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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Diese Anmeldung basiert auf der
japanischen Patentanmeldung Nr. 2011-63716 , eingereicht am 23. März 2011, und inkorporiert diese hierin unter Bezugnahme.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Anwendungsgebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Schalter, der mit einem elektrischen Schaltkreis in Verbindung steht, wobei dieser zum Öffnen/Schließen von Schaltkontakten steuerbar ist, um das Zuführen von Strom zu einer Last, wie zum Beispiel einem Gleichstrommotor, durch den elektrischen Schaltkreis zu unterbrechen/zu ermöglichen.
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Hintergrundtechnologie bzw. Stand der Technik
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Ein Beispiel eines elektromagnetischen Schalters ist in der US-Patentanmeldung mit der Publikationsnummer 2009/0183595 beschrieben, auf welche nachstehend als Referenz 1 Bezug genommen wird, wobei der Schalter in eine Startervorrichtung für die Antriebsmaschine eines Fahrzeugs inkorporiert ist (wobei „Fahrzeug”, wie hierin verwendet, ein Kraftfahrzeug bezeichnet, und wobei „Maschine” eine interne Verbrennungsmaschine bezeichnet und „Motor” einen elektrischen Gleichstrommotor bezeichnet). Bei dieser Vorrichtung betätigt ein erstes Solenoid ein Ritzel eines Startermotors derart dieses gegen einen Zahnkranz einer Fahrzeugmaschine gedrückt wird. Ein zweites Solenoid (des elektromagnetischen Schalters) dient dem Öffnen/Schließen von Schaltkontakten, die in einem Schaltkreis verbunden sind, welcher dem Startermotor Strom zuführt. Das erste Solenoid und das zweite Solenoid werden jeweils unabhängig gesteuert. Dies ermöglicht es, die Zeitpunkte bzw. die Timings, bei denen das Ritzel durch das erste Solenoid betätigt wird, und die Timings, bei denen dem Startermotor durch die Aktion des zweiten Solenoids Strom zugeführt wird, jeweils unabhängig zu steuern. Diese Timings können auf diese Weise optimal zum Zweck eines Leerlauf-Stopp-Systems bestimmt werden.
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Die Funktion eines Leerlauf-Stopp-Systems, das in einem Fahrzeug installiert ist, ist im Wesentlichen wie folgt. Wenn das Fahrzeug temporär angehalten wird (beispielsweise bei Ampeln oder aufgrund eines Staus) hält das Leerlauf-Stopp-System die Kraftstoffversorgung zu der Fahrzeugmaschine an, wobei die Maschine gestoppt wird. Danach betreibt das Leerlauf-Stopp-System die Startervorrichtung automatisch, um die Maschine neu zu starten, wenn der Fahrzeugfahrer eine vorbestimmte Aktion durchführt, welche angibt, dass das Fahrzeug in Bewegung gesetzt werden soll (beispielsweise lässt dieser das Bremspedal los oder verstellt das Automatikgetriebe auf „Fahren”).
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Dadurch können Abgasemissionen reduziert werden und der Kraftstoffverbrauch vermindert werden, so dass solche Leerlauf-Stopp-Systeme vermehrt verwendet worden sind.
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Allerdings weist ein Leerlauf-Stopp-System im Vergleich mit einem Fahrzeug, das ein derartiges System nicht beinhaltet, den Nachteil auf, dass die Häufigkeit des Stoppens/Neustartens der Maschine erheblich erhöht ist. Also ist die Verwendungshäufigkeit der Startervorrichtung entsprechend erhöht. Wenn die Startervorrichtung der Referenz 1 mit einem derartigen Leerlauf-Stopp-System verwendet wird, ist die Haufigkeit des Öffnens/Schließens der Schaltkontakte im Vergleich mit einem herkömmlichen System etwa um einen Faktor 10 erhöht. Daher erhöht sich die Abnutzungsrate der Schaltkontakte entsprechend, wobei dadurch die Betriebslebensdauer der Schaltkontakte wesentlich reduziert wird.
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Dieser Punkt wird in Bezug auf 10 genauer beschrieben werden, welche eine Querschnittsansicht des Inneren eines bekannten Typs eines elektromagnetischen Schalters ist. Die gezeigte Konfiguration ist grundsätzlich mit der des elektromagnetischen Schalters 6, der in den 1 und 2 der Referenz 1 gezeigt ist, identisch. Bei dem elektromagnetischen Schalter 100 der 10 wird ein stationärer Eisenkern 120 magnetisiert, wenn ein Strom durch eine Wicklung 110 geleitet wird, wobei dadurch ein Kolben 130 entlang einer Axialrichtung gezogen wird. Ein Paar von Anschlussbolzen 150 und 160 sind in einer Kunststoffabdeckung 140 fixiert (wobei „Kunststoff”, wie hierin verwendet, ein Polymerharz bezeichnet), und sind jeweils mit stationären Kontakten 170 und 171 verbunden.
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Die Anschlussbolzen 150 und 160 bestehen aus dem B-Anschlussbolzen 150, welcher mit dem positiven Potential der Fahrzeugbatterie verbunden ist, und dem M-Anschlussbolzen 160, welcher mit dem Startermotor verbunden ist, d. h. dieser ist über eine Ankerwicklung des Startermotors mit dem negativen Potential der Batterie verbunden. Die stationären Kontakte 170 und 171 sind innerhalb einer Kontaktkammer in dem Inneren der Kunststoffabdeckung 140 platziert, wobei diese jeweils an dem B-Anschlussbolzen 150 und dem M-Anschlussbolzen 160 angebracht (elektrisch verbunden) sind.
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Ein beweglicher Kontakt 180 ist an der axial gegenüberliegenden Seite der stationären Kontakte 170 und 171 des Kolbens 130 platziert und ist anliegend an einer Endoberfläche des Stabs 190 angeordnet, welcher an seinem gegenüberliegenden Ende an dem Kolben 130 fixiert bzw. fest angebracht ist.
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Wenn ein Strom nicht durch die Spule 110 fließt, wird der Kolben 130 durch eine Rückstellfeder 210, die zwischen dem stationären Eisenkern 120 und dem Kolben 130 angeordnet ist, axial nach rechts (wie in 10 gezeigt) gedrängt. Bei diesem Zustand wird der bewegliche Kontakt 180 von den stationären Kontakten 170 und 171 derart getrennt gehalten, dass die Schaltkontakte offen sind. Der Begriff „axial”, wie hierin. bei der Beschreibung der internen Komponenten eines elektromagnetischen Schalters verwendet, soll derart verstanden werden, als dass dieser eine zu einer Mittenachse des Kolbens parallele Richtung (d. h., parallel zu der Verschiebungsrichtung des Kolbens) des elektromagnetischen Schalters bezeichnet.
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Wenn ein Strom durch die Spule 110 geleitet wird, wodurch der stationäre Eisenkern 120 magnetisiert wird, wird der Kolben 130 in Richtung des stationären Eisenkerns 120 angezogen und verschiebt so den Stab 190 axial nach links, wobei die Rückstellfeder 210 zusammengedrückt wird. Dadurch wird es einer Kontaktdruckfeder 200 ermöglicht den beweglichen Kontakt 180 in einen elektrischen Kontakt mit jeder der stationären Kontakte 170 und 171 derart zu drängen, dass die Schaltkontakte geschlossen werden.
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Über einen Benutzungszeitraum, in dem eine große Anzahl von An-/Ausschaltvorgängen ausgeführt wurde, können einer oder beide der stationären Kontakte 170 und 171 vollständig abgenutzt werden. Hier bezeichnet der Begriff „vollständig abgenutzt”, so wie dieser hierin auf einen stationären Kontakt angewandt wird, dass ein Teil des stationären Kontakts in einer Axialrichtung um einen Betrag, der dessen (originaler) Dicke entspricht, abgenutzt wurde. In der Praxis werden die stationären Kontakte 170 und 171 nicht bei gleichen Raten abgenutzt, wobei die Abnutzungsrate des positiven Anschlusses größer ist als die, des negativen Anschlusses. Dies ist in 11 dargestellt, bei der der erste stationäre Kontakt 170, der an dem B-Anschlussbolzen 150 angebracht ist, vollständig abgenutzt wurde, während der zweite stationäre Kontakt 171 nur teilweise abgenutzt verbleibt. Aus gleichen Gründen (wie ebenso dargestellt) wird sich eine Fläche der Vorderseite des beweglichen Kontakts 180, welche in direkten Kontakt mit dem zweiten stationären Kontakt 171 kommt, bei einer größeren Rate abnutzen, als der Bereich der Vorderseite bzw. der Oberflächenbereich, welcher den ersten stationären Kontakt 170 kontaktiert.
