-
Die Erfindung bezieht sich auf ein elektromagnetisches Relais, insbesondere ein Startrelais für eine Startvorrichtung, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
-
Stand der Technik
-
In der
DE 10 2009 027 117 A1 wird ein elektromagnetisches Starterrelais beschrieben, das in einer Startvorrichtung für eine Brennkraftmaschine eingesetzt wird. Mithilfe des Starterrelais wird ein Starterritzel zwischen einer zurückgezogenen Außereingriffsposition und einer vorgerückten Einspurposition verstellt, in der das Starterritzel mit einem Zahnkranz der zu startenden Brennkraftmaschine in Eingriff steht. Über einen elektrischen Startermotor wird das Starterritzel zum Starten der Brennkraftmaschine in Drehung versetzt.
-
Das Starterrelais weist in einem Gehäuse eine Wicklung auf, deren Feld einen Hubanker axial verstellt, welcher über einen Gabelhebel mit dem Starterritzel verbunden ist. Des Weiteren sind axial versetzt zu der Wicklung eine Einzugswicklung sowie eine Haltewicklung im Starterrelais angeordnet, denen ein Stellanker zugeordnet ist, welcher zum Einschalten eines elektrischen Startermotors genutzt wird. Die Einzugswicklung befindet sich auf einem Wicklungsträger des Starterrelais, die Haltewicklung ist auf die Einzugswicklung radial aufgewickelt.
-
Aus der
DE 10 2011 080 471 A1 ist ein Starterrelais bekannt, das mit einer Wicklung mit einer nicht-rotationssymmetrischen Querschnittsform versehen ist. Hierdurch sollen die Zwischenräume zwischen axial und radial benachbarten Windungen minimiert und der Füllfaktor erhöht werden.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen konstruktiven Maßnahmen ein kompakt bauendes elektromagnetisches Relais anzugeben, das mindestens zwei Wicklungen aufweist.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
-
Mithilfe des erfindungsgemäßen elektromagnetischen Relais kann ein elektromagnetisches Feld zum Verstellen eines Hubankers erzeugt werden. Das elektromagnetische Relais wird beispielsweise als Starterrelais für eine Startvorrichtung für eine Brennkraftmaschine eingesetzt, um ein Starterritzel zwischen einer Außerfunktionsposition und einer vorgerückten Eingriffsposition mit dem Zahnkranz der Brennkraftmaschine zu verstellen. In der Eingriffsposition wird das Starterritzel von einem elektrischen Startermotor angetrieben, wodurch die Brennkraftmaschine gestartet wird. Der Hubanker des Starterrelais ist hierbei kinematisch mit dem Starterritzel gekoppelt, beispielsweise über einen Gabelhebel.
-
Es kommen grundsätzlich auch sonstige Anwendungen des elektromagnetischen Relais in Betracht.
-
Das Relais weist zumindest zwei Wicklungen auf, die radial übereinanderliegend auf einem Wicklungsträger angeordnet sind. Die Wicklungen können vorteilhafterweise unabhängig voneinander bestromt werden und erzeugen jeweils ein elektromagnetisches Feld, das vorzugsweise auf den gleichen Hubanker wirkt. Eine erste Wicklung hat beispielsweise die Funktion einer Einzugswicklung, um den Hubanker gegen die Kraft einer Rückholfeder in eine aus der Ruhelage ausgelenkte Position zu verstellen, die zweite Wicklung die Funktion einer Haltefeder, um den Hubanker in der ausgelenkten Position zu halten. Möglich ist aber auch beispielsweise eine Funktion der zweiten Wicklung zur Verstärkung des Magnetfeldes der ersten Wicklung, um zum Beispiel den Hubanker noch weiter auszulenken und in eine Kontaktposition mit einer Einschalteinrichtung zu verstellen, um einen elektrischen Stromkreis zu schließen, beispielsweise für den Startermotor einer Startvorrichtung.
