorteil, dass die axiale Stellbewegung des Hubankers zwangsläufig in eine Schaltbewegung des Schaltglieds der Schalteinrichtung umgesetzt wird. Damit ist es möglich, den Startermotor in verschiedenen Schaltzuständen zu betreiben, welche unmittelbar von der axialen Position des Hubankers abhängen. Die Verstellung zwischen den verschiedenen Schaltzuständen kann mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden, außerdem ist kein zusätzlicher Aktuator für die Verstellung des Schaltglieds erforderlich. Des Weiteren bietet diese Ausführung akustische Vorteile, außerdem ist der mechanische Verschleiß reduziert.
Es kommen grundsätzlich verschiedene Möglichkeiten in Betracht, wie die kinematische Kopplung zwischen der axialen Stellbewegung des Hubankers und der Schaltbewegung des Schaltglieds realisiert wird. Gemäß einer vorteilhaften Ausführung führt das Schaltglied eine Drehbewegung aus, wobei den verschiedenen Schaltzuständen unterschiedliche Winkellagen des Schaltglieds zugeordnet sind. Grundsätzlich möglich ist aber auch eine translatorische Schaltbewegung des Schaltglieds zwischen den verschiedenen Schaltzuständen oder eine gemischt translatorisch-rotatorische Schaltbewegung, bei der das Schaltglied eine Bewegung sowohl mit rotatorischer als auch mit translatorischer Bewegungskomponente ausführt.
Bei der rotatorischen Schaltbewegung ist es zweckmäßig, dass das Schaltglied als eine Schaltscheibe ausgeführt ist, die drehbar auf eine Schaltwelle aufsitzt, welche mit dem Hubanker verbunden ist und die gleiche axiale Stellbewegung wie der Hubanker ausführt. Die Schaltscheibe ist insbesondere koaxial zum Hubanker und der Schaltwelle angeordnet und führt bei einer axialen Stellbewegung der Schaltwelle bzw. des Hubankers eine Drehbewegung aus. Die Umsetzung der axialen Stellbewegung des Hubankers bzw. der Schaltwelle in die Schaltbewegung des Schaltglieds erfolgt vorteilhafterweise über eine Kulissenführung, wobei im Falle der drehbar gelagerten Schaltscheibe diese drehbar auf der Schaltwelle aufsitzt, jedoch axial ortsfest in einem Gehäuse des Starterrelais gelagert ist. Bei einer axialen Verstellbewegung der Schaltwelle bzw. des Hubankers wird ohne Änderung der axialen Position die Schaltscheibe um ihre Drehachse verdreht, wodurch die verschiedenen Schaltzustände erreicht werden. Die Kulissenführung ist beispielsweise als ein Steilgewinde ausgebildet, das auf die Mantelfläche der Schaltwelle eingebracht ist und mit einem Gewinde in der Schaltscheibe korrespondiert. Möglich ist auch eine Führungskulisse in der Mantelfläche der Schaltwelle bzw. an der Innenseite der Schaltscheibe und ein in die Führungskulisse eingreifendes Führungsteil am jeweils anderen Bauteil.
Den verschiedenen Schaltzuständen sind insbesondere unterschiedlich hohe elektrische Widerstände im Stromkreis zum elektrischen Startermotor zugeordnet. Gemäß einer ersten, konstruktiv einfachen Ausführung ist die Schalteinrichtung einstufig ausgebildet und zwischen einem abgeschalteten Zustand und einem eingeschalteten Zustand zu schalten. Im abgeschalteten Zustand liegt ein Isolationsabschnitt auf dem Schaltglied im Stromkreis zum Startermotor. Der eingeschaltete Zustand wird mit dem Erreichen der Verstellposition des Hubankers erreicht.
Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausführung ist die Schalteinrichtung zumindest zweistufig ausgebildet und zwischen dem ausgeschalteten Zustand, einem ersten eingeschalteten Zustand mit reduziertem Strom und einem zweiten eingeschalteten Zustand mit maximalen Strom hin und her zu schalten. Dem ersten eingeschalteten Zustand mit reduziertem Strom ist ein höherer elektrischer Widerstand zugeordnet, dem zweiten eingeschalteten Zustand mit maximalem Strom ein geringerer Widerstand. Die Widerstände befinden sich vorteilhafterweise unmittelbar auf dem Schaltglied, das für diesen Zweck mindestens zwei Widerstandsabschnitte mit unterschiedlich hohem elektrischen Widerstand aufweist. Im ausgestalteten Zustand liegt ein Kontaktteil, das im Stromkreis zum Startermotor liegt, auf Kontakt zu einem Isolierabschnitt, der elektrisch isolierend wirkt, so dass der Stromkreis unterbrochen wird. Bei Vorrücken in Richtung der Verstellposition wird zunächst kurz vor der Verstellposition der erste Widerstandsabschnitt mit höherem elektrischen Widerstand erreicht, so dass ein kleinerer elektrischer Strom fließt und ein sanftes Anlaufen des Startermotors gewährleistet ist. Diese Position entspricht insbesondere einer Zahn-auf-Zahn-Stellung des Starterritzels am Zahnkranz der Brennkraftmaschine. Durch das sanfte Anlaufen des elektrischen Startermotors gelangen die Zähne des Starterritzels in Eingriff mit dem Zahnkranz, woraufhin der Hubanker bis zu seiner endgültigen, vorgerückten Verstellposition verschoben wird und hierdurch das Starterritzel in seine endgültige Eingriffsposition mit dem Zahnkranz gelangt. Zugleich wird durch die kinematische Kopplung das Schaltglied in den nächsten Schaltzustand verstellt, in welchem das Kontaktteil, das beispielsweise als ein Kontaktbolzen ausgeführt ist, auf Kontakt zum zweiten Widerstandabschnitt am Schaltglied steht, dem ein geringerer elektrischer Widerstand zugeordnet ist, so dass ein entsprechend höherer Strom fließt und der Startermotor das Starterritzel voll beschleunigt.
Kommt die Brennkraftmaschine zum Selbstlauf, wird das Starterrelais stromlos, wodurch der Hubanker durch die Kraft des auf ihn wirkenden Federelementes in seine Ruheposition zurückkehrt und auch das Starterritzel in seine zurückgezogene Außerfunktionsposition verstellt wird. Zugleich gelangt das Kontaktteil durch die Verstellung des Schaltgliedes in Kontakt mit dem Isolierabschnitt, so dass der elektrische Stromkreis zum Startermotor wieder unterbrochen ist.
Sofern das Schaltglied einstufig ausgeführt ist, sind zweckmäßigerweise auf dem Schaltglied nur ein Isolierabschnitt und ein Widerstandsabschnitt angeordnet, mit denen das Kontaktteil je nach axialer Position des Hubankers in Kontakt gelangt. In der Ruheposition des Hubankers befindet sich das Kontaktteil auf Kontakt zum Isolierabschnitt, in der vorgerückten Verstellposition gelangt das Kontaktteil auf Kontakt zu dem Widerstandsabschnitt. Der Widerstandsabschnitt kann in diesem Fall als leitender Abschnitt ausgebildet sein, der lediglich einen geringen Eigenwiderstand aufweist, so dass ein maximaler Strom fließt. Auch im Falle der zweistufigen Ausführung ist der zweite Widerstandsabschnitt ggf. als leitender Abschnitt mit geringem eigenen elektrischen Widerstand ausgebildet.
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:

1 eine Startvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einem Starterritzel, das axial über ein Starterrelais verstellbar ist und über einen elektrischen Startermotor drehend antreibbar wird,
2 einen Längsschnitt durch das Starterrelais in der Ruheposition,
3 einen Schnitt durch das Starterrelais in der vorgerückten Verstellposition,
4 eine Schaltscheibe einer Schalteinrichtung, die Bestandteil des Starterrelais ist und verschiedene Sektoren aufweist, die einen unterschiedlich hohen elektrischen Widerstand aufweisen,
5 die Schaltscheibe mit zwei auf Kontakt liegenden Kontaktbolzen, wobei einer der Kontaktbolzen an einen sektorförmigen Widerstandsabschnitt anliegt,
6 die Schaltscheibe in Draufsicht mit einem Führungsteil, das in eine Führungskulisse auf der Mantelfläche einer Schaltwelle einragt, welche mit dem Hubanker des Starterrelais verbunden ist,
7 die Schaltscheibe mit den Kontaktbolzen, von denen ein Kontaktbolzen analog zu 5 an dem Isolierabschnitt anliegt,
8 eine Darstellung der Schaltscheibe mit einem der Kontaktbolzen auf Kontakt zu einem Widerstandsabschnitt mit erhöhtem elektrischen Widerstand,
9 die Schaltscheibe mit einem Kontaktbolzen auf Kontakt zu einem zweiten Widerstandsabschnitt mit reduziertem elektrischen Widerstand,
10 ein Diagramm mit dem zeitabhängigen Verlauf des Motorstroms.