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Wenn die Schaltkontakte geschlossen sind, wobei sich ein Teil des ersten stationären Kontakts 170 in einem vollständig abgenutzten Zustand, wie zum Beispiel in 11 gezeigt, befindet, kann ein äußerer Seitenabschnitt des beweglichen Kontakts 180 (beispielsweise ein oberer Seitenabschnitt, wie in 11 gezeigt) über die Dicke des ersten stationären Kontakts 170 hinaus durchdringen und auf diese Weise kann dieser geneigt bzw. verkantet werden. Bei diesem Zustand, wenn ein Stromfluss durch die Spule 110 dann unterbrochen ist, kann ein äußerer Seitenabschnitt des beweglichen Kontakts 180 am abgenutzten Abschnitt des ersten stationären Kontakts 170 hängenbleiben. Wenn dies auftritt, können im schlimmsten Fall die Zurückführungskräfte, die durch die Rückstellfeder 210 angewandt werden, nicht ausreichend sein, um den beweglichen Kontakt 180 auf die „Kontakte offen”-Position zurückzubewegen. Also wird der elektromagnetische Schalter in dem „Kontakte geschlossen”-Zustand gehalten, wobei dem Startermotor kontinuierlich Strom zugeführt wird.
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Eine weitere Gefahr ist wie folgt. Wenn der Stromfluss durch die Spule 110 angehalten bzw. gestoppt ist, kann der bewegliche Kontakt 180 an einem oder beiden der Kontakte 170, 171 aufgrund Kontaktschweißens haften und dann muss durch die Rückstellfeder 210 zum Überwinden einer solchen Anhaftung eine ausreichende Kraft angewandt werden. Allerdings werden sich die Größen, Positionen und Formen der Kontaktflächen zwischen diesen Kontakten und dem beweglichen Kontakt 180 bei dem Stadium, wenn der erste stationäre Kontakt 170 und/oder der zweite stationäre Kontakt 171 vollständig abgenutzt wurde, wesentlich gegenüber deren ursprünglichen Zuständen geändert haben. Im Ergebnis dieser Änderungen kann der Betrag von Kraft, der erforderlich ist, den beweglichen Kontakt 180 von den stationären Kontakten 170 und 171 zu trennen, die Zurückführungskraft, die durch die Feder 210 angewandt wird, derart überschreiten, so dass der bewegliche Kontakt 180 in der „Kontakte geschlossen”-Position gehalten verbleibt.
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KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
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Daher ist es gewünscht das vorstehende Problem durch das Vorsehen eines elektromagnetischen Schalters zu bewältigen, der einen Zustand vermeiden kann, bei dem aufgrund der Abnutzung der stationären Kontakte des elektromagnetischen Schalters ein beweglicher Kontakt des elektromagnetischen Schalters nicht zuverlässig auf eine Position zum Unterbrechen des Stromflusses über die stationären Kontakte und den beweglichen Kontakt zurückbewegt werden kann.
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Bei einem ersten Aspekt sieht die Offenbarung einen elektromagnetischen Schalter vor, der Schaltkontakte, die in einem elektrischen Schaltkreis verbunden sind, zum Ermöglichen/Unterbrechen einer Stromversorgung zu einer elektrischen Last, entsprechend, ob sich die Schaltkontakte in einem offenen/geschlossenen Zustand befinden, und ein Solenoid zum Betätigen der Schaltkontakte aufweist. Das Solenoid weist eine Spule und einen Kolben, der aus einem magnetischen Material ausgebildet ist, auf, wobei der Kolben die Schaltkontakte derart auslöst, dass diese entsprechend, ob ein Strom durch die Spule geleitet wird, geschlossen oder geöffnet sind. Die Schaltkontakte bestehen aus einem Paar von stationären Kontakten, die derart angepasst sind, dass diese jeweils mit einer hohen Potentialseite (positives Potential) und einer niedrigen Potentialseite (negatives Potential) des elektrischen Schaltkreises verbunden sind, und einem beweglichen Kontakt, der durch den Kolben zum Verbinden/Trennen der stationären Kontakte voneinander betätigt wird.
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Der elektromagnetische Schalter weist ferner einen oder mehrere Kontaktverschiebungsbeschränkungselemente auf, die aus einem elektrisch isolierenden Material ausgebildet sind und mit Endoberflächen in Axialrichtung platziert sind, die gegenüber den dem Kontakt gegenüberliegenden Seitenoberflächen der stationären Kontakte angeordnet sind. Hier bezeichnet „eine dem Kontakt gegenüberliegende Oberfläche” eine Oberfläche, welche auf der der Oberfläche gegenüberliegenden Seite des stationären Kontakts liegt, die durch den beweglichen Kontakt kontaktiert wird, wenn die Schaltkontakte geschlossen sind. Die Kontaktverschiebungsbeschränkungselemente dienen der Beschränkung des Ausmaßes der axialen Verschiebung des beweglichen Kontakts, wenn einer oder beide der stationären Kontakte vollständig abgenutzt wurden, d. h., wenn der bewegliche Kontakt einem oder mehreren der Kontaktverschiebungsbeschränkungselemente ausgesetzt wurde.
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Genauer gesagt dienen die Kontaktverschiebungsbeschränkungselemente dem Beschränken des Ausmaßes in dem der bewegliche Kontakt zwischen den stationären Kontakten bewegt werden kann (über die dem Kontakt gegenüberliegenden Oberflächen der stationären Kontakte hinaus), wenn die Schaltkontakte geschlossen sind, wenn eine oder beide der stationären Kontakte einen Betrag, so groß wie dessen originale (ursprüngliche) Dicke, abgenutzt wurden (aufgrund wiederholter An-/Aus-Schaltvorgänge). Dabei kann sichergestellt werden, dass die stationären Kontakte nicht an den stationären Kontakten hängenbleiben und so kann vermieden wird, dass der elektromagnetische Schalter in den offenen Zustand zurückbewegt wird. Die Gefahr eines Schalterausfalls, welcher dazu führt, dass der elektrischen Last kontinuierlich Strom zugeführt wird, kann dadurch vermieden werden.
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Bei einem zweiten Aspekt ist ein elektromagnetischer Schalter vorzugsweise derart konfiguriert, dass die jeweiligen Endoberflächen der Kontaktverschiebungsbeschränkungselemente (in Bezug auf die Axialrichtung) in Kontakt mit den dem Kontakt gegenüberliegenden Seitenoberflächen der stationären Kontakte stehen. Dies dient dem zuverlässigen Sicherstellen, dass der bewegliche Kontakt sich nicht um ein größeres Ausmaß als die Originaldicke der stationären Kontakte axial (zwischen den stationären Kontakten) bewegen kann, sogar falls eine oder beide der stationären Kontakte vollständig abgenutzt wurden.
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Bei einem dritten Aspekt können die dem Kontakt gegenüberliegenden Seitenoberflächen der stationären Kontakte mit Aussparungen (konkaven Bereichen) ausgebildet sein, welche derart konfiguriert sind, dass diese die jeweiligen Endoberflächen in Axialrichtung der Kontaktverschiebungsbeschränkungselemente aufnehmen. Dies ermöglicht es den Kontaktverschiebungsbeschränkungselementen die weitere Verschiebung des beweglichen Kontakts zu beschränken, sogar bevor einer oder beide der stationären Kontakte vollständig abgenutzt wurden. Auf diese Weise können die Kontaktverschiebungsbeschränkungselemente das Ausmaß der axialen Verschiebung des beweglichen Kontakts derart einschränken, dass keiner der stationären Kontakte vollständig abgenutzt werden kann, d. h. eines oder mehrere der Kontaktverschiebungsbeschränkungselemente werden dem beweglichen Kontakt ausgesetzt sein, bevor ein solcher vollständig abgenutzter Zustand erreicht werden kann. Die Gefahr, dass der bewegliche Kontakt an den stationären Kontakten aufgrund von Kontaktschweißen bis zu einem solchen Maß, dass der bewegliche Kontakt nicht auf die „Kontakte offen”-Position zurückbewegt werden kann, angebracht bzw. angefügt wird, kann dadurch zuverlässig vermieden werden.
