DE102011078426A1

DE102011078426A1 - Geteilter Relaisanker

Info

Publication number: DE102011078426A1
Application number: DE102011078426A
Authority: DE
Inventors: Mathias Fein; Samuel Billot; Martin Mezger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: SEG Automotive Germany GmbH
Priority date: 2011-06-30
Filing date: 2011-06-30
Publication date: 2013-01-03
Also published as: CN103620209A; US20140218141A1; EP2726732A1; CN103620209B; WO2013001004A1

Abstract

Es wird ein Vorspuraktuator (16), insbesondere Relais für eine elektrische Startvorrichtung (10) für Verbrennungskraftmaschinen vorgeschlagen, der in einem Gehäuse (156) einen bewegbaren Anker (168) und einen Ankerrückschluss (171) vorsieht, wobei der Anker (168) in mindestens zwei Ankerteile (216, 218) geteilt ist und zwischen den mindestens zwei Ankerteilen (216, 218) mindestens ein Dämpfungselement (220, 220a, 220b, 220c, 220d) vorgesehen ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen Vorspuraktuator, insbesondere ein Relais für eine elektrische Startvorrichtung für Verbrennungskraftmaschinen.
Starter bzw. Anlasser für Verbrennungskraftmaschinen wie Diesel- oder Otto-Motoren umfassen typischerweise einen Startermotor, der während des Startvorgangs über ein Ritzel den Zahnkranz der Verbrennungsmaschine antreibt. Die Ansteuerung eines Starters erfolgt heutzutage im Allgemeinen über ein Einrückrelais, das bei Bestromung einerseits einen Stromfluss zum Startermotor herstellt und gleichzeitig über einen Schiebeanker das Ritzel einspurt.
DE 101 24 506 A1 bezieht sich auf einen Starter für ein Kraftfahrzeug. Der Starter eines Kraftfahrzeuges mit einem Verbrennungsmotor enthält unter anderem ein den Startermotor enthaltendes Polgehäuse und ein parallel dazu angeordnetes einen Magnetschalter enthaltendes Einrückrelais. Ein derartiger Starter ist insbesondere bei Nutzfahrzeugen, Geländewagen, Militärfahrzeugen starken Umwelteinflüssen, Verunreinigungen und Feuchtigkeit ausgesetzt. Derartige Einflüsse sind für den Starterelektromotor im Polgehäuse unkritisch. In dem Einrückrelais sind derartige Einflüsse hingegen sehr kritisch, insbesondere weil sie den im Einrückrelais angeordneten Schalter für den Starterstrom und den Luftspalt zwischen Magnetanker und dem umgebenden Statorteil beeinflussen können. Es ist daher bekannt, eine Dichtung gegen derartige Umwelteinflüsse auf das Startergehäuse vorzusehen. Die Dichtung ist durch eine mit den Gehäusewänden verbundene Gummimembran innerhalb des Übergangsbereiches zwischen Polgehäuse und dem Einrückrelais gebildet. Bevorzugt ist die Gummimembran am Drehpunkt des Einrückhebels angeordnet und an die Halterung des Einrückhebels oder an den Einrückhebel selbst angespritzt.
DE 195 49 179 A1 beschreibt ein Einrückrelais für eine Andrehvorrichtung. Die Andrehvorrichtung umfasst mindestens zwei Kontaktbolzen, die im Einschaltzustand mit einer Kontaktbrücke überbrückt werden. Diese ist an einer beweglichen Schaltachse angebracht. Die Kontaktbrücke weist je mindestens zwei einem Kontaktbolzen zugeordnete definierte Kontaktbereiche auf, die an in ihrer Längserstreckung und quer zu ihrer Längserstreckung biegeweichen Federarmen vorgesehen sind. Die Kontaktbereiche sind an Kontaktnasen angeordnet, die durch Umbiegen, Prägen oder Tiefziehen der Federarme in Richtung der Kontaktbolzen hergestellt werden. Die Federarme sind durch mindestens eine in Richtung einer gedachten, senkrecht auf der Mittelachse der Schaltachse stehenden Linie verlaufende Ausnehmung realisierbar.
Im Zuge neuer Entwicklungen bezüglich Kraftstoffeinsparung und Komfort werden heutzutage hohe Anforderungen an Starter gestellt. So ist zum Beispiel im Rahmen von Start-Stopp-Modi die Anforderung an die Lebensdauer eines Starters von etwa 40.000 Startvorgängen auf über eine halbe Million gestiegen. Ferner werden, insbesondere bei Personenkraftwagen im hochpreisigen Sektor, die vom Starter herrührenden Geräusche, sei es beim Initialstart oder im Rahmen von Start-Stopp-Modi, als störend empfunden. Für diese Geräuschentwicklung des Starters ist insbesondere der Aufprall des Ankers auf den Ankerrückschluss im Relais verantwortlich.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird ein Vorspuraktuator, insbesondere ein Relais für eine elektrische Startvorrichtung für Verbrennungskraftmaschinen, mit Gehäuse vorgeschlagen, in dem ein bewegbarer Anker und ein Ankerrückschluss aufgenommen sind, wobei der Anker in mindestens zwei Ankerteile geteilt ist und zwischen den mindestens zwei Ankerteilen mindestens ein Dämpfungselement vorgesehen ist.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung eines geteilten Ankers ermöglicht es, Teile der Ankermasse durch Dämpfungselemente zwischen den mindestens zwei Ankerteilen zu entkoppeln. Auf diese Weise können die Massen der auf einen Ankerrückschluss treffenden Ankerteile kontrolliert werden, um so die Geräuschentwicklung beim Auftreffen des Ankers auf den Ankerrückschluss erheblich zu reduzieren. Hierdurch wird das von einem Starter erzeugten Geräuschniveau, insbesondere bei Betätigung des erfindungsgemäßen Vorspuraktuators, signifikant herabgesetzt.