In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Die in 1 dargestellte Startvorrichtung 1 für eine Brennkraftmaschine weist ein Starterritzel 2 auf, das zum Starten der Brennkraftmaschine 4 in Eingriff mit einem Zahnkranz 3 der Brennkraftmaschine gebracht wird. Das Starterritzel 2 ist auf einer Welle 5 wie mit dem Doppelpfeil gekennzeichnet axial verschieblich gelagert, wobei das Starterritzel 2 drehfest mit der Welle 5 gekoppelt ist. Das Starterritzel 2 wird zwischen einer zurückgezogenen Außerfunktionsposition und einer vorgerückten Eingriffsposition mit dem Zahnkranz 3 der Brennkraftmaschine 4 über ein Starterrelais 6 verstellt, das elektromagnetisch ausgebildet ist und eine bestrombare Relaiswicklung 7 sowie einen Hubanker 8 umfasst, der bei Bestromung der Relaiswicklung 7 in diese axial hineingezogen wird. Der Hubanker 8 ist über einen Einrückhebel 9 kinematisch mit dem Starterritzel 2 gekoppelt, so dass die axiale Verstellbewegung des Hubankers 8 zwischen einer Ruheposition und einer Verstellposition in eine korrespondierende axiale Stellbewegung des Starterritzels 2 zwischen der Außerfunktionsposition und der Eingriffsposition eingesetzt wird.
Die drehende Antriebsbewegung auf die Welle 5 bzw. das Starterritzel 2 wird mithilfe eines elektrischen Startermotors 11 erzeugt, der über ein Planetengetriebe 12 mit der Welle 5 gekoppelt ist. Bei einer Betätigung des elektrischen Startermotors 11 wird die Welle 5 und damit auch das Starterritzel 2 in Drehung versetzt.
Der Startvorrichtung 1 ist ein Regel- bzw. Steuergerät 10 zugeordnet, über das die Funktionen des Starterrelais 6 sowie des Startermotors 11 gesteuert werden.
Bei einer axialen Stellbewegung des Hubankers 8 bei Betätigung des Starterrelais 6 wird bei Erreichen der Verstellposition durch eine kinematische Kopplung des Schaltgliedes mit der Stellbewegung des Hubankers 8 der elektrische Strom für den Startermotor 11 eingeschaltet, so dass sich der Startermotor 11 in Bewegung setzt und die Welle 5 sowie das Starterritzel 2 drehend antreibt.
In den 2 und 3 ist ein Starterrelais 6 jeweils im Längsschnitt dargestellt, wobei in 2 sich der Hubanker 8 in der Ruheposition und in 3 in der ausgelenkten Verstellposition befindet. In der Ruheposition gemäß 2 ist die Relaiswicklung 7 des Starterrelais 6 nicht bestromt, und der Hubanker 8 wird durch die Kraft eines Federelementes 20 in die Ruheposition kraftbeaufschlagt. Bei Bestromung der Relaiswicklung 7 wird der Hubanker 8 gegen die Kraft des Federelementes 20 axial in die Verstellposition verstellt.