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Bei einem vierten Aspekt können die Kontaktverschiebungsbeschränkungselemente integral mit dem Spulenkörper ausgebildet sein, wobei der bewegliche Kontakt auf der dem Kolben axial gegenüberliegenden Seite der stationären Kontakte platziert ist, und wobei die Spule des Solenoids um einen Spulenkörper gewickelt ist, welcher aus einem Polymerharz ausgebildet ist.
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Dies dient der Reduzierung der Anzahl der Komponenten, die für den elektromagnetischen Schalter erforderlich sind, und ermöglicht es ebenso, die Arbeit zum Zusammenbau des elektromagnetischen Schalters zu vereinfachen.
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Bei einem fünften Aspekt kann die Erfindung vorteilhaft auf einen elektromagnetischen Schalter, bei dem das Solenoid eine ringförmige magnetische Platte enthält, welche einen Teil eines magnetischen Kreises ausbildet und sich radial im rechten Winkel zu der Mittenachse des Kolbens erstreckt, und welche außerhalb der umlaufenden Peripherie des Kolbens angeordnet ist, angewandt werden, wenn die Kontaktverschiebungsbeschränkungselemente integral mit dem Spulenkörper ausgebildet sind. Bei diesem Fall kann der Spulenkörper mit ersten, zweiten und dritten Flanschabschnitten ausgebildet sein, welche sukzessiv axial getrennt angeordnet sind, wobei sich jeder in Bezug auf die Mittenachse des Kolbens radial erstreckt, wobei die Spule zwischen dem ersten und zweiten Flanschabschnitt gelagert ist, der zweite Flanschabschnitt benachbart zu dem Kolben platziert ist, und die ringförmige magnetische Platte zwischen dem zweiten und dritten Flanschabschnitt eingeschlossen ist. Bei dieser Konfiguration sind die Kontaktverschiebungsbeschränkungselemente vorzugsweise derart ausgebildet, dass diese von einer Oberfläche des dritten Flanschabschnitts, die auf einer der magnetischen Platte gegenüberliegenden Seite des dritten Flanschabschnitts liegt, axial in Richtung der stationären Kontakte hervorstehen.
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Bei einem sechsten Aspekt kann die Spule um einen Spulenkörper, der aus einem Polymerharzmaterial ausgebildet ist, gewickelt sein, wobei aber die Kontaktverschiebungsbeschränkungselemente getrennt von dem Spulenkörper aus einem Material ausgebildet sind, das einen höheren Widerstand gegenüber Wärmeeffekten als das Polymerharzmaterial des Spulenkörpers aufweist. Beispielsweise können die Kontaktverschiebungsbeschränkungselemente aus einem thermoplastischen Polymerharz mit einem außergewöhnlich hohen Widerstand gegenüber Wärmeeffekten oder aus einem wärmehärtenden Polymerharz ausgebildet sein.
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Bei einem siebten Aspekt, wenn die Kontaktverschiebungsbeschränkungselemente getrennt von dem Spulenkörper ausgebildet sind, während der Spulenkörper mit den ersten, zweiten und dritten Flanschabschnitten ausgebildet ist, wie bei dem fünften Aspekt der Erfindung vorstehend beschrieben, ist der dritte Flanschabschnitt vorzugsweise mit einer ringförmigen Nabe ausgebildet, welche axial in Richtung der stationären Kontakte hervorsteht und sich um die umlaufende Peripherie des Kolbens erstreckt, wobei diese von dieser Peripherie getrennt angeordnet ist. Bei dieser Konfiguration sind die Kontaktverschiebungsbeschränkungselemente vorzugsweise durch das integrale Ausbilden mit dem Ringelement fixiert bzw. fest an einem Ringelement (ringförmigen Element) angebracht. Das Ringelement ist derart konfiguriert, dass dieses durch In-Eingriffnahme mit der ringförmigen Nabe des dritten Flanschabschnitts an dem Spulenkörper angebracht wird, wobei dadurch die Kontaktverschiebungsbeschränkungselemente an dem Spulenkörper angebracht werden.
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Bei einer solchen Anordnung sind die Kontaktverschiebungsbeschränkungselemente fest durch das Ringelement gekoppelt und deren relative Umfangspositionen sind dadurch fest definiert und die Kontaktverschiebungsbeschränkungselemente können angebracht werden, ohne dass eine Anzahl von zusätzlichen Komponenten, wie zum Beispiel Schrauben, etc. erforderlich sind. Daher wird die erforderliche Anzahl von Komponenten minimiert und die Arbeit des Zusammenbauens des elektromagnetischen Schalters wird vereinfacht.
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Bei einem achten Aspekt können alle Kontaktverschiebungsbeschränkungselemente benachbart zu und direkt gegenüberliegend der dem Kontakt gegenüberliegenden Oberfläche des Spezifischen des Paars der stationären Kontakte aus dem nachstehenden Grund platziert sein. Wenn der bewegliche Kontakte wiederholt betätigt wird, um ein Paar von stationären Kontakten miteinander zu verbinden und zu trennen, um dadurch einen Stromfluss über die Kontakte zu schaffen/zu unterbrechen, kann erwartet werden, dass einer der stationären Kontakte (insbesondere der stationäre Kontakt, der mit der positiven Spannungsseite eines externen Schaltkreises verbunden ist) schneller als der andere stationäre Kontakt vollständig abgenutzt werden wird.
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Daher können ähnliche Effekte, wie wenn die Kontaktverschiebungsbeschränkungselemente gegenüberliegend den dem Kontakt gegenüberliegenden Oberflächen beider stationären Kontakte angeordnet sind, erwartet werden, sogar falls die Kontaktverschiebungsbeschränkungselemente nur für den stationären Kontakt, der am schnellsten abgenutzt wird, vorgesehen sind.
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Die Erfindung kann vorteilhaft auf einen elektromagnetischen Schalter zum Zuführen eines Stroms zu einem Startermotor einer Fahrzeugmaschine angewandt werden. Allerdings wird man verstehen, dass die Erfindung gleichermaßen auf verschiedene andere Anwendungen, in denen ein elektromagnetischer Schalter einen Strom zu einer elektrischen Last mit einer hohen Zuverlässigkeit wiederholt unterbrechen/zuführen muss, anwendbar sein würde.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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Es zeigt:
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1 eine Querschnittsansicht einer ersten Ausführungsform eines elektromagnetischen Schalters;
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2 eine Draufsicht eines Inneren der ersten Ausführungsform, vorgenommen aus einem rechten Winkel zu der Mittenachse eines Solenoids des Schalters, wobei eine Kunststoffabdeckung entfernt wurde;
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3 eine Querschnittsansicht der ersten Ausführungsform, wobei diese einen Zustand zeigt, bei dem einer eines ein Paars von stationären Kontakten vollständig abgenutzt wurde;
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4 ein Schaltkreisdiagramm eines Maschinenstartersystems für eine Fahrzeugmaschine;
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5 eine Querschnittsansicht einer zweiten Ausführungsform eines elektromagnetischen Schalters;
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6 eine Draufsicht des Inneren der zweiten Ausführungsform, vorgenommen aus einem rechten Winkel zur Mittenachse eines Solenoids des Schalters, wobei eine Kunststoffabdeckung entfernt wurde;
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7 eine Querschnittsansicht einer dritten Ausführungsform eines elektromagnetischen Schalters;
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8 eine Draufsicht des Inneren der dritten Ausführungsform, vorgenommen aus einem rechten Winkel zur Mittenachse eines Solenoids des Schalters, wobei eine Kunststoffabdeckung entfernt wurde;
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9 eine axiale Draufsicht, die Anschlussbolzen und Anschlüsse zum Verbinden einer Spule eines Solenoids in dem Inneren einer Kunststoffabdeckung zeigt;
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10 eine Querschnittsansicht eines Beispiels des Stands der Technik eines elektromagnetischen Schalters; und
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11 eine Querschnittsansicht entsprechend 10, wobei diese einen Zustand darstellt, bei dem ein stationärer Kontakt vollständig abgenutzt wurde.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Eine Ausführungsform eines elektromagnetischen Schalters wird erläutert werden, welche in eine Startervorrichtung der Antriebsmaschine (interne Verbrennungsmaschine) eines Kraftfahrzeugs inkorporiert ist. Die Ausführungsform, bezeichnet durch das Bezugszeichen 2, wird zunächst Bezug nehmend auf das Schaltkreisdiagramm einer Maschinenstartervorrichtung 1, die in 4 gezeigt ist, beschrieben werden.
