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Die Erfindung bezieht sich auf ein elektromagnetisches Relais, insbesondere ein Starterrelais für eine Startvorrichtung, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Stand der Technik
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Aus der
DE 10 2010 001 895 A1 ist ein elektromagnetisches Starterrelais bekannt, 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.
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Das Starterrelais weist in einem Gehäuse eine erste Relaiswicklung auf, die die Funktion einer Einzugswicklung hat und deren Feld einen Hubanker verstellt, welcher über einen Gabelhebel mit dem Starterritzel gekoppelt ist. Bei einer Bestromung der Relaiswicklung wird der Hubanker axial in die umgreifende Wicklung hineingezogen.
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Auf die erste Relaiswicklung ist eine zweite Relaiswicklung aufgewickelt, die die Funktion einer Schalteinrichtung zum Einschalten des elektrischen Startermotors hat. Bei Bestromung der zweiten Relaiswicklung wird der Hubanker um ein zusätzliches Maß verstellt und betätigt einen Schaltanker, wodurch der elektrische Stromkreis des Startermotors geschlossen wird. Die erste und die zweite Relaiswicklung weisen unterschiedliche Querschnitte auf, zwischen den beiden Relaiswicklungen befindet sich eine Zwischenlage, welche eine glatte Unterlage für die radial außen liegende, zweite Relaiswicklung bildet, so dass die zweite Relaiswicklung orthozyklisch gewickelt werden kann.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein kostengünstiges und kompakt bauendes elektromagnetisches Relais zu schaffen, das zwei radial übereinanderliegende Wicklungen aufweist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
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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 kinematisch mit dem Starterritzel gekoppelt, beispielsweise über einen Gabelhebel.
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Es kommen auch Anwendungen des elektromagnetischen Relais in anderen Anwendungen in Betracht, unabhängig von Startvorrichtungen.
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Das Relais weist 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 auf den gleichen Hubanker wirkt und diesen gegen die Kraft einer Rückstellfeder verstellt. Die erste Wicklung hat beispielsweise die Funktion einer Einzugswicklung, um den Hubanker gegen die Kraft einer Stellfeder aus der Ruhelage in eine ausgelenkte Position zu verstellen. Die zweite Wicklung hat eine zusätzliche Funktion, beispielsweise als Haltefeder bzw. -wicklung, um den Hubanker in der ausgelenkten Position zu halten, in der die Einzugswicklung vorteilhafterweise nicht länger bestromt wird. Es ist aber auch beispielsweise eine Funktion der zweiten Wicklung zur Verstärkung des Magnetfeldes der ersten Wicklung möglich, um z.B. den Hubanker noch weiter axial auszulenken und in eine Kontaktposition mit einer Einschalteinrichtung zu verstellen und einen elektrischen Stromkreis zu schließen, beispielsweise für den Startermotor einer Startvorrichtung.
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Die radial innen liegende Wicklung hat beispielsweise die Funktion der Einzugswicklung und die radial außen liegende Wicklung die Funktion der Haltewicklung. Es ist aber auch eine umgekehrte Ausführung möglich, bei der die radial innen liegende Wicklung die Funktion der Haltewicklung und die radial außen liegende Wicklung die Funktion der Einzugswicklung hat.
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Bei dem erfindungsgemäßen elektromagnetischen Relais liegt die radial außen liegende, zweite Wicklung unmittelbar auf der radial innen liegenden, ersten Wicklung auf. Eine die Wicklungen separierende Zwischenlage entfällt, die innen liegende Wicklungslage der zweiten Wicklung liegt auf Kontakt zur äußeren Wicklungslage der ersten Wicklung. Durch den Wegfall der Zwischenlage zwischen den Wicklungen wird in Radialrichtung eine kompakte Ausführung erreicht.
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Eine Wicklung des elektromagnetischen Relais ist multifilar ausgebildet und weist mindestens zwei parallel gewickelte, separate Wicklungsdrähte auf, die gleichsinnig bestromt werden. Der multifilare Wicklungsdraht stellt eine mehradrige Ausführung dar.
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Sämtliche Wicklungsdrähte, also sowohl der radial innen liegenden als auch der radial außen liegenden Wicklung am Wicklungsträger, weisen die gleiche Querschnittsfläche und die gleiche Querschnittsgeometrie auf. Vorteilhafterweise besitzen alle Wicklungsdrähte eine runde Querschnittsform; es kommen aber auch anderweitige Querschnittsformen in Betracht, beispielsweise quadratische oder rechteckförmige Querschnittsformen.
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Die gleiche Querschnittsform und die gleiche Querschnittsfläche ermöglichen, gemäß einer bevorzugten Ausführung, für beide Wicklungen eine orthozyklische Wicklungsweise, bei der die Windungen einer Wicklung zumindest annähernd orthogonal zur Längsachse des Wicklungsträgers stehen. Beide Wicklungen sind orthozyklisch ausgeführt, was den Vorteil hat, dass der Füllfaktor erhöht ist.