Fest mit dem Hubanker 8 ist eine Schaltwelle 14 verbunden, die koaxial zum Hubanker 8 angeordnet ist und die gleiche axiale Stellbewegung wie der Hubanker 8 ausführt. Die Schaltwelle 14 ist kinematisch mit einem Schaltglied 15 zwangsgekoppelt, das als Schaltscheibe ausgebildet ist, die koaxial zu dem Hubanker 8 bzw. der Schaltwelle 14 im Gehäuse 13 angeordnet ist. Die Schaltscheibe 15 ist axial ortsfest im Gehäuse 13 des Starterrelais 6 angeordnet, jedoch drehbar gelagert und kann eine Rotationsbewegung um die Längsachse von Hubanker 8 bzw. Schaltwelle 14 ausführen. Über die kinematische Zwangskopplung wird die axiale Stellbewegung der Schaltwelle 14 in eine Rotationsbewegung der Schaltscheibe 15 umgesetzt. Die kinematische Kopplung erfolgt über eine Führungskulisse 16 in Form einer schräg auf der Mantelfläche der Schaltwelle 14 angeordneten Führungsnut, in die ein Führungsteil 17 (6) an der Schaltscheibe 15 einragt. Bei einer axialen Vertellbewegung der Schaltwelle 14 wird auf diese Weise die Axialbewegung der Schaltwelle 14 in eine Drehbewegung der Schaltscheibe 15 umgesetzt.
Die kinematische Kopplung zwischen Schaltwelle 14 und Schaltscheibe 15 kann in einer alternativen Ausführungsform auch über ein Steilgewinde erfolgen, das auf die Mantelfläche der Schaltwelle 14 aufgebracht ist und auf dem die Schaltscheibe aufsitzt.
Die Schaltscheibe 15 steht in elektrischem Kontakt mit zwei gehäusefest angeordneten Kontaktteilen 18 und 19, die jeweils als Kontaktbolzen ausgeführt sind und im Stromkreis zum elektrischen Startermotor der Startvorrichtung liegen. Um einen dauerhaften elektrischen Kontakt zwischen der Schaltscheibe 15 und den Kontaktbolzen 18 und 19 zu gewährleisten, ist die Schaltscheibe 15 von einem Federelement 21 axial gegen die Kontaktbolzen 18, 19 kraftbeaufschlagt.
Die Schaltscheibe 15 ist Teil einer Schalteinrichtung und dient dazu, den elektrischen Startermotor in verschiedene Schaltzustände zu schalten. In einer einfachen Ausführungsvariante wird über eine Drehung der Schaltscheibe 15 und einen wechselnden Kontakt der Kontaktbolzen 18 bzw. 19 mit verschiedenen Abschnitten auf der Schaltscheibe 15 ein Ausschalten bzw. Einschalten des elektrischen Startermotors erreicht; hierbei handelt es sich um eine einstufige Ausführung. In einer weiteren, zweckmäßigen Ausführung ist die Schalteinrichtung zweistufig ausgebildet, so dass insgesamt drei Schaltzustände erreicht werden, nämlich der ausgeschaltete Schaltzustand, ein erster eingeschalteter Schaltzustand mit einem verhältnismäßig geringen Strom zum Startermotor und einem zweiten eingeschalteten Schaltzustand mit einem höheren Strom zum Startermotor. Auf Grund der kinematischen Kopplung zwischen Hubanker 8 bzw. Schaltwelle 14 und Schaltscheibe 15 ist jeder axialen Position des Hubankers bzw. der Schaltwelle genau eine Drehwinkellage der Schaltscheibe 15 zugeordnet. Auf diese Weise können beim Vorrücken des Hubankers aus der Ruheposition in die Verstellposition die verschiedenen Schaltzustände eingestellt werden. Hierbei gelangen die gehäusefest angeordneten Kontaktbolzen 18 bzw. 19 in Kontakt mit verschiedenen Kreissektoren auf der Schaltscheibe 15.
In den 4 bis 9 ist ein Ausführungsbeispiel mit einer Schaltscheibe 15 dargestellt, die Teil einer zweistufigen Schalteinrichtung ist und somit zwischen drei verschiedenen Schaltzuständen geschaltet werden kann. Die Schaltscheibe 15 weist eine zentrale Ausnehmung auf, durch die die Schaltwelle 14 hindurchragt.