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Wie gezeigt, enthält die Startervorrichtung 1 einen Startermotor (im Folgenden einfach als der Motor bezeichnet) 3 zum Erzeugen eines Drehmoments, welches auf einen Ausgangsschaft 4 übertragen wird. Ein Ritzel 6 ist integral mit einer Kupplung 5 auf dem Umfang des Ausgangsschafts 4 befestigt. Ein Ritzel-Antriebssolenoid 8 kann derart betrieben werden, dass dieses einen Schalthebel 7 zum Bewegen des Ritzels 6 und der Kupplung 5 in einer Axialrichtung vom Motor weg betätigt. Der elektromagnetische Schalter 2 leitet/unterbricht selektiv einen Stromfluss zu dem Startermotor 3 von einer Batterie 9. Der Startermotor 3 enthält einen Feldmagneten 10 (beispielsweise einen Permanentmagneten), einen Anker 12 mit einem Kommutator 11, und Bürsten 13, die an der Peripherie des Kommutators 11 positioniert sind. Der Startermotor 3 bildet die elektrische Last dieser Ausführungsform.
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Wie in der Querschnittsansicht von 1 gezeigt, enthält der elektromagnetische Schalter 2 eine Spule 14 und einen stationären Eisenkern 19 eines Solenoids SL. Eine elektromagnetische Anziehung, die durch das Solenoid SL produziert wird, wenn ein Strom durch die Spule 14 geleitet wird, wirkt auf einen Kolben 15, der aus einem magnetischen Material ausgebildet ist, wobei der Kolben 15 axial in Richtung des stationären Eisenkerns 19 verschoben wird. Der elektromagnetische Schalter 2 enthält ferner Schaltkontakte 30a, 30b und 31, die in dem Startermotor-Versorgungsschaltkreis verbunden sind, wie in 4 gezeigt und nachstehend beschrieben. Die Schaltkontakte sind innerhalb einer Kunststoffabdeckung 16 eingeschlossen, wobei „Kunststoff” hier ein Polymerharz bezeichnet.
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Das Solenoid SL enthält ein Solenoidgehäuse 17, welches beispielsweise durch Druckguss ausgebildet ist, welches die Spule 14 einschließt und eine zylindrische Form aufweist, wobei diese an einem Ende geschlossen ist. Das Solenoid SL enthält ferner eine Magnetplatte 18, die einen Teil eines magnetischen Kreises ausbildet, welche eine ringförmige Form aufweist und sich radial in Bezug auf eine Mittenachse des Kolbens 15 erstreckt. Der stationäre Eisenkern 19 ist innerhalb des inneren Umfangs der Spule 14 eingeschlossen. Der Kolben 15 ist axial zu/aus der Nähe des stationären Eisenkerns beweglich (d. h., bewegt sich nach links und nach rechts, wie in 1 gezeigt).
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Das Solenoidgehäuse 17 dieser Ausführungsform ist aus einem Polymerharz ausgebildet. Wie in 1 gezeigt weist ein axial innerer Abschnitt des Solenoidgehäuses 17 (der sich von dem Basisende erstreckt) einen kleineren inneren Durchmesser auf, als ein axial äußerer Abschnitt (der sich zu dem offenen Ende des Solenoidgehäuses 17 erstreckt). Also ist ein umlaufender Stufenabschnitt 17a in der inneren Peripherie des Solenoidgehäuses 17 ausgebildet, wie gezeigt.
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Die Spule 14 ist auf einen Spulenkörper 20, der aus einem Polymerharz ausgebildet ist, gewickelt, wobei dieser mit drei Flanschabschnitten 20a, 20b und 20c geformt ist, und mit dem Flanschabschnitt 20b als ein axial verlängerter Teil des Spulenkörpers 20 ausgebildet ist (d. h., ein Teil des Spulenkörpers 20, welcher dem Kolben 19 am nächsten ist). Die Spule 14 ist zwischen den Flanschabschnitten 20a und 20c gelagert, wie in 1 gezeigt. Die Magnetplatte 18 wird zwischen den Flanschabschnitten 20a und 20b gehalten, wobei diese darin durch Einfügeformen bzw. Insertion Molding festgelegt wurde, und diese teilweise durch den Flanschabschnitt 20b, wie in 2 gezeigt, auf einer Seite abgedeckt wird. Die Axialposition der Magnetplatte 18 ist derart bestimmt, dass die Magnetplatte 18 an den umlaufenden Stufenabschnitt 17a des Solenoidgehäuses 17 anstößt, wobei dadurch diese Axialposition in Bezug auf die innere Endoberfläche des Solenoidgehäuses 17 fixiert wird.
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Die Form des Flanschabschnitts 20b ist in der Draufsicht von 2 dargestellt, welche aus einem rechten Winkel zu der Mittenachse des Spulenkörpers 20 und des Kolbens 15 vorgenommen wurde, wobei die Kunststoffabdeckung 16 und dessen angebrachte Komponenten entfernt sind. Wie in 2 gezeigt, sind Spulenanschlüsse 14a und 14b der Spule 14 jeweils mit den positiven und negativen Anschlüssen 21 und 22 verbunden (die Anschlüsse 21, 22 sind ebenso in dem Schaltkreisdiagramm von 4 gezeigt).
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Der positive Anschluss 21 und der negative Anschluss 22 werden beispielsweise durch Einfügeformen bzw. Insertion Molding in dem Flanschabschnitt 20a festgehalten und erstrecken sich axial zu dem Äußeren der Kunststoffabdeckung 16. Die Positionsbeziehungen zwischen den Anschlussbolzen 26, 27 und dem positiven Anschluss 21 und dem negativen Anschluss 22, die in der Kunststoffabdeckung 16 befestigt sind, sind in der axialen Draufsicht von 9 dargestellt.
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Wie in 4 gezeigt, steuert eine ISS (Leerlauf-Stopp-System) ECU (elektronische Steuereinheit) 24, die ein Leerlauf-Stopp-System des Fahrzeugs steuert, ebenso ein Relais 23 zum selektiven Verbinden/Trennen des positiven Anschlusses 21 an/von dem positiven Anschluss der Batterie 9. Der negative Anschluss 22 ist mit dem Massenpotential des Schaltkreises verbunden, d. h. ist elektrisch mit dem negativen Anschluss der Batterie 9 verbunden.
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Wie in den 1 und 2 gezeigt, ist ein Set von vier Kontaktverschiebungsbeschränkungselementen 34 integral mit dem Flanschabschnitt 20a des Spulenkörpers 20 ausgebildet.
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Der stationäre Eisenkern 19 ist aus einem magnetischen Material, wie zum Beispiel Eisen, ausgebildet, um magnetisiert zu werden, wenn ein Strom durch die Spule 14 geleitet wird. Das Ende des stationären Eisenkerns 19, das dem Kolben 15 axial gegenüberliegt, ist fest an der inneren Oberfläche des Basisendes des Solenoidgehäuses 17 angebracht.