Gemäß einer Ausführungsform verläuft die Teilung des Ankers in die mindestens zwei Ankerteile in axialer Richtung. Bei einem in axialer Richtung geteilten Anker sind die mindestens zwei Ankerteile demzufolge koaxial angeordnet. Diese koaxiale Anordnung der mindestens zwei Ankerteile hat den Vorteil, dass die Auswirkungen auf den magnetischen Fluss im Anker auf diese Weise möglichst gering gehalten werden können. Weiterhin können die mindestens zwei Ankerteile aus demselben oder unterschiedlichen ferromagnetischen Materialien gefertigt sein. Dabei könnten zum Beispiel rostfreie Materialien eingesetzt werden, damit der Rosteintritt zwischen den koaxialen Ankerteilen vermieden werden kann und sich die Ankerteile über die gesamte Lebensdauer axial frei bewegen können.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Teilung des Ankers so ausgestaltet, dass wenigstens ein Ankerteil der mindestens zwei Ankerteile eine kleinere Masse aufweist als die weiteren Ankerteile. Demnach kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung ausgenutzt werden, dass Ankerteile, die eine kleinere Masse aufweisen, beim Auftreffen auf den Ankerrückschluss eine geringere Geräuschbildung nach sich ziehen. Weiterhin kann das wenigstens eine Ankerteil, das die kleinere Masse gegenüber den weiteren Ankerteilen aufweist, in seiner Geometrie so gewählt werden, dass dieses während des Aufschlages des Ankers auf den Ankerrückschluss zuerst auftrifft und die weiteren Ankerteile mit größerer Masse in ihrer Bewegung durch das mindestens eine Dämpfungselement gedämpft werden. So kann vermieden werden, dass die Gesamtmasse des Ankers gleichzeitig auf den Ankerrückschluss auftrifft. Der erfindungsgemäß vorgeschlagene Vorspuraktuator erlaubt demnach eine Entkopplung der Ankermassen und reduziert somit die Geräuschentwicklung.
In einer weiteren Ausführungsform kann das wenigstens eine Ankerteil, das eine kleinere Masse als die weiteren Ankerteile aufweist, am inneren Umfang des Ankers, am äußeren Umfang des Ankers, oder innerhalb des Ankers zwischen dem inneren und äußeren Umfang des Ankers ausgebildet sein. Die axiale Teilung des Ankers kann somit in radial unterschiedlichen Bereichen des Ankers erfolgen, was eine hohe Flexibilität im Design des erfindungsgemäßen Vorspuraktuators ermöglicht. So können je nach Ausgestaltung der Flächengeometrie, also der Ausgestaltung der aufeinandertreffenden Stirnseiten des Ankers und des Ankerrückschlusses, unterschiedliche Elemente des Ankers entkoppelt werden. Demnach kann einerseits die Masse der mindestens zwei axial entkoppelten Ankerteile und anderseits deren Position an der Flächengeometrie des auf den Ankerrückschluss auftreffenden Ankers so gewählt werden, dass eine optimale Geräuschminimierung resultiert. Des Weiteren kann im Fall der Ausführungsform am inneren Umfang des Ankers die Führung des kleinen Ankers auf weitere Ankerteile hinsichtlich der Toleranzkette, Koaxialität und der Länge der Trennlinie optimiert werden. In einer Ausführung am äußeren Umfang des Ankers kann eine kleiner Toleranzkette für die Positionierung der Geräuschdämpfung erreicht werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Vorspuraktuators weist mindestens ein Ankerteil gegenüber den weiteren Ankerteilen eine größere Masse auf, wobei das Ankerteil mit der größeren Masse vorzugsweise einen Endanschlag an der Stirnseite des Ankers ausbildet. Bei der axialen Bewegung des Ankers kann es bei einer mehrteiligen Ausführung des Ankers zu mehreren Aufschlägen auf dem Ankerrückschuss kommen. Der Endanschlag des Ankerteils, das gegenüber den weiteren Ankerteilen eine größere Masse aufweist, verhindert dann eine Überbeanspruchung des Dämpfungselements.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das mindestens eine Dämpfungselement als axiales Dämpfungselement zwischen wenigstens zwei Kontaktflächen der mindestens zwei Ankerteile vorgesehen. Dabei dämpft das Dämpfungselement insbesondere die axiale Bewegung zwischen den mindestens zwei Ankerteilen. Dies führt somit zu einem kontrolliert gedämpften Aufschlag der mindestens zwei Ankerteile.