In 4 ist die Schaltscheibe 15 ohne anliegende Kontaktbolzen 18 und 19, jedoch mit hindurchragender Schaltwelle 14 dargestellt. An der Stirnseite der Schaltscheibe 15 befinden sich drei kreissektorförmige Kontaktbereiche, von denen der Bereich 22 als Isolierabschnitt und die Bereiche 23 und 24 jeweils als Widerstandsabschnitte ausgebildet sind. Der Isolierabschnitt wirkt elektrisch isolierend, die Widerstandsabschnitte 23 und 24 sind elektrisch leitfähig, sie weisen jedoch einen unterschiedlich hohen elektrischen Widerstand auf, wobei der Widerstandsabschnitt 23 einen hohen elektrischen Widerstand besitzt und der Widerstandsabschnitt 24 demgegenüber einen kleineren elektrischen Widertand. Der Isolierabschnitt 22 ist der Außerfunktionsposition zugeordnet, in der der Startermotor abgeschaltet ist. Der erste Widerstandsabschnitt 23 ist einer Position des Hubankers zugeordnet, in welcher der Hubanker so weit axial in Richtung der Verstellposition vorgerückt ist, dass das Starterritzel auf Kontakt zur Stirnseite des Zahnkranzes liegt. Sobald diese Position erreicht ist, wird der Startermotor eingeschaltet, jedoch auf Grund des hohen elektrischen Widerstandes im Widerstandsabschnitt 23 mit einem verhältnismäßig geringen Strom betrieben, was ein sanftes Anlaufen gewährleistet. Insbesondere im Falle eines Zahn-auf-Zahn-Aufliegens zwischen Starterritzel und Zahnkranz können durch das Anlaufen des Startermotors die Zähne des Starterritzels durch sanftes Anlaufen in Eingriff mit dem Zahnkranz gebracht werden.
Beim weiteren axialen Vorrücken des Hubankers und dem Erreichen der Verstellposition, welche die maximal ausgelenkte Position des Hubankers darstellt, befindet sich das Starterritzel in Eingriff mit dem Zahnkranz. Zugleich wird aufgrund der kinematischen Zwangskopplung zwischen der Schaltwelle und der Schaltscheibe 15 ein Weiterdrehen der Schaltscheibe bewirkt, bis der Kontaktbolzen 18 auf Kontakt mit dem zweiten Widerstandsabschnitt 24 steht, der einen geringeren elektrischen Widerstand als der Widerstandsabschnitt 23 aufweist, so dass ein höherer Strom fließt und dementsprechend der elektrische Startermotor eine höhere Leistung abgibt.
In 5 ist die Ausgangssituation dargestellt, in welcher sich der Hubanker in der Ruheposition befindet. In dieser Ausgangslage liegt der Kontaktbolzen 18 auf Kontakt zum Isolierabschnitt 22, der elektrische Startermotor ist ausgeschaltet. Diese Situation ist auch in 7 dargestellt.
In 8 ist dagegen der Hubanker axial vorgerückt, jedoch noch nicht bis zum maximalen Ausschlag, welcher der Verstellposition entspricht. In dieser Position des Hubankers ist die Schaltscheibe 15 so weit verdreht, dass der Kontaktbolzen 18 auf Kontakt zum ersten Widerstandsabschnitt 23 mit erhöhtem elektrischen Widerstand steht. Diese Situation markiert das Anlaufen des elektrischen Startermotors mit reduzierter elektrischer Leistung bei stirnseitigem Kontakt des Starterritzels mit dem Zahnkranz der Brennkraftmaschine.
Der Isolierabschnitt 22 und der erste Widerstandsabschnitt 23 erstrecken sich annähernd über ein gleich großes Kreissegment. Der zweite Widerstandsabschnitt 24 ist dagegen signifikant größer. Jeder der Abschnitte 22 und 23 erstreckt sich etwa über einen Winkelabschnitt von 60°, wohingegen der Widerstandsabschnitt 24 sich etwa über 240° erstreckt.
6 ist zu entnehmen, dass benachbart zu der zentralen Ausnehmung das Führungsteil 17 in Form eines radial nach innen gerichteten Vorsprunges an der Schaltscheibe 15 ausgebildet ist. Der Vorsprung 17 ragt in die Führungskulisse 16 auf der Schaltwelle 14 ein.
Die Schaltscheibe 15 ist beispielsweise als Kupferplatte ausgebildet, wobei der Isolierabschnitt 22 und der erste Widerstandsabschnitt 23 mit erhöhtem elektrischen Widerstand als Beschichtungen auf der Kupferplatte ausgeführt sind, wohingegen der zweite Widerstandsabschnitt 24 ohne Beschichtung ausgebildet ist, so dass im zweiten Widerstandsabschnitt 24 nur der Eigenwiderstand der Kupferplatte zum Tragen kommt.