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Eine Rückstellfeder 25 ist zwischen dem stationären Eisenkern 19 und dem Kolben 15 installiert. Der Kolben 15 ist aus einem magnetischen Materialtyp, wie zum Beispiel Eisen, ähnlich dem stationären Eisenkern 19 ausgebildet und wird durch die Rückstellfeder 25 in eine Axialrichtung von dem stationären Eisenkern 19 (d. h. nach rechts, wie in 1 gezeigt) weggedrückt.
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Die Kunststoffabdeckung 16 weist einen Basisabschnitt 16a (an dem Ende auf der rechten Seite, wie in 1 gezeigt), in dem die Anschlussbolzen 26 und 27 fest angebracht sind, und einen Zylinderabschnitt 16b auf, der sich von dem Basisabschnitt 16a axial (d. h. nach links, wie in 1 gezeigt) erstreckt. Der Zylinderabschnitt 16b der Abdeckung 16 ist in den inneren Umfang des vorher erwähnten äußeren Endabschnitts (Abschnitt auf der rechten Seite, wie in 1 gezeigt) des Solenoidgehäuses 17 eingefügt (d. h., es steht in engen Eingriff innerhalb), wobei dieser derart positioniert ist, dass dieser an der Oberfläche der Magnetplatte 18 anstößt, welche auf der dem Flanschabschnitt 20a gegenüberliegenden Seite der Magnetplatte 18 liegt. Obwohl in der Zeichnung weggelassen, ist der äußere Umfang des Zylinderabschnitts 16b vorzugsweise mit einer stufenförmigen Oberfläche ausgebildet, welche zum Eingreifen in einen Teil des äußeren Umfangs des Solenoidgehäuses 17 derart konfiguriert ist, dass die Kunststoffabdeckung 16 an dem Solenoidgehäuse 17 sicher angebracht ist. Ein Gummi-O-Ring 28 ist zwischen dem Zylinderabschnitt 16b der Kunststoffabdeckung 16, dem Solenoidgehäuse 17 und der Magnetplatte 18 als eine Dichtung zum Vermeiden des Eindringens von Feuchtigkeit, etc. von außen angeordnet.
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Der B-Anschlussbolzen 26 ist mit dem Batteriekabel verbunden und daher mit dem positiven Anschluss der Fahrzeugbatterie 9, während der M-Anschlussbolzen 27 an einer Motorleitung des Startermotors 3 angebracht ist. Der B-Anschlussbolzen 26 und der M-Anschlussbolzen 27 treten durch jeweilige Durchgangslöcher hindurch, die sich axial in dem Basisabschnitt 16a der Kunststoffabdeckung 16 erstrecken, und sind an der Kunststoffabdeckung 16 über entsprechende Scheiben 29 angebracht.
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Die Motorleitung (Stromversorgungsleitung) ist mit der Positiv-seitigen der Bürsten 13 verbunden, wie in 4 gezeigt.
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Die stationären Kontakte 30 und der bewegliche Kontakt 31 sind innerhalb eines Kontaktraums eingeschlossen, der in dem Inneren der Kunststoffabdeckung 16 ausgebildet ist.
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Die stationären Kontakte 30 sind jeweils integral mit dem B-Anschlussbolzen 26 und dem M-Anschlussbolzen 27 ausgebildet. Allerdings wäre es gleichermaßen möglich, die Anschlussbolzen 26 und 27 von den stationären Kontakten 30 getrennt auszubilden, und die stationäre Kontakte 30 fest an den Anschlussbolzen 26 und 27 durch Presspassung oder Schweißen, etc., anzubringen. Bei diesem Fall können die stationären Kontakte 30 aus einem zu den Anschlussbolzen 26 und 27 unterschiedlichen Materialtyp ausgebildet sein. Beispielsweise können die stationären Kontakte 30 aus einem Metall, wie zum Beispiel Kupfer mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeit, ausgebildet sein, während der M-Anschlussbolzen 27 aus einem Material mit einer hohen mechanischen Festigkeit, wie zum Beispiel Stahl, ausgebildet sein kann.
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Als eine weitere Alternative könnten die stationären Kontakte 30 durch Kupferbeschichtung der jeweiligen Endoberflächen der Anschlussbolzen 26 und 27 ausgebildet werden, falls diese aus Stahl ausgebildet sind, wobei dadurch eine hohe elektrische Leitfähigkeit und eine hohe mechanische Festigkeit vorgesehen ist.
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Der Stab 32 ist an einem Ende des Kolbens 15 angebracht, während das axial gegenüberliegende Ende (das Ende auf der rechten Seite, wie in 1 gezeigt) gegen eine Oberfläche des beweglichen Kontakts 31 gehalten wird. Wenn sich die Schaltkontakte in dem offenen Zustand befinden, wird der bewegliche Kontakt 31 durch eine drängende bzw. treibende Kraft gegen den Stab 32 gedrückt gehalten, die durch die Kontaktdruckfeder 33 angewandt wird. Der Stab 32 ist aus einem elektrisch isolierenden Material, wie zum Beispiel Polymerharz, ausgebildet und weist eine verlängerte zylindrische Form auf. Der Stab ist innerhalb einer Kavität, die in einer Endfläche des Kolbens 15 ausgebildet ist, an dem den stationären Eisenkern 19 gegenüberliegenden Ende des Kolbens 15 angebracht (beispielsweise durch Presspassung).
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Die Kontaktdruckfeder 33 ist derart gestaltet, dass diese einen niedrigeren Grad einer Initialfederkraft anwendet, als die Rückstellfeder 25, wobei „Initialfederkraft” einen Betrag einer Reaktionskraft bezeichnet, die eine Feder entwickelt, wenn man anfängt diese zu drücken. Daher wird der bewegliche Kontakt 31 von den stationären Kontakten 30 getrennt gehalten, wenn kein Strom durch die Spule 14 geleitet wird (der in 1 gezeigte Zustand), wobei diese aufgrund der drängenden Kraft, die auf den stationären Eisenkern 19 durch die Rückstellfeder 25 angewandt wird, an eine innere Oberfläche der Kunststoffabdeckung 16 anstößt.
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Die Kontaktverschiebungsbeschränkungselemente 34 werden nachstehend beschrieben werden. Bei dem elektromagnetischen Schalter 2 dieser Ausführungsform vermeiden die Kontaktverschiebungsbeschränkungselemente 34, dass sich der bewegliche Kontakt 31 axial (über die Ebene der nicht abgenutzten Kontaktoberflächen der fixierten Kontakte 30 hinaus) um einen größeren Betrag als die Dicke in Axialrichtung der stationären Kontakte 30 bewegt, wenn einer oder beide der stationären Kontakte 30 vollständig abgenutzt wird (wie vorstehend definiert) und Strom durch die Spule 14 geleitet wird. Bei dieser Ausführungsform sind die Kontaktverschiebungsbeschränkungselemente 34 integral mit dem Spulenkörper 20 aus Polymerharz, d. h. aus einem elektrisch isolierenden Material, ausgebildet. Jedes der Kontaktverschiebungsbeschränkungselemente 34 ist als ein kurzer Stab ausgebildet, der von dem Flanschabschnitt 20a des Spulenkörpers 20 sich in der Axialrichtung erstreckt. Eine Endoberfläche in Axialrichtung von jedem der Kontaktverschiebungsbeschränkungselemente 34 ist direkt gegenüberliegend und nahe benachbart (oder anstoßend) zu der dem Kontakt gegenüberliegenden Oberfläche eines stationären Kontakts 30 platziert. Der Begriff „dem Kontakt gegenüberliegende Oberfläche” wird hierin verwendet, um die Oberfläche eines stationären Kontakts 30 zu bezeichnen, welche auf der gegenüberliegenden Seite dieses Kontakts von der Oberfläche, welche durch den beweglichen Kontakt 31 kontaktiert wird, liegt.
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Bei dieser Ausführungsform kann ein schmaler Spalt zwischen der Endoberfläche in Axialrichtung von jedem der Kontaktverschiebungsbeschränkungselemente 34 und der entsprechenden dem Kontakt gegenüberliegenden Oberfläche eines stationären Kontakts 30 existieren. Die Größe des Spalts wird in Abhängigkeit zu Positionierungsfehlern der Teile, Herstellungsschwankungen der Dimensionierung der Teile, etc. variieren. Allerdings darf die maximale zulässige Größe des Spalts nicht die Dicke des stationären Kontakts 30 überschreiten.