Das mindestens eine Dämpfungselement kann ein elastisches Dämpfungsmaterial umfassen, das durch Anvulkanisieren, Ankleben, Anspritzen und/oder formschlüssig zwischen den mindestens zwei Ankerteilen aufgenommen ist. Hierbei bezeichnet formschlüssig jede Art von Verbindung, bei der durch das Ineinandergreifen von mindestens zwei Verbindungspartnern eine feste Verbindung entsteht. So kann eine formschlüssige Verbindung beispielsweise durch plastische Verformung oder Verstemmen zustande kommen. Als Dämpfungselemente zwischen den mindestens zwei Ankerteilen können auch Ringe oder Scheiben aus elastischem Material eingesetzt werden, die am Umfang des Ankers bzw. mindestens eines Ankerteils aufgenommen sind. Weiterhin kann das mindestens eine Dämpfungselement ein elastisches Dämpfungsmaterial, wie beispielsweise Polyamide (PA), Thermoplasten, Thermoplastische Elastomere (TPE), Elastomere oder Gummi umfassen. Diese Dämpfungsmaterialien weisen vorzugsweise eine Shorehärte zwischen 10 und 70 auf. Dabei ist die Shorehärte ein Kennwert für die Härte weicher Werkstoffe wie Elastomere und Kunststoffe. Sie bewegt sich auf einer Skala von 0 bis 100, wobei 100 der größten Härte entspricht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen die Stirnseiten der mindestens zwei Ankerteile in einem von dem Ankerrückschluss wegweisenden Teil des Ankers axiale Überstände auf, die ineinandergreifen. Dabei kann zwischen Kontaktflächen der Überstände der mindestens zwei Ankerteile mindestens ein Dämpfungselement vorgesehen sein. Diese Ausgestaltung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Vorspuraktuators ermöglicht es, neben der Geräuschminimierung durch die Teilung des Ankers mit Dämpfungselementen auch den magnetischen Fluss in den mindestens zwei Ankerteilen zu erhöhen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
Es zeigen:
1 eine Startvorrichtung in einem Längsschnitt,
2 eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Vorspuraktuators mit geteiltem Anker in Außengeometrie,
3 eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Vorspuraktuators mit geteiltem Anker in Innengeometrie,
4 eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Vorspuraktuators mit geteiltem Anker in Zwischengeometrie,
5 eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Vorspuraktuators mit geteiltem Anker, wobei das zweite Ankerteil das erste Ankerteil umgreift und das Dämpfungselement einvulkanisiert ist,
6 eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Vorspuraktuators mit geteiltem Anker, wobei das zweite Ankerteil das erste Ankerteil umgreift und das Dämpfungselement durch einen Sicherungsring oder durch Verstemmen fixiert ist,
7 eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Vorspuraktuators in Innengeometrie, wobei die Kontur des Endanschlags hervorgehoben dargestellt ist,
8a–8e Ausführungsvarianten des erfindungsgemäßen Vorspuraktuators in Außengeometrie, wobei unterschiedliche Geometrien bezüglich des Endanschlags dargestellt sind,
9 eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Vorspuraktuators mit ineinandergreifenden Überständen an der Kontaktfläche zwischen den Ankerteilen.
Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt einen Starter 10 in einem Längsschnitt, wobei dieser Starter beispielsweise einen Vorspuraktuator 16 (z.B. Relais, Starterrelais), einen Startermotor 13 und einen Drehmomentübertragungsstrang mit Umlaufgetriebe 83 und Ritzel 22 umfasst. Der Startermotor 13 und der elektrische Vorspuraktuator 16 sind an einem gemeinsamen Antriebsschild 19 befestigt. Der Startermotor 13 dient funktionell dazu, ein Andrehritzel 22 anzutreiben, wenn es im Zahnkranz 25 der in 1 nicht dargestellten Verbrennungsmaschine eingespurt ist.
Der Startermotor 13 weist als Gehäuse ein Polrohr 28 auf, das an seinem Innenumfang Polschuhe 31 trägt, die jeweils von einer Erregerwicklung 34 umwickelt sind. Die Polschuhe 31 umgeben wiederum einen Anker 37, der ein aus Lamellen 40 aufgebautes Ankerpaket 43 und eine in Nuten 46 angeordnete Ankerwicklung 49 aufweist. Das Ankerpaket 43 ist auf eine Antriebswelle 44 aufgepresst. An dem Andrehritzel 22 abgewandten Ende der Antriebswelle 44 ist des Weiteren ein Kommutator 52 angebracht, der unter anderem aus einzelnen Kommutatorlamellen 55 aufgebaut ist. Die Kommutatorlamellen 55 sind in bekannter Weise mit der Ankerwicklung 49 derartig elektrisch verbunden, dass sich bei Bestromung der Kommutatorlamellen 55 durch Kohlebürsten 58 eine Drehbewegung des Ankers 37 innerhalb des Polrohres 28 ergibt. Eine zwischen dem elektrischen Antrieb 16 und dem Startermotor 13 angeordnete Stromzufuhr 61 versorgt im Einschaltzustand sowohl die Kohlebürsten 58 als auch die Erregerwicklung 34 mit Strom. Die Antriebswelle 44 ist kommutatorseitig mit einem Wellenzapfen 64 in einem Gleitlager 67 abgestützt, welches wiederum in einem Kommutatorlagerdeckel 70 ortsfest gehalten ist. Der Kommutatorlagerdeckel 70 wiederum wird mittels Zugankern 73, die über den Umfang des Polrohrs 28 verteilt angeordnet sind (Schrauben, beispielsweise zwei, drei oder vier Stück) im Antriebslagerschild 19 befestigt. Es stützt sich dabei das Polrohr 28 am Antriebslagerschild 19 ab und der Kommutatorlagerdeckel 70 am Polrohr 28.
In Antriebsrichtung gesehen schließt sich an den Anker 37 ein Sonnenrad 80 an, das Teil eines Umlaufgetriebes 83, insbesondere eines Planetengetriebes ist. Das Sonnenrad 80 ist von mehreren Planetenrädern 86 umgeben, üblicherweise von drei Planetenrädern 86, die mittels Wälzlagern 89 auf Achszapfen 92 abgestützt sind. Die Planetenräder 86 wälzen in einem Hohlrad 95 ab, das im Polrohr 28 außenseitig gelagert ist. In Richtung zur Abtriebsseite hin schließt sich an die Planetenräder 86 ein Planetenträger 98 an, in dem die Achszapfen 92 aufgenommen sind. Der Planetenträger 98 wird wiederum in einem Zwischenlager 101 und einem darin angeordneten Gleitlager 104 gelagert. Das Zwischenlager 101 ist derartig topfförmig gestaltet, dass in diesem sowohl der Planetenträger 98 als auch die Planetenräder 86 aufgenommen sind. Des Weiteren ist im topfförmigen Zwischenlager 101 das Hohlrad 95 angeordnet, das letztlich durch einen Deckel 107 gegenüber dem Anker 37 geschlossen ist. Auch das Zwischenlager 101 stützt sich mit seinem Außenumfang an der Innenseite des Polrohrs 28 ab. Der Anker 37 weist auf dem vom Kommutator 52 abgewandten Ende der Antriebswelle 44 einen weiteren Wellenzapfen 110 auf, der ebenfalls in einem Gleitlager 113 aufgenommen ist. Das Gleitlager 113 wiederum ist in einer zentralen Bohrung des Planetenträgers 98 aufgenommen. Der Planetenträger 98 ist einstückig mit der Abtriebswelle 116 verbunden. Die Abtriebswelle 116 ist mit ihrem vom Zwischenlager 101 abgewandten Ende 119 in einem weiteren Lager 122 abgestützt, welches im Antriebslagerschild 19 befestigt ist.