-
Bei dem elektromagnetischen Relais weisen die Wicklungsdrähte der mindestens zwei Wicklungen eine sich unterscheidende Querschnittsform auf, wobei zumindest ein Wicklungsdraht eine nicht-rotationssymmetrische Querschnittsform besitzt. Dies ermöglicht eine höhere Wicklungsdichte und damit einen größeren Füllfaktor, da die Zwischenräume zwischen den Windungen, die axial und radial zueinander benachbart sind, kleiner sind als bei einer runden Querschnittsform. Gegebenenfalls kann zumindest abschnittsweise eine maximale Wicklungsdichte ohne Zwischenräume zwischen benachbarten Windungen der Wicklung erreicht werden.
-
Es kommen sowohl Ausführungen in Betracht, bei denen sämtliche Windungen die gleiche nicht-rotationssymmetrische Querschnittsform aufweisen als auch Ausführungen, bei denen nur ein Teil der Windungen die nicht-rotationssymmetrische Querschnittsform besitzt, weitere Windungen der gleichen Wicklung jedoch eine sich hiervon unterscheidende Querschnittsform, insbesondere eine runde Querschnittsform. Es kann vorteilhaft sein, Windungen im axialen Randbereich auf dem Wicklungsträger mit einer nicht-rotationssymmetrischen Querschnittsform zu versehen, um den auf dem Wicklungsträger zur Verfügung stehenden Aufnahmeraum für die Wicklung in Achsrichtung optimal auszunutzen und Zwischen- bzw. Freiräume benachbart zu den Windungen zu minimieren.
-
Die zweite Wicklung, welche radial benachbart zur ersten Wicklung auf dem Wicklungsträger angeordnet ist, besitzt nicht notwendigerweise eine nicht-rotationssymmetrische Querschnittsform. Es ist beispielsweise möglich, die zweite Wicklung mit einem Wicklungsdraht aufzubauen, welcher eine runde Querschnittsform besitzt. Gleichwohl ist es möglich, dass auch die zweite Wicklung einen Wicklungsdraht mit nicht-rotationssymmetrischer Querschnittsform aufweist; es kommen sowohl Ausführungen in Betracht, bei denen die Wicklungsdrähte beider Wicklungen die gleiche nicht-rotationssymmetrische Querschnittsform besitzen als auch Ausführungen mit unterschiedlichen nicht-rotationssymmetrischen Querschnittsformen.
-
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung weisen die Wicklungsdrähte der verschiedenen Wicklungen eine unterschiedliche Querschnittsfläche auf. Beispielsweise besitzt im Falle von Wicklungsdrähten mit nicht-rotationssymmetrischer und mit rotationssymmetrischer Querschnittsform der nicht-rotationssymmetrische Wicklungsdraht eine größere Querschnittsfläche. Des Weiteren kann es zweckmäßig sein, den Wicklungsdraht mit größerer Querschnittsfläche radial innen liegend auf dem Wicklungsträger anzuordnen, so dass der Wicklungsdraht mit kleinerer Querschnittsfläche radial außen liegend positioniert ist.
-
In jedem Fall sind die Wicklungsdrähte der unterschiedlichen Wicklungen in Radialrichtung voneinander separiert, so dass eine umlaufende Ringfläche auf der radialen Außenseite der innen liegenden Wicklung gebildet ist, die Träger sämtlicher Windungen der zweiten, radial außen liegenden Wicklung ist. Diese Ringfläche ist, gemäß vorteilhafter Ausführung, zumindest annähernd glattflächig ausgebildet, was durch eine nicht-rotationssymmetrische Ausführung der außen liegenden Windungen der radial inneren Wicklung erreicht werden kann. Es ist daher zweckmäßig, dass zumindest die außen liegenden Windungen der inneren Wicklung eine nicht-rotationssymmetrische Querschnittsform aufweisen, um zwischenliegende Zwischenräume bzw. Freiräume zu minimieren oder vollständig zu eliminieren.