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Der Betrieb während des Startens der Maschine wird nachstehend beschrieben.
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Der Betrieb des elektromagnetischen Schalters 2 und des Ritzelantriebs-Solenoids 8 werden durch die ISS (Leerlauf-Stopp-System) ECU (elektronische Steuereinheit) 24 gesteuert, die in 4 gezeigt ist. Die ISS ECU 24 empfangt Signale, die den Maschinenbetriebszustand steuern und durch eine Maschinen-ECU (nicht in der Zeichnung gezeigt) erzeugt werden, wie zum Beispiel ein Maschinendrehsignal, etc. Die ISS ECU 24 empfängt auch ein Getriebeverschiebungsbereichs-Positionssignal bzw. ein Getriebestellungssignal, Bremsschalter-An/Aus-Signal, etc. Basierend auf diesen empfangenen Signalen entscheidet die ISS ECU 24, ob die Voraussetzungen für das Anhalten der Maschine erfüllt sind, und, falls die Voraussetzungen erfüllt sind, überträgt ein Maschinenhaltanfragesignal zu der Maschinen-ECU.
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Nachdem die Maschine angehalten wurde, entscheidet die ISS ECU 24, ob der Fahrzeugfahrer einen Vorgang durchführt, der vorbestimmt ist, eine Intention anzugeben, um das Fahrzeug in Bewegung zu setzen, beispielsweise, das Lösen des Bremspedals oder das Verschiebens des Getriebes auf den Fahrbereich bzw. das Einlegen eines Ganges auf „Fahren”. Wenn ein solcher Vorgang erfasst wird, so dass entschieden wird, dass eine Maschinenneustartanfrage durch den Fahrer getätigt wurde, überträgt die ISS ECU 24 ein Maschinenneustartkommando an die Maschinen-ECU und gibt ebenso Anschaltsignale zum Betätigen des elektromagnetischen Schalters 2 und zu dem Ritzelantriebs-Solenoid 8 aus.
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Ein Beispiel des Anhaltens/Neustartens der Maschine durch den Betrieb des Leerlauf-Stopp-Systems wird nachstehend beschrieben werden. Es wird der Fall beschrieben werden, bei dem eine Maschinenneustartanfrage durch die ISS ECU 24 empfangen wird (d. h., eine spezifische Aktion durch den Fahrer wird erfasst, wie vorstehend beschrieben), nachdem das Leerlauf-Stopp-System einen Maschinenhaltvorgang durchgeführt hat, aber bevor die Maschine vollständig aufgehört hat sich zu drehen. Zuerst erzeugt die ISS ECU 24 ein Anschaltsignal für das Ritzel-Antriebssolenoid 8, d. h. gibt einen Antriebsstrom zum Betätigen des Relais 35, das in 4 gezeigt ist, aus, um damit das Ritzel-Antriebssolenoid 8 zu betätigen. Das Ritzel 6 wird dadurch durch den Schalthebel 7 axial von dem Startermotor 3 nach außen gedrückt. Zu diesem Zeitpunkt dreht sich der Maschinenzahnkranz 36 immer noch, wobei sich dessen Umdrehungsgeschwindigkeit verringert. Das Ritzel 6 greift auf diese Weise mit dem Zahnkranz 36 ein, wenn sich der Zahnkranz 36 auf eine Position gedreht hat, bei der dieses möglich wird.
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Nach einem vorbestimmten Intervall (z. B. 30 bis 40 ms), das der Erzeugung des Anschaltsignals für das Ritzel-Antriebssolenoid 8 folgt, gibt die ISS ECU 24 ein Anschaltsignal für den elektromagnetischen Schalter 2 aus, d. h. betätigt das Relais 23. Der Spule 14 wird auf diese Weise ein Strom von der Batterie 9 über den positiven Anschluss 21 zugeführt. Der stationäre Eisenkern 19 wird dadurch durch den Stromfluss durch die Spule 14 magnetisiert, wobei dieser auf diese Weise den Kolben 15 anzieht und so die Rückstellfeder 19 zusammendrückt. Bei diesem Zustand wird der bewegliche Kontakt 31 durch die drängende Kraft der Kontaktdruckfeder 33 in Kontakt mit jedem der stationären Kontakte 30 derart bewegt, so dass die Schaltkontakte geschlossen werden. Dadurch fließt von der Batterie 9 zu dem Startermotor 3 Strom, was dazu führt, dass ein Drehmoment durch die Ankerwicklung 12 erzeugt wird, welches auf den Ausgangsschaft 4, und daher über die Kupplung 5 auf das Ritzel 6, übertragen wird. Nachdem bei diesem Zeitpunkt das Ritzel 6 mit dem Zahnkranz 36 in Eingriff steht, wird ein Drehmoment auf den Zahnkranz 36 derart angewandt, so dass das Ankurbeln der Maschine begonnen wird.
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Wirkung der ersten Ausführungsform
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Bei dem vorstehend beschriebenen elektromagnetischen Schalter 2, der in Verbindung mit einem Leerlauf-Stopp-System eines Fahrzeugs verwendet wird, gibt es im Vergleich mit dem Fall, bei dem ein Leerlauf-Stopp-System nicht verwendet wird, eine erhöhte Rate von Öffnungs-/Schließvorgängen der Schaltkontakte. Also gibt es dort eine entsprechende Erhöhung der Abnutzungsrate der Schaltkontakte und so besteht eine Gefahr, dass einer oder beide der stationären Kontakte 30 vollständig abgenutzt werden könnten (wie vorstehend definiert).
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Allerdings sind bei der ersten Ausführungsform die Endoberflächen in Axialrichtung der Kontaktverschiebungsbeschränkungselemente 34 gegen die oder im Wesentlichen nahe an den dem Kontakt gegenüberliegenden Oberflächen der stationären Kontakte 30 angeordnet. Daher, wie in dem Beispiel von 3 gezeigt, wird durch die Kontaktverschiebungsbeschränkungselemente 34 vermieden, dass sich der bewegliche Kontakt 31 ein signifikantes Ausmaß über die stationären Kontakte 30 hinaus bewegt, wenn ein Strom durch die Spule 14 geleitet wird, sogar falls der erste stationäre Kontakt 30a vollständig abgenutzt wurde. Alternativ erklärt, kann der bewegliche Kontakt 31 unabhängig von dem Abnutzungszustand der Schaltkontakte nicht axial (in der Kontakt-Schließenden Richtung) von der Ebene der (nicht abgenutzten) Kontaktfläche eines stationären Kontakts 30 um im Wesentlichen mehr als die ursprüngliche Dicke eines stationären Kontakts 30 verschoben werden.
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Bei dem Beispiel von 3 ist der erste stationäre Kontakt 30a ein größeres Ausmaß abgenutzt, als der zweite stationäre Kontakt 30b. Allerdings wird es offensichtlich sein, dass, falls der zweite stationäre Kontakt 30b vor dem ersten stationären Kontakt 30a vollständig abgenutzt werden sollte, oder beide der stationären Kontakte 30 zu einem gleichen Zeitpunkt vollständig abgenutzt sind, das Ausmaß der Verschiebung des beweglichen Kontakts 31 in der Kontakt-Schließenden Richtung durch die Kontaktverschiebungsbeschränkungselemente ähnlich wie bei dem Beispiel von 3 beschränkt werden wird.
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Dadurch kann sichergestellt werden, dass, sogar falls einer oder beide der stationären Kontakte 30 vollständig abgenutzt sind, keine Gefahr besteht, dass der bewegliche Kontakt 31 an einem Teil der stationären Kontakte 30 hängenbleibt, und auf diese Weise unfähig wird, auf die Ausschaltposition derart zurückbewegt zu werden, so dass ein Strom kontinuierlich über die stationären Kontakte 30 und den beweglichen Kontakt 31 zu dem Startermotor fließen würde. Die Ausführungsform sieht auf diese Weise eine verbesserte Sicherheit vor.