Die Abtriebswelle 116 ist in verschiedene Abschnitte aufgeteilt: So folgt dem Abschnitt, der im Gleitlager 104 des Zwischenlagers 101 angeordnet ist, ein Abschnitt mit einer Geradverzahnung 125 (Innenverzahnung), die Teil einer Wellen-Naben-Verbindung 128 ist. Diese Wellen-Naben-Verbindung 128 ermöglicht in diesem Fall das axial geradlinige Gleiten eines Mitnehmers 131. Der Mitnehmer 131 ist ein hülsenförmiger Fortsatz, der einstückig mit einem topfförmigen Außenring 132 des Freilaufs 137 verbunden ist. Dieser Freilauf 137 (Richtgesperre) besteht des Weiteren aus dem Innenring 140, der radial innerhalb des Außenrings 132 angeordnet ist. Zwischen dem Innenring 140 und dem Außenring 132 befinden sich Klemmkörper 138. Die Klemmkörper 138 verhindern in Zusammenwirkung mit dem Innen- und Außenring 132, 140 eine Relativdrehung zwischen dem Außenring 132 und dem Innenring 140 in einer zweiten Richtung. Mit anderen Worten: Der Freilauf 137 ermöglicht eine umlaufende Relativbewegung zwischen dem Innenring 140 und dem Außenring 132 nur in eine Richtung. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Innenring 140 einstückig mit dem Andrehritzel 22 und dessen Schrägverzahnung 143 (Außenschrägverzahnung) ausgeführt. Das Andrehritzel 22 kann alternativ auch als geradverzahntes Ritzel ausgeführt sein. Statt elektromagnetisch erregter Polschuhe 31 mit Erregerwicklung 34 könnten auch permanentmagnetisch erregte Pole zum Einsatz kommen.
Der elektrische Vorspuraktuator 16 bzw. der Anker 168 hat darüber hinaus auch die Aufgabe, mit einem Zugelement 187 einen im Antriebslagerschild 19 drehbeweglich angeordneten Hebel 190 zu bewegen. Der Hebel 190 ist üblicherweise als Gabelhebel ausgeführt und umgreift mit zwei hier nicht näher dargestellten „Zinken“ zwei Scheiben 193, 194 an ihrem Außenumfang, um einen zwischen diesen eingeklemmten Mitnehmerring 197 zum Freilauf 137 hin gegen den Widerstand der Feder 200 zu bewegen und dadurch das Andrehritzel 22 in den Zahnkranz 25 einzuspuren.
Nachfolgend wird auf den Einspurmechanismus eingegangen. Der elektrische Vorspuraktuator 16 weist einen Bolzen 150 auf, der ein elektrischer Kontakt ist und im Falle des Eingebautseins im Fahrzeug an den Pluspol einer elektrischen Starterbatterie, die in 1 nicht dargestellt ist, angeschlossen ist. Der Bolzen 150 ist durch einen Deckel 153 hindurchgeführt. Ein zweiter Bolzen 152 ist ein Anschluss für den elektrischen Startermotor 13, der über die Stromzufuhr 61 (dicke Litze) versorgt wird. Der Deckel 153 schließt ein Gehäuse 156 aus Stahl ab, welches mittels mehrerer Befestigungselemente 159, die zum Beispiel als Schrauben ausgebildet sein können, am Antriebslagerschild 19 befestigt ist. In dem elektrischen Vorspuraktuator 16 ist eine Schubeinrichtung zur Ausübung einer Zugkraft auf den Hebel 190, ausgeführt als Gabelhebel, und eine Schalteinrichtung angeordnet. Die Schubeinrichtung hat eine Wicklung 162 und die Schalteinrichtung eine weitere Wicklung 165. Die Wicklung 162 der Schubeinrichtung und die weitere Wicklung 165 der Schalteinrichtung bewirken jeweils im eingeschalteten Zustand ein elektromagnetisches Feld, welches verschiedene Bauteile durchströmt. Die Wellen-Naben-Verbindung 128 kann anstelle mit einer Geradverzahnung 125 auch mit einer Steilgewindeverzahnung ausgestattet sein. Es sind dabei die Kombinationen möglich, wonach a) das Andrehritzel 22 schrägverzahnt ist und die Wellen-Naben-Verbindung 128 eine Geradverzahnung 125 aufweist, b) das Andrehritzel 22 schrägverzahnt ausgebildet ist und die Wellen-Naben-Verbindung 128 eine Steilgewindeverzahnung aufweist oder c) das Andrehritzel 22 geradverzahnt ist und die Wellen-Naben-Verbindung 128 eine Steilgewindeverzahnung aufweist.
2 zeigt einen Vorspuraktuator 16 gemäß 1 in vergrößertem Maßstab, der insbesondere als Relais zur Betätigung einer elektrischen Startvorrichtung für Verbrennungskraftmaschinen ausgestaltet ist. Dieser Vorspuraktuator 16 umfasst ein Gehäuse 156, in dem ein linear bewegbarer Anker 168 vorgesehen ist. In dem bewegbaren Anker ist weiterhin ein mit einer Feder 173 beaufschlagter Bolzen 174 vorgesehen, der mit dem in 2 nicht dargestellten Hebel 190 verbunden ist.