-
Bei einem Verfahren zur Herstellung eines Relais, welches auf einem Wicklungsträger mindestens zwei radial übereinanderliegende Wicklungen aufweist, von denen zumindest der Wicklungsdraht einer Wicklung eine nicht-rotationssymmetrische Querschnittsform besitzt, wird dieser Wicklungsdraht bereits während des Aufwickelns radial gegen den Wicklungsträger gedrückt und hierdurch einer Formänderung unterzogen. Dies hat den Vorteil, dass ein Wicklungsdraht mit einer runden Querschnittsform verwendet werden kann, der im Verlauf des Aufwickelns einem Verformungsprozess unterworfen wird. Die Verformung wird insbesondere durch radiale Krafteinwirkung auf den Wicklungsdraht während des Aufwickelns auf den Wicklungsträger erreicht. Vorteilhaft hierbei ist es, dass der zur Verfügung stehende Aufnahmeraum auf dem Wicklungsträger in Achsrichtung aufgrund der Verformung immer vollständig von dem Wicklungsdraht ausgefüllt werden kann, ungeachtet der axialen Länge des Aufnahmeraums. Es ist somit nicht erforderlich, die axiale Länge des Aufnahmeraums auf ein ganzzahliges Vielfaches des Wicklungsdrahtdurchmessers festzulegen, da Abweichungen vom ganzzahligen Vielfachen durch die Verformung des Wicklungsdrahtes kompensiert werden.
-
In einer alternativen Ausführung ist es auch möglich, die Querschnittsform des Wicklungsdrahts durch Verformung unmittelbar vor dem Aufwickeln auf den Wicklungsträger zu verändern. Auch in diesem Fall kann beispielsweise ein Wicklungsdraht mit einer runden Querschnittsform als Ausgangsdraht verwendet werden, der zur Verformung zwischen zwei Rollen hindurchgeführt und anschließend auf den Wicklungsträger gewickelt wird.
-
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
-
1 eine Startvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einem Starterrelais zum Verstellen eines Starterritzels,
-
2 einen Schnitt durch das Starterrelais, mit zwei radial aufeinanderliegenden Wicklungen, wobei die innen liegende Wicklung eine quadratische Querschnittsform aufweist,
-
3 eine Wicklung mit einem Wicklungsdraht mit rechteckförmiger Querschnittsform,
-
4 eine Wicklung mit einem Wicklungsdraht mit dreieckförmiger Querschnittsform.
-
In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
-
Die in 1 dargestellte Startvorrichtung 1 für eine Brennkraftmaschine weist ein Starterritzel 2 auf, das zum Starten der Brennkraftmaschine 4 in Eingriff mit einem Zahnkranz 3 der Brennkraftmaschine gebracht wird. Das Starterritzel 2 ist auf einer Welle 5 wie mit dem Doppelpfeil gekennzeichnet axial verschieblich gelagert, wobei das Starterritzel 2 drehfest mit der Welle 5 gekoppelt ist. Das Starterritzel 2 wird zwischen einer zurückgezogenen Außerfunktionsposition und einer vorgerückten Eingriffsposition mit dem Zahnkranz 3 der Brennkraftmaschine 4 über ein Starterrelais 6 verstellt, das elektromagnetisch ausgebildet ist und mehrere bestrombare Wicklungen sowie einen Hubanker 8 umfasst, der bei Bestromung einer Relaiswicklung 7 in diese axial hineingezogen wird. Der Hubanker 8 ist über einen Einrückhebel 9 kinematisch mit dem Starterritzel 2 gekoppelt, so dass die axiale Verstellbewegung des Hubankers 8 zwischen einer Ruheposition und einer Verstellposition in eine korrespondierende axiale Stellbewegung des Starterritzels 2 zwischen der Außerfunktionsposition und der Eingriffsposition eingesetzt wird.
-
Die drehende Antriebsbewegung auf die Welle 5 bzw. das Starterritzel 2 wird mithilfe eines elektrischen Startermotors 11 erzeugt, der über ein Planetengetriebe 12 mit der Welle 5 gekoppelt ist. Bei einer Betätigung des elektrischen Startermotors 11 wird die Welle 5 und damit auch das Starterritzel 2 in Drehung versetzt.
-
Der Startvorrichtung 1 ist ein Regel- bzw. Steuergerät 10 zugeordnet, über das die Funktionen des Starterrelais 6 sowie des Startermotors 11 gesteuert werden.
-
Das Starterrelais 6 umfasst zusätzlich zu der Relaiswicklung 7, bei deren Bestromung der Hubanker 8 verstellt wird, zwei weitere Wicklungen 13, 14 (2), welche dazu dienen, einen Stellanker 15 des Starterrelais 6 zu verstellen, über den der elektrische Startermotor eingeschaltet werden kann.