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Zweite Ausführungsform
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Eine zweite Ausführungsform eines elektromagnetischen Schalters wird in Bezug auf die Querschnittsansicht von 5 und von 6 beschrieben werden, welche eine Draufsicht in Axialrichtung des Inneren der Kunststoffabdeckung 16 ist. Es werden nur die Merkmale beschrieben werden, welche zwischen der ersten und zweiten Ausführungsform unterschiedlich sind. Bei der zweiten Ausführungsform sind vier Aussparungen (konkave Bereiche) 30c an den dem Kontakt gegenüberliegenden Oberflächen des ersten stationären Kontakts 30a und des zweiten stationären Kontakts 30b bei jeweiligen Positionen entsprechend der vier Kontaktverschiebungsbeschränkungselemente 34 ausgebildet. Jede Aussparung 30c ist derart ausgebildet, dass das entsprechende Kontaktverschiebungsbeschränkungselement 34 durch das Eindringen entlang einer Axialrichtung darin hineinkommen kann. Vorzugsweise sind die Aussparungen 30c derart positioniert, dass die spitze Endoberfläche von jedem der Kontaktverschiebungsbeschränkungselemente 34 in Kontakt mit der inneren (Basis-) Oberfläche der entsprechenden 30c steht. Wie ebenso in 6 gezeigt, ist ein Teil der Kunststoffabdeckung 16 mit zwei schlitzförmigen Aperturen 16c ausgebildet, wobei diese jeweils an den gegenüberliegenden Seiten des beweglichen Kontakts 31 platziert sind. Der positive Anschluss 21 und der negative Anschluss 22 treten durch das Äußere der Kunststoffabdeckung 16 über die entsprechenden der Aperturen 16c hindurch.
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Bei dieser Ausführungsform wird es verstanden werden, dass die Endoberflächen in Axialrichtung der Kontaktverschiebungsbeschränkungselemente 34 weiter herausgestellt bzw. ausgesetzt werden (und daher eine weitere axiale Verschiebung des beweglichen Kontakts 31 beschränkt wird) bevor der entsprechende stationäre Kontakt 30 vollständig abgenutzt wurde, da jedes der Kontaktverschiebungsbeschränkungselemente 34 teilweise innerhalb eines stationären Kontakts 30 in der Dickenrichtung eingebettet ist. Genauer gesagt, wobei die Dicke eines stationären Kontakts 30 als t und die Tiefe einer Aussparung 30c als d benannt wird, wird die Endoberfläche in Axialrichtung eines Kontaktverschiebungsbeschränkungselements 34 herausgestellt bzw. ausgesetzt werden, wenn das Ausmaß der Abnutzung (in Axialrichtung) der entsprechenden stationären Kontakte 30 (t–d) geworden ist. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass keiner der stationären Kontakte 30 vollständig abgenutzt werden kann, da eines oder mehrere der Kontaktverschiebungsbeschränkungselemente 34 dem beweglichen Kontakt 31 ausgesetzt werden, bevor ein solcher vollständig abgenutzter Zustand erreicht wird.
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Bei dem Beispiel von 3 wurde der erste stationäre Kontakt 30a vollständig abgenutzt. Im Ergebnis können bei dem Stand der Technik die Positionen, Formen und Größen der Kontaktflächen zwischen den stationären Kontakten 30 und der Kontaktdruckfeder 33 derart ausfallen, dass, falls ein Kontaktschweißen zwischen diesen auftritt, die Kraft, die durch die Rückstellfeder 25 angewandt wird, nicht ausreichend sein kann, den beweglichen Kontakt 31 auf den „Kontakte offen”-Zustand zurückzubewegen. Allerdings kann durch das Vorsehen der Kontaktverschiebungsbeschränkungselemente 34 in Kombination mit den Aussparungen 35c der zweiten Ausführungsform sichergestellt werden, dass sich die Positionen, Formen und Größen der Kontaktflächen über die verwendbare Lebensdauer des elektromagnetischen Schalters 2 nicht wesentlich verändern werden, da keiner der stationären Kontakte 30 vollständig abgenutzt werden kann. Auf diese Weise kann zuverlässig sichergestellt werden, dass durch die Rückstellfeder 25 immer eine ausreichende Rückstellkraft angewandt wird, um ein Anhaften aufgrund von Kontaktschweißen zu überwinden.
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Dritte Ausführungsform
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Bei der ersten Ausführungsform sind die Kontaktverschiebungsbeschränkungselemente 34 integral mit dem Spulenkörper 20 ausgebildet, auf den die Spule 14 gewickelt ist. Bei einer dritten Ausführungsform, wie in der Querschnittsansicht von 7 gezeigt, sind die Kontaktverschiebungsbeschränkungselemente 34 und der Spulenkörper 20 jeweils getrennt ausgebildet. Genauer gesagt, wie in 7 und in der Draufsicht von 8, welche das Innere des Solenoidgehäuses 17 der dritten Ausführungsform darstellt, gezeigt, ist der innere Umfang des Flanschabschnitts 20b des Spulenkörpers 20 mit einer ringförmigen Nabe (ringförmiger konvexer Abschnitt) 20d ausgebildet, die sich axial in Richtung der stationären Kontakte erstreckt. Die ringförmige Nabe 20d ist um, aber getrennt von, dem umlaufenden Perimeter des Kolbens 15 angeordnet.
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Wie bei der ersten Ausführungsform sind vier Kontaktverschiebungsbeschränkungselemente 34 vorgesehen, welche in Bezug auf den Kolben 15, wie in 8 gezeigt, umfänglich platziert sind. Allerdings sind bei dieser Ausführungsform die Kontaktverschiebungsbeschränkungselemente 34 von dem Spulenkörper 20 getrennt ausgebildet, wobei diese mit (und dadurch gekoppelt durch) einem Ringelement 37 integral ausgebildet sind, d. h. die Kontaktverschiebungsbeschränkungselemente 34 weisen jeder die Form eines kurzen verlängerten Stabes auf, welcher axial von dem Ringelement 37 in Richtung der stationären Kontakte 30a, 30b hervorsteht. Das Ringelement 37 ist mit einer inneren umlaufenden Peripherie konfiguriert, welche mit der äußeren umlaufende Peripherie der ringförmigen Nabe 20d eingreift, wobei dadurch die Kontaktverschiebungsbeschränkungselemente 34 in Bezug auf den Spulenkörper 20 angebracht werden.
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Es sei angemerkt, dass es nicht wesentlich ist, die ringförmigen Nabe 20d dieser Ausführungsform vorzusehen und es wäre gleichermaßen möglich, diesen mit einer umlaufenden Reihe von Segmenten (welche integral mit dem Spulenkörper 20 ausgebildet sind) zu ersetzen, wobei diese in regelmäßigen Winkelabständen angeordnet sind, und wobei sich jedes von dem Flanschabschnitt 20b des Spulenkörpers 20 in Richtung der stationären Kontakte 30a, 30b axial erstreckt. Bei diesem Fall würde die innere umlaufende Peripherie des Ringelements 37 mit der umlaufenden äußeren Peripherie der Reihe an Segmenten eingreifen, wobei ein ähnlicher Effekt zu dem, der für den Fall des Ringelements 37 beschrieben wurde, vorgesehen ist.
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Bei der dritten Ausführungsform können die Kontaktverschiebungsbeschränkungselemente aus einem Material ausgebildet sein, welches gegenüber Wärme wärmebeständiger ist, als der Kunststoff (Polymerharz), der verwendet wird, um den Spulenkörper 20 auszubilden, da die Kontaktverschiebungsbeschränkungselemente 34 getrennt von dem Spulenkörper 20 ausgebildet sind. Genauer gesagt können die stationären Kontakte 30 aus einem thermoplastischen Polymerharz mit einem besonders hohen Widerstand gegenüber Wärmeeffekten oder aus einem wärmehärtenden Polymerharz ausgebildet sein. Beispielsweise kann der Spulenkörper 20 aus einem Polyamidharz, das mit Fiberglas kombiniert ist, ausgebildet sein, während die Kontaktverschiebungsbeschränkungselemente 34 aus einem aromatischen Polyamidharz oder Phenolharz, etc., ausgebildet sein können, welche einen hohen Widerstand gegenüber Wärme aufweisen. Bei diesem Fall kann ein ausreichender Grad an Wärmewiderstandsfähigkeit für die Kontaktverschiebungsbeschränkungselemente 34 sichergestellt werden, sogar wenn der elektromagnetische Schalter 2 mit einem hohen Strompegel betrieben wird, der zwischen den stationären Kontakten 30 und dem beweglichen Kontakt 31 bei dem „Kontakte geschlossen”-Zustand derart fließt, so dass ein großer Betrag von Wärme erzeugt werden kann.