Bei Bestromung der Einzugswicklung 162 bzw. der Haltewicklung 165 erfährt der Anker 168 eine axiale Kraft in Einzugsrichtung 227, die in 2 durch den Pfeil 227 gekennzeichnet ist. Dem in Einzugsrichtung 227 betätigbaren Anker 168 liegt ein Ankerrückschluss 171 gegenüber, der auch als Kernplatte bezeichnet wird. Die zum Ankerrückschluss 171 hinweisende Stirnseite des bewegbaren Ankers 168 ist komplementär zu der dem Anker 168 zuweisenden Stirnseite des Ankerrückschlusses 171 ausgebildet. Hierbei ist die zum Ankerrückschluss 171 hinweisende Stirnseite des bewegbaren Ankers 168 mit dem Bezugszeichen 212 bezeichnet. Weiter ist die komplementäre zum Anker 168 hinweisende Stirnseite des Ankerrückschlusses 171 mit Bezugszeichen 214 bezeichnet.
Bewegt sich der Anker 168 linear zum Ankerrückschluss 171, so bewirkt der Bolzen 174, dass der im Ankerrückschluss 171 angeordnete Schaltbolzen 177 einen Schub in Einzugrichtung erfährt. Der Schaltbolzen 177 ist mit der Feder 178 beaufschlagt und in einer Führungsbuchse 202 gelagert. Der Führungsbuchse 202 sind wiederum eine Kontaktscheibe 204 sowie ein Schaltachsenanschlag 206 zugeordnet, um den Weg des Schaltbolzens 177 zu begrenzen. Die Kontaktbrücke 184 ist durch eine Kontaktfeder 208 beaufschlagt und stellt im eingerückten Zustand einen Kontakt zwischen dem Bolzen 150 und der Stromzuführung 61 her.
In der 2 ist eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Vorspuraktuators 16 dargestellt, der eine in zwei Ankerteile 216, 218 geteilten Anker umfasst. In vorliegender Ausführungsform ist die Teilung axial am Außenumfang des Ankers 168 vorgesehen. Demnach weist das erste Ankerteil 216 am Umfang der Mantelfläche eine Aussparung 224 auf, die sich von der Stirnseite 212 bis zu einer Länge 222 erstreckt. Ein zweites Ankerteil 218 ist so gestaltet, dass dieses in der Aussparung 224 des ersten Ankerteils 216 aufgenommen werden kann. Das erste 216 und das zweite 218 Ankerteil sind somit koaxial angeordnet. Dabei liegt das zweite Ankerteil 218 entlang der Mantelfäche des ersten Ankerteils 218 bis zu der Stirnseite bei einer Länge 222 an dem ersten Ankerteil 216 an.
Ferner ist in der in 2 dargestellten Ausführungsform ein Dämpfungselement 220 zwischen den Kontaktflächen 252 des ersten Ankerteils 216 und des zweiten Ankerteils 218 vorgesehen. Dieses Dämpfungselement 220 ist vorzugsweise als elastische Scheibe in dem Raum zwischen der dem Ankerrückschluss 171 wegweisenden Stirnseite des zweiten Ankerteils 218 und der dem Ankerrückschluss 171 zuweisenden Stirnseite des ersten Ankerteils 216 eingebracht. Das Dämpfungselement 220 ist vorzugsweise vulkanisiert und stellt so eine feste Verbindung zwischen dem ersten Ankerteil 216 und dem zweiten Ankerteil 218 her. Das Dämpfungselement 220 bewirkt ferner eine Entkopplung der beiden Ankerteile 216, 218. Denn beim Aufschlag des Ankers 168 auf den Ankerrückschluss 171 trifft das zweite Ankerteil 218 mit geringerer Masse als das erste Ankerteil 216 zeitlich zuerst auf und das Dämpfungselement 220 reduziert die Verzögerung des ersten Ankerteils 216 beim Aufprall des Ankers 168 auf den Ankerrückschluss 171, so dass der Energieeintag auf den Ankerrückschluss 171 reduziert wird. Auf diese Weise kann eine Geräuschminimierung beim Aufschlagen des geteilten Ankers 168 auf den Ankerrückschluss 171 erreicht werden.
Vorzugsweise ist die Breite 226 des zweiten Ankerteils 218 so gewählt, dass diese ein Viertel der Gesamtbreite 228 des Ankers 168 nicht überschreitet. Auf diese Weise ist die Masse des zweiten Ankerteils 218 kleiner als die Masse des ersten Ankerteils 216. Weiterhin entspricht die Länge 222 der Aussparung 224 in der in 2 dargestellten Ausführungsform mindestens der Länge der Einzugswicklung 162 bzw. der Haltewicklung 165. Mit einer solchen Ausgestaltung des axial geteilten Ankers 168 kann der Einfluss auf den magnetischen Fluss durch den Anker 168 minimiert werden. Denn das von der Einzugswicklung 162 bzw. der Haltewicklung 165 erzeugte Magnetfeld weist
Magnetfeldlinien auf, die axial verlaufen. Deren axialer Verlauf wird durch die erfindungsgemäße axiale Teilung des Ankers 168 nur minimal beeinflusst.
Im Rahmen dieser koaxialen Ausgestaltung des axial geteilten Ankers 168 kann das zweite Ankerteil 218 eine Länge aufweisen, die der Aussparung 224 entspricht. Durch Einbringen des Dämpfungselementes 220 bedeutet dies, dass das zweite Ankerteil 218 an der Stirnseite 212 des geteilten Ankers 168 um die Dicke des Dämpfungselementes 220 übersteht. Die Länge des zweiten Ankerteils 218 kann allerdings auch so angepasst sein, dass die dem Ankerrückschluss 171 zuweisenden Stirnseiten des ersten Ankerteils 216 und des zweiten Ankerteils 218 eine kontinuierliche dem Ankerrückschluss 171 zuweisenden Stirnseite 212 ohne Überstände bilden.