-
2 zeigt einen Schnitt durch das Starterrelais 6 im Bereich eines Spulen- bzw. Wicklungsträgers 16, der an der Außenfläche einen Aufnahmeraum 17 zur Aufnahme der Wicklungen 13 und 14 aufweist, wobei der Aufnahmeraum 17 als radiale, umlaufende Vertiefung an der Außenfläche des Wicklungsträgers 16 ausgeführt und axial von zwei Ringschultern 18 und 19 des Wicklungsträgers 16 begrenzt ist.
-
Die beiden Wicklungen 13 und 14 liegen radial aufeinander, die radial innen liegende Wicklung 13 stellt beispielsweise eine Einzugswicklung dar, die radial außen liegende Wicklung 14 eine Haltewicklung. Die Wicklungsdrähte von Einzugswicklung 13 und Haltewicklung 14 unterscheiden sich im Hinblick auf ihre Querschnittsform und ihre Querschnittsfläche. Die innen liegende Einzugswicklung 13 weist einen Wicklungsdraht mit quadratischer Querschnittsfläche auf, wohingegen die außen liegende Haltewicklung 14 einen Wicklungsdraht mit runder Querschnittsfläche besitzt. Zudem ist die Querschnittsfläche des Wicklungsdrahtes der innen liegenden Einzugswicklung 13 größer als diejenige des Wicklungsdrahts der außen liegenden Haltewicklung 14.
-
Aufgrund der quadratischen Querschnittsform des Wicklungsdrahtes der Einzugswicklung 13 liegen zwischen den axial und radial benachbarten Wicklungsdrähten der Einzugswicklung 13 keine Zwischenräume. Dies ermöglicht eine optimale Raumausnutzung und einen entsprechend hohen Füllfaktor.
-
Des Weiteren ist es vorteilhaft, dass die radiale Außenseite der innen liegenden Einzugswicklung 13 eine glatte Ringfläche bildet, auf die die außen liegende Haltewicklung 14 aufgewickelt ist. Eine Zwischenlage zwischen innen liegender Einzugswicklung 13 und Haltewicklung 14 ist nicht erforderlich. Die glatte Ringfläche auf der Außenseite der innen liegenden Einzugswicklung 13 ermöglicht eine geordnete, orthozyklische Wicklung der außen liegenden Haltewicklung 14.
-
Der Wicklungsdraht der Einzugswicklung 13 wird während des Aufwickelprozesses auf den Wicklungsträger 16 einer Verformung unterzogen. Der Wicklungsdraht kann vor dem Verformen eine runde Querschnittsform besitzen, die mit dem Aufwickeln in den Aufnahmeraum 17 des Wicklungsträgers 16 durch Aufbringen einer Verformungskraft, die unter anderem in Radialrichtung wirksam ist, zu der nicht-runden Querschnittsform umgeformt wird. Diese Verformung hat zudem den Vorteil, dass der Aufnahmeraum 17 über seine axiale Länge vollständig von dem Wicklungsdraht der Einzugswicklung 13 ausgefüllt wird; es ist nicht erforderlich, die axiale Länge des Aufnahmeraums 17 auf ein ganzzahliges Vielfaches der Wicklungsdrahtbreite anzupassen.
-
In den 3 und 4 sind weitere Ausführungsbeispiele für eine Einzugswicklung 13 mit einem nicht-rotationssymmetrischen Wicklungsdraht dargestellt. Gemäß 3 weist der Wicklungsdraht eine annähernd rechteckförmige Querschnittsform auf, die jedoch an den Schmalseiten abgerundet ist. Hierdurch ergibt sich zwischen benachbarten Wicklungsdrähten ein kleiner Zwischenraum.
-
Gemäß 4 ist der Wicklungsdraht der Einzugswicklung 13 mit einer dreieckförmigen Querschnittsform versehen, wobei verschiedene, aufeinanderliegende Lagen komplementär zueinander ausgerichtet sind, so dass die Wicklungsdrähte benachbarter Lagen ohne Zwischenräume ineinandereingreifen.
-
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 102009027117 A1 [0002]
- DE 102011080471 A1 [0004]