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Vierte Ausführungsform
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Bei den vorstehend beschriebenen ersten bis dritten Ausführungsformen sind jeweilige Paare von Kontaktverschiebungsbeschränkungselementen 34 für (in der Nähe positioniert zu) den ersten stationären Kontakt 30a und den zweiten stationären Kontakt 30b vorgesehen. Allerdings kann es in Abhängigkeit zur Form der Kunststoffabdeckung 16 Einschränkungen bezüglich der Platzierungen geben, an denen die Kontaktverschiebungsbeschränkungselemente 34 angeordnet werden können. Beispielsweise kann die Kunststoffabdeckung 16 derart konfiguriert sein, dass der positive Anschluss 21 und der negative Anschluss 22 bei radialen Positionen, welche in der Nähe zu dem M-Anschlussbolzen 27 liegen, zusammen herausgeführt werden (zu dem Äußeren der Kunststoffabdeckung 16 entlang einer Axialrichtung heraustreten). Bei einer solchen Konfiguration kann es nicht praktikabel sein, die Kontaktverschiebungsbeschränkungselemente 34 bei Positionen, die dem zweiten stationären Kontakt 30b, der an dem M-Anschlussbolzen 27 angebracht ist, axial gegenüberliegen, zu platzieren.
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Bei einem solchen Fall wäre es möglich, zufriedenstellende Ergebnisse zu erreichen, sogar falls die Kontaktverschiebungsbeschränkungselemente 34 nur bei Positionen vorgesehen sind, die dem ersten stationären Kontakt 30a entsprechen (d. h., direkt gegenüber einer dem Kontakt gegenüberliegenden Oberfläche), welche an dem B-Anschlussbolzen 26 angebracht ist. Wie vorstehend beschrieben, kann erwartet werden, dass der stationäre Kontakt mit einem positiven Potential (stationärer Kontakt 30a) bei einer schnelleren Rate abgenutzt werden wird, als der stationäre Kontakt mit dem negativen Potential (stationärer Kontakt 30b). Daher kann sichergestellt werden, dass eine weitere axiale Verschiebung des beweglichen Kontakts 31 (auf ein größeres Ausmaß als die Dicke der stationären Kontakte 30, wie vorstehend beschrieben) vermieden werden kann, falls der erste stationäre Kontakt 30a vollständig abgenutzt ist, sogar falls die Kontaktverschiebungsbeschränkungselemente 34 nur bei Positionen vorgesehen werden, die dem ersten stationären Kontakt 30a entsprechen. Die Vorteile, die für die erste Ausführungsform beschrieben wurden, würden auf diese Weise im Wesentlichen beibehalten werden.
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Die vierte Ausführungsform ist in der Anwendung nicht auf den Fall beschränkt, wo die Kontaktverschiebungsbeschränkungselemente 34 auf Positionen begrenzt sind, die dem ersten stationären Kontakt 30a (Kontakt mit positivem Potential) entsprechen. Es ist möglich, dass der elektromagnetische Schalter derart gestaltet ist, dass der zweite stationäre Kontakt 30b (Kontakt mit negativem Potential) vor dem ersten stationären Kontakt 30a vollständig abgenutzt werden wird. Bei diesem Fall wäre es möglich, die Konfiguration der vierten Ausführungsform derart zu modifizieren, dass der positive Anschluss 21 und der negative Anschluss 22 zusammen bei radialen Positionen in der Nähe zu dem ersten stationären Kontakt 30a herausgeführt werden. Dies würde es ermöglichen, dass die Kontaktverschiebungsbeschränkungselemente 34 nur bei Positionen platziert werden, die dem zweiten stationären Kontakt 30b entsprechen.
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Alternative Ausführungsformen
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Bei jeder der vorstehenden Ausführungsformen ist der elektromagnetische Schalter 2 zur Verwendung in einer Startervorrichtung der in 4 gezeigten Art geeignet, bei dem der elektromagnetische Schalter 2 und das Ritzel-Antriebssolenoid 8 voneinander getrennt sind. Allerdings wäre es gleichermaßen möglich, einen derartigen elektromagnetischen Schalter zusammen mit einem Ritzel-Antriebssolenoid in einer kombinierten, einheitlichen Konstruktion zu konfigurieren (z. B. zu ermöglichen, dass das Schalter-Solenoid und das Ritzel-Antriebssolenoid einen einzelnen, stationären Eisenkern gemeinsam verwenden), wie für die Vorrichtung, die in Referenz 1 vorstehend beschrieben wurde.
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Außerdem ist bei den vorstehenden Ausführungsformen der elektromagnetische Schalter 2 ein normalerweise geöffneter Typ, d. h., die Schaltkontakte befinden sich in dem offenen Zustand, wenn kein Strom durch die Spule 14 geleitet wird. Allerdings kann die Erfindung gleichermaßen auf einen normalerweise geschlossenen Typ eines elektromagnetischen Schalters angewandt werden, bei dem die Schaltkontakte geschlossen verbleiben, wenn kein Strom durch die Spule 14 geleitet wird.
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Außerdem ist bei der ersten Ausführungsform der bewegliche Kontakt
31 auf der dem Kolben gegenüberliegenden Seite der stationären Kontakte
30 angeordnet. Allerdings ist die Erfindung gleichermaßen auf einen Typ eines elektromagnetischen Schalters anwendbar, der beispielsweise in der
japanischen Patentanmeldung Nr. 2009-114950 beschrieben ist. Bei diesem elektromagnetischen Schalter ist der bewegliche Kontakt auf der gleichen Seite der stationären Kontakte wie der Kolben angeordnet, wie in
1 dieses Patents gezeigt. Der bewegliche Kontakt ist auf einem Kolbenschaft befestigt, während dieser durch einen Isolator von dem Schaftelektrisch isoliert ist.
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Außerdem dient bei einer elektromagnetischen Schalterkonfiguration, die in der
japanischen Patentpublikation Nr. 2009-33803 , wie in
1 dieses Dokuments gezeigt, ein Metallanschluss, welcher mit dem Leitungsdraht (Anschlussdraht) der positiv-seitigen Bürste verbunden ist, als ein motorseitiger stationärer Kontakt des elektromagnetischen Schalters (entsprechend dem zweiten stationären Kontakt
30b der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung). Eine derartige Konfiguration würde es erlauben, den M-Anschlussbolzen
27 der ersten Ausführungsform wegzulassen.
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Die vorstehend beschriebene erste Ausführungsform wird auf einen Startermotor zum Starten einer Maschine angewandt, welche ein Fahrzeug antreibt. Allerdings könnte die Erfindung gleichermaßen auf Startermotoren anderer Maschinentypen angewandt werden, wie zum Beispiel Flugzeugmaschinen.
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Außerdem ist die erste Ausführungsform derart beschrieben, dass diese auf einen elektromagnetischen Schalter, der mit einer elektrischen Last verbunden ist, die aus einem Startermotor 3 besteht, angewandt wird. Allerdings ist die Erfindung nicht auf dies beschränkt und ist im Allgemeinen auf einen elektromagnetischen Schalter anwendbar, welcher durch das Ermöglichen/Unterbrechen eines Stromflusses durch eine Erregungsspule (Solenoidspule) betrieben wird.
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Bei den beigefügten Ansprüchen, wie in der vorstehenden Beschreibung, soll der Begriff „axial” derart verstanden werden, dass dieser eine Richtung bezeichnet, die parallel zu der Mittenachse des Kolbens eines elektromagnetischen Schalters ist, d. h. parallel zur Verschiebungsrichtung des Kolbens.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2011-63716 [0001]
- JP 2009-114950 [0085]
- JP 2009-33803 [0086]