3 zeigt eine weitere Ausführungsvariante eines erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ankers 168. Hier ist der Anker 168 im Gegensatz zu der in 2 dargestellten Außengeometrie am Innenumfang des Ankers 168 geteilt. In dieser Ausgestaltung ist das zweite Ankerteil 218 an der zu dem Bolzen 174 hinweisenden Fläche des Ankers 168 vorgesehen und das Dämpfungselement 220 ist in dem Raum zwischen den Kontaktflächen 252 des zweiten Ankerteils 218 und des ersten Ankerteils 216 eingebracht. Weiterhin ist die Breite des zweiten Ankerteils 218 vorzugsweise so gewählt, dass diese ein Viertel der Gesamtbreite 228 des Ankers 168 nicht überschreitet. So kann die Masse des zweiten Ankerteils 218 im Vergleich zu dem ersten Ankerteil 216 möglichst gering gehalten werden. Aufgrund der geringeren radialen Ausdehnung des zweiten Ankerteils 218 in dieser Ausgestaltung, ist die Teilung des Ankers 168 in der hier dargestellten Innengeometrie auch vorteilhaft gegenüber der in 2 gezeigten Außengeometrie. Auch in dieser Ausführungsvariante entspricht die Länge des zweiten Ankerteils 216 mindestens der Länge der Einzugswicklung 162 bzw. der Haltewicklung 165, so dass der magnetische Fluss nicht gestört wird.
Neben den in den 2 und 3 dargestellten Geometrien, kann die Teilung des Ankers 168 auch in einer Zwischengeometrie erfolgen. 4 illustriert in einer schematischen Darstellung eines Ankers 168 die Teilung in Ziwschengeometrie. Unter einer Zwischengeometrie ist im vorliegenden Zusammenhang eine Teilung des Ankers 168 zu verstehen, die radial gesehen innerhalb des Ankers 168 zwischen dem inneren und dem äußeren Umfang verläuft. Das zweite Ankerteil 218 ist somit in einer Breite 226 entlang einer Länge 224 innerhalb des ersten Ankerteils 216 vorgesehen. Auch hier entspricht die Länge der axialen Teilung vorzugsweise mindestens der Länge der in 4 nicht dargestellten Einzugswicklung 162 bzw. Haltewicklung 165. Die Dämpfungselemente sind auch hier wie schon im Zusammenhang mit den 2 und 3 beschrieben zwischen Kontaktflächen 252 des ersten Ankerteils 216 und des zweiten Ankerteils 218 eingebracht.
Alternativ zu der in 2 dargestellten Ausführungsform kann sich das zweite Ankerteil 218 in der Außengeometrie auch entlang der gesamten Länge L des Ankers 168 erstrecken. Dies ist in 5 gezeigt. Eine solche Ausgestaltung ist sowohl für die in 3 dargestellte Innengeometrie als auch für die in 4 dargestellte Zwischengeometrie möglich. Auch in dieser Ausführungsform sollte die Breite 226 des zweiten Ankerteils 218 ein Viertel der Gesamtbreite des Ankers 168 nicht überschreiten. Weiterhin ist das zweite Ankerteil 218 als umgreifendes Ankerteil ausgestaltet, indem es an der dem Ankerrückschluss 171 wegweisenden Stirnseite des Ankers 168 den ersten Ankerteil 216 umgreift. In dieser Ausführungsform kann das Dämpfungselement 220 in vorteilhafter Weise als vulkanisiertes Dämpfungselement 220 in dem Raum zwischen den Kontaktflächen 252, also zwischen der dem Ankerrückschluss 171 zuweisenden Stirnseite des umgreifenden zweiten Ankerteils 218 und der dem Ankerrückschluss 171 wegweisenden Stirnseite des ersten Ankerteils 216, eingebracht sein. Dies ermöglicht eine sichere Positionierung und Verbindung der beiden Ankerteile 216, 218, da der umgreifende zweite Ankerteil 218 eine weitere Sicherung in axialer Richtung zur Verfügung stellt.
Eine weitere Möglichkeit den geteilten Anker 168 mit umgreifendem zweiten Ankerteil 218 auszugestalten, besteht darin, das Dämpfungselement 220 mittels eines Sicherungsringes 230 oder durch Verstemmen zu fixieren. Dies ist in 6 beispielhaft dargestellt. In einer solchen Ausführungsform umgreift das zweite Ankerteil 218 vorzugsweise das erste Ankerteil 216. In dem in 6 dargestellten Anker 168 kann das Dämpfungselement 220 auch außerhalb des Raumes zwischen den Stirnseiten des ersten Ankerteils 216 und des zweiten Ankerteils 216 vorgesehen werden. Stattdessen ist das Dämpfungselement 220 an der hinteren Mantelfläche des ersten Ankerteils 216 ausgebildet und stellt darüber eine Verbindung zu dem zweiten Ankerteil 218 her. Das Fixieren des Dämpfungselementes 220 durch einen Sicherungsring 230 oder mittels Verstemmen an der hinteren Mantelfläche des ersten Ankerteils 216 erreicht. Dies erlaubt eine kostengünstigere Ausführung des geteilten Ankers 168 als vulkanisierte Dämpfungselemente 220. Allerdings sind in einer solchen Variante weitere Bauteile notwendig, was die Montage aufwändiger gestaltet.