In 10 ist der Stromverlauf der Startvorrichtung während eines Startvorgangs dargestellt. Der Zeitpunkt t₁ markiert den Startwunsch, bei dem das Starterrelais durch Bestromung der Relaiswicklung betätigt wird, so dass der Hubanker aus der Ruheposition in Richtung der Verstellposition verstellt wird. Zum Zeitpunkt t₂ ist die Position erreicht, in der das Starterritzel auf Kontakt zum Zahnkranz liegt, jedoch noch nicht in den Zahnkranz eingespurt ist; zu diesem Zeitpunkt wird durch das Verdrehen der Schaltscheibe ein neuer Schaltzustand erreicht und der elektrische Startermotor mit reduziertem Strom eingeschaltet. Zum Zeitpunkt t₃ ist das Starterritzel vollständig in den Zahnkranz eingespurt, der Hubanker hat seine maximal ausgelenkte Verstellposition erreicht, in der auch die Schaltscheibe so weit verdreht ist, dass der Kontaktbolzen auf Kontakt zu dem zweiten Widerstandsabschnitt liegt, der einen geringeren elektrischen Widerstand aufweist, so dass der maximale Strom im Startermotor wirksam wird. Der Zeitraum zwischen t₃ und t₄ markiert das Antreiben des Zahnkranzes durch das Starterritzel, wobei mit dem Zeitpunkt t₄ der Selbstlauf erreicht ist, so dass die Startervorrichtung abgeschaltet werden kann. Im Verlauf zwischen t₃ und t₄ sinkt der Strom kontinuierlich ab.

Claims

Starterrelais für Startvorrichtungen von Brennkraftmaschinen (4), mit einem axial verstellbaren Hubanker (8), der zwischen einer Ruheposition und einer Verstellposition verstellbar ist, und mit einer Schalteinrichtung zum Schalten eines Startermotors (11) der Startvorrichtung (1), wobei die Schalteinrichtung abhängig von der Position des Hubankers (8) zwischen mindestens zwei Schaltzuständen schaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Hubanker (8) und ein Schaltglied (15) der Schalteinrichtung kinematisch gekoppelt sind und jeder Position des Hubankers (8) eine Position des Schaltglieds (15) zugeordnet ist und dass das Schaltglied (15) drehbar und koaxial zum Hubanker (8) gelagert ist und verschiedenen Drehwinkellagen des Schaltglieds (15) verschiedene Schaltzustände zugeordnet sind.
Starterrelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hubanker (8) bzw. eine mit dem Hubanker (8) verbundene Schaltwelle (14) und das Schaltglied (15) über eine Kulissenführung (16, 17) gekoppelt sind.
Starterrelais nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltglied (15) als Schaltscheibe ausgeführt ist, die drehbar auf der Schaltwelle (14) aufsitzt und mit der Schaltwelle (14) über die Kulissenführung (16, 17) gekoppelt ist.
Starterrelais nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltscheibe (15) axial ortsfest, jedoch drehbar in einem Gehäuse (13) des Starterrelais (6) gelagert ist.
Starterrelais nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltglied (15) mindestens einen Widerstandsabschnitt (23, 24) mit einem elektrischen Widerstand und einen Isolierabschnitt (22) aufweist, wobei je nach Schaltzustand ein Kontaktteil (18, 19), das im Stromkreis zum Startermotor (11) liegt, mit dem Widerstandsabschnitt (23, 24) bzw. dem Isolierabschnitt (22) in Kontakt steht.
Starterrelais nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Schaltglied (15) mindestens zwei Widerstandsabschnitte (23, 24) mit unterschiedlich hohem elektrischem Widerstand aufweist.
Starterrelais nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ausführung des Schaltglieds (15) als Schaltscheibe die Widerstandsabschnitte (23, 24) als Kreissektor ausgebildet sind.
Starterrelais nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltglied (15) von einem Federelement (21) gegen das Kontaktteil (18, 19) kraftbeaufschlagt ist.
Starterrelais nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltglied (15) als Kupferplatte ausgebildet ist.
Startvorrichtung mit einem Starterrelais nach einem der Ansprüche 1 bis 9.