Die 7 und 8a bis 8e zeigen unterschiedliche Ausführungsformen eines geteilten Ankers 168, wobei insbesondere die Konturen der Aufschlagflächen 212 des geteilten Ankers 168 bei Betätigung des Vorspuraktuators 16 hervorgehoben sind. Bei Betätigen des Vorspuraktuators 16 bewegt sich der erfindungsgemäße Anker 168 in Einzugrichtung 227 und schlägt auf den Ankerrückschluss 171 auf, wobei die Stirnseiten 214 und 212 komplementär zueinander ausgestaltet sind. Im Falle des erfindungsgemäßen Vorspuraktuators mit geteiltem Anker 168 ergeben sich aufgrund der bevorzugten Zweiteilung des Ankers 168 zwei Aufschläge, die jeweils dem Aufschlag des ersten Ankerteils 216 und dem Aufschlag des zweiten Ankerteils 218 entsprechen. Dies ist allerdings nur dann der Fall, wenn sich die Teilung des Ankers 168 bis zu der Stirnseite 212 des Ankers 168 erstreckt. Schlägt der erfindungsgemäße Anker 168 mit geteilter Stirnseite 212a, 212b auf den Ankerrückschluss 171 auf, so wird zunächst der zweite Ankerteil 218, der ein geringere Masse als der erste Ankerteil 216 aufweist, mit seiner Stirnseite 212b auf den Ankerrückschluss 171 treffen. Das Dämpfungselement 220 dämpft dann die Bewegung des ersten Ankerteils 216 mit der größeren Masse. Um das Dämpfungselement allerdings nicht überzubeanspruchen, ist es vorteilhaft einen Endanschlag 212a vorzusehen. Dieser Endanschlag 212a kann durch die zusätzliche Massendynamik genutzt werden und stoppt die Bewegung des ersten Ankerteils 216 bei extremer Anker-Geschwindigkeit, zum Beispiel bei kalter Temperatur und voll aufgeladener Batterie.
Die Ausführungsform in 7 zeigt einen Anker 168 mit der axialen Teilung in der Innengeometrie und entspricht im Wesentlichen der Ausführungsform gemäß 3. In 7 ist der Endanschlag 212a nochmals hervorgehoben.
Ein Endanschlag 212a kann auch wie in den 8a bis 8e gezeigt bei einer axialen Teilung des Ankers 168 in Außengeometrie vorgesehen werden. Die explizite Ausgestaltung des Endanschlags 212a ist in beiden Fällen, also bei Teilung des Ankers 168 in Außen- oder Innengeometrie, abhängig von der Form der komplementären Stirnseiten 212, 214 des Ankers 168 und des Ankerrückschlusses 171.
Die 8a bis 8e zeigen unterschiedliche Varianten, einen Endanschlag 212a für die dort gezeigte Geometrie der Stirnseite 212 zu realisieren. Die Geometrie der Stirnseite 212 ist hier so gewählt, dass der Anker 168 in radialer Richtung gesehen einen gerade verlaufenden, äußeren Abschnitt 232 gefolgt von einem trichterförmigen, inneren Abschnitt 234 aufweist. Der in 8a dargestellte Anker 168 ist so geteilt, dass die Stirnseite 212 des Ankers 168 im gerade verlaufenden, äußeren Abschnitt 232 geteilt ist. Der Endanschlag 212a befindet sich demnach ebenfalls in diesem Bereich. In 8b ist der Anker 168 entlang der Trennungslinie zwischen dem gerade verlaufenden, äußeren Abschnitt 232 und dem trichterförmigen, inneren Abschnitt 234 in radialer Richtung in zweites Ankerteil 216 und erstes Ankerteil 218 getrennt. Die Stirnseite 212 des Ankers 168 weist demzufolge einen Endanschlag 212a im Bereich des trichterförmigen, inneren Abschnitts 234 auf. In ähnlicher Weise ist auch in der Ausführungsform der 8c der Endanschlag 212a im Bereich des trichterförmigen, inneren Abschnitts 234 vorgesehen. Dazu umgreift das zweite Ankerteil 218, das in radialer Richtung eine kleinere Breite aufweist als der gerade verlaufende, äußere Abschnitt 232, das erste Ankerteil 216 an der Stirnseite 212 des Ankers. In den Ausführungsvarianten der 8a bis 8c ist das Dämpfungselement 220, wie in 2 dargestellt, in dem Raum zwischen Kontaktflächen 252 des ersten und des zweiten Ankers 216, 218 eingebracht.
Es kann allerdings auch vorteilhaft sein, weitere Dämpfungselemente 220a, 220b vorzusehen. Ein Beispiel dafür ist in 8d gezeigt. In dieser Variante umgreift das zweite Ankerteil 218, das in radialer Richtung eine kleinere Breite aufweist als der gerade verlaufende, äußere Abschnitt 232, das erste Ankerteil 216 an der Stirnseite 212 des Ankers vollständig. Demzufolge bildet sowohl der gerade verlaufenden, äußeren Abschnitt 232 als auch ein Teil des trichterförmigen, inneren Abschnitts 234 die Stirnseite 212b des zweiten Ankerteils 218. Somit bildet der trichterförmige, innere Abschnitt 234 nur teilweise den Endanschlag 212a des ersten Ankerteils 216. In dieser Ausführungsform kann in vorteilhafter Weise, neben dem Dämpfungselement 220a zwischen den Kontaktflächen 252a, ein Dämpfungselement 220b zwischen den Kontaktflächen 252b des ersten Ankerteils 216 und des zweiten Ankerteils 218 im vorderen, zum Ankerrückschlag 171 hinweisenden Teil des Anker 168 vorgesehen werden. Die weitere Dämpfung verhindert dabei eine Überbeanspruchung einzelner Dämpfungselemente 220a, 220b im hinteren oder vorderen Teil des Ankers 168. Ferner werden Geräusche, die vom Auftreffen der Kontaktflächen 252a, 252b stammen, weiter reduziert und die axiale Bewegung des ersten Ankerteils 216 weiter gedämpft.
Die 8e zeigt eine Ausführungsform, in der elastische Dämpfungselemente 220b wie in 8d in der Teilung des Ankers 168 vorgesehen sind, insbesondere im Bereich 250. Vorzugsweise sind zwischen dem ersten Ankerteil 216 und dem zweiten Ankerteil 218 in axialer Richtung durch ein Dämpfungselement 220b voneinander getrennte Kontaktflächen 250 im vorderen, zum Ankerrückschlag 171 hinweisenden Teil des Anker 168 vorhanden. Wie beispielhaft in 8e dargestellt, erstreckt sich dazu der zweite Ankerteil 218 entlang der vollen Länge L des Ankers 168. Die 8e dargestellte Anker 168 ist so geteilt, dass die Stirnseite 212 der Ankers 168 im konisch verlaufenden, äußeren Abschnitt 234 geteilt ist. Der Endanschlag 212a befindet sich demnach ebenfalls in diesem Bereich. Auch hier wird in den Zwischenraum beispielsweise ein Elastomer eingespritzt. Wie schon im vorangegangenen beschrieben kann auch in dieser Ausführungsform die Masse, Aufschlagfläche und die Trennlinie variiert werden. Diese Ausführungsform ist besonders vorteilhaft bei der Führung des äußeren Ankers bezogen auf das Relais und die weiteren Ankerteile, hinsichtlich der Toleranzkette und der Koaxialität.
Letztlich hat es sich als vorteilhaft für den magnetischen Fluss erwiesen, wenn die Ankerteile 216, 218 des erfindungsgemäßen Ankers 168 durch Überstände 240a, 240b ineinandergreifen. Diese Ausführung eines geteilten Ankers 168 ist in 9 beispielhaft gezeigt. Dort sind die Überstände 240 des ersten Ankerteils 216 und die Überstände 240b des zweiten Ankerteils 218 so ausgestaltet, dass diese in einem von dem Ankerrückschluss wegweisenden Teil des Ankers ineinandergreifen. Diese Überstände 240a, 240b sind in 9 rechteckig ausgebildet. Jedoch sind auch andere Formen für die Überstände 240a, 240b denkbar. So können die Überstände 240a, 240b insbesondere kreisförmig, oval oder trapezförmig ausgebildet sein. In einer solchen Ausführungsform sind die Dämpfungselemente 220c, 220d sowohl an den Überständen 240a als auch an den Überständen 240b vorgesehen. In dieser Ausgestaltung wird in besonders vorteilhafter Weise der magnetische Fluss durch den Anker maximiert.
Die im Vorangegangenen beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Vorspuraktuators 16 mit geteiltem Anker 168 sind als beispielhafte Ausgestaltungen zu verstehen. So sind beliebige Kombinationen und Variationen dieser Ausführungsformen denkbar. Auch können axiale Teilungen des Ankers vorgesehen werden, die in mehr als zwei Ankerteilen resultieren und vorteilhafte Auswirkungen auf die Geräuschminimierung beim Aufschlagen des Ankers 168 auf den Rückschluss 171 aufweisen, ohne den magnetischen Fluss stark zu stören.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10124506 A1 [0003]
DE 19549179 A1 [0004]

Claims

Vorspuraktuator (16), insbesondere Relais für eine elektrische Startvorrichtun (10) für Verbrennungskraftmaschinen, mit einem Gehäuse (156), in dem ein bewegbarer Anker (168) und ein Ankerrückschluss (171) aufgenommen sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (168) in mindestens zwei Ankerteile (216, 218) geteilt ist und zwischen den mindestens zwei Ankerteilen (216, 218) mindestens ein Dämpfungselement (220, 220a, 220b, 220c, 220d) vorgesehen ist.
Vorspuraktuator (16) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilung des Ankers (168) in die mindestens zwei Ankerteile (216, 218) in axialer Richtung verläuft.
Vorspuraktuator (16) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilung des Ankers (168) so ausgestaltet ist, dass wenigstens ein Ankerteil (216) der mindestens zwei Ankerteile (216, 218) eine kleinere Masse aufweist als die weiteren Ankerteile (218).
Vorspuraktuator (16) gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Ankerteil (216), das die kleinere Masse als die weiteren Ankerteile (216, 218) aufweist, am inneren Umfang des Ankers (168), am äußeren Umfang des Ankers (168) oder innerhalb des Ankers (168) zwischen dem inneren und äußeren Umfang des Ankers (168) ausgebildet ist.
Vorspuraktuator (16) gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnseite (212) des Ankers (168) in Stirnseiten (212a, 212b) der mindestens zwei Ankerteile (216, 218) geteilt ist und mindestens ein Ankerteil (218) eine höhere Masse als die weiteren Ankerteile aufweist, wobei dieses mindestens eine Ankerteil (218) einen Endanschlag (212a) an der Stirnseite (212) des Ankers (168) ausbildet.
Vorspuraktuator (16) gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Dämpfungselement (220, 220a, 220b, 220c, 220d) als axiales Dämpfungselement (220, 220a, 220b, 220c, 220d) zwischen wenigstens zwei Kontaktflächen (252, 252a, 252b) der mindestens zwei Ankerteile (216, 218) vorgesehen ist.
Vorspuraktuator (16) gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Dämpfungselement (220, 220a, 220b, 220c, 220d) ein elastisches Dämpfungsmaterial mit einer Shorehärte zwischen 10 und 70 umfasst.
Vorspuraktuator (16) gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnseiten der mindestens zwei Ankerteile (216, 218) in einem von dem Ankerrückschluss (171) wegweisenden Teil des Ankers (168) axiale Überstände (240a, 240b) aufweisen, die ineinandergreifen.
Vorspuraktuator (16) gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Überständen (240a, 240b) der mindestens zwei Ankerteile (218, 216) mindestens ein Dämpfungselement (220a, 220b) vorgesehen ist.