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Indem die Wicklungen unmittelbar aufeinanderliegen und auf eine Zwischenlage verzichtet wird, ist die Erstreckung in Radialrichtung reduziert und wird entsprechend eine kompakte Ausführung erreicht. Außerdem ist die Gesamtherstellungszeit für das Relais reduziert. Es können für beide Wicklungen Drähte aus gleichem Material, beispielsweise Kupfer verwendet werden. Möglich ist aber auch der Einsatz unterschiedlicher Materialien für die Wicklungen, beispielsweise Kupfer für die radial innen liegende Wicklung und Aluminium für die radial außen liegende Wicklung.
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Zudem ergeben sich thermische Vorteile durch den direkten Kontakt zwischen innen und außen liegender Wicklung. Der direkte Kontakt verbessert die Wärmeübertragung zwischen den beiden Wicklungen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführung ist genau eine Wicklung multifilar bzw. mehradrig ausgebildet, wohingegen die zweite Wicklung nur einadrig ausgeführt ist. Gleichwohl sind auch Ausführungen möglich, bei denen beide radial übereinanderliegende Wicklungen jeweils multifilar ausgebildet sind.
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Die multifilare Ausführung einer Wicklung umfasst zumindest bifilare, gegebenenfalls auch trifilare oder noch höhere Wicklungsarten. Aus Herstellungsgründen kann es zweckmäßig sein, eine bifilare Wicklung und eine einadrige Wicklung vorzusehen.
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Die multifilare Wicklung stellt, gemäß weiterer zweckmäßiger Ausführung, die Einzugswicklung dar, bei deren Bestromung der Hubanker des Relais in den Wicklungsträger hineingezogen wird. Die Einzugswicklung ist insbesondere von der radial innen liegenden Wicklung gebildet.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung weist die multifilare Wicklung eine höhere Anzahl an Wicklungslagen auf als die nicht-multifilare Wicklung mit nur einadrigem Wicklungsdraht. Das Verhältnis der Wicklungslagen beträgt hierbei n:1, wobei n die Aderanzahl der multifilaren Wicklung bezeichnet. Die reduzierte Anzahl an Wicklungslagen der einadrigen Wicklung verringert die radiale Ausdehnung, es wird weniger Wickelraum für die beiden aufeinanderliegenden Wicklungen benötigt.
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Beispielsweise beträgt das Wicklungslagenverhältnis bei Einsatz einer bifilaren und einer einadrigen Wicklung 2:1, so dass die bifilare Wicklung die doppelte Anzahl an Wicklungslagen aufweist gegenüber der einadrigen Wicklung.
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Gemäß noch einer zweckmäßigen Ausführung besitzen beide Wicklungen die gleiche Anzahl an Windungen und füllen den auf dem Wicklungsträger zur Verfügung stehenden Wicklungsraum in Achsrichtung zweckmäßigerweise vollständig aus. Auch hierdurch wird der Füllfaktor erhöht.
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
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1 eine Startvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einem Starterrelais zum Verstellen eines Starterritzels,
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2 einen Schnitt durch das Starterrelais mit zwei radial aufeinanderliegenden Wicklungen auf einem Wicklungsträger.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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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 bestrombare Wicklungen 7 sowie einen Hubanker 8 umfasst, der bei Bestromung einer ersten und einer zweiten Wicklung gegen die Kraft einer Rückstellfeder in diese axial hineingezogen und bei alleiniger Bestromung der zweiten Wicklung in dieser Position gehalten 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 umgesetzt wird.
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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.
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Der Startvorrichtung 1 ist ein Regel- bzw. Steuergerät 10 zugeordnet, über das die Funktionen des Starterrelais 6 sowie des Startermotors 11 gesteuert werden. Bei der Bestromung einer weiteren Wicklung im Starterrelais wird ein Stellanker 13 des Starterrelais 6 verstellt, über den der elektrische Startermotor 11 eingeschaltet wird.
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In 2 ist ein Wicklungsträger 14 mit darauf aufgewickelten Wicklungen 7 und 16 des Starterrelais im Schnitt dargestellt. Die Längsachse 15 des Wicklungsträgers 14 ist zugleich die Verstellrichtung des Hubankers.
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In einer Wicklungsaufnahme des Wicklungsträgers 14 sind die beiden Wicklungen 7 und 16 aufgenommen, wobei die radial innen liegende Wicklung 7 unmittelbar auf der Mantelfläche des Wicklungsträgers 14 aufliegt und die radial außen liegende Wicklung 16 auf den äußeren Windungen der Wicklung 7 aufgewickelt ist. Die beiden Wicklungen 7 und 16 weisen die gleiche axiale Länge und die gleiche Windungsanzahl auf. Die Wicklungsdrähte 7a, 7b und 16a der Wicklungen 7, 16 besitzen die gleiche runde Querschnittsform und den gleichen Durchmesser. Die radial innen liegende Wicklung 7 weist vier übereinander liegende Wicklungslagen auf, die radial außen liegende Wicklung 16 zwei Wicklungslagen.
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Die radial innen liegende Wicklung 7 ist bifilar aufgebaut und weist zwei parallel gewickelte, separate Wicklungsdrähte 7a, 7b auf, die jeweils in Achsrichtung abwechselnd angeordnet sind. Die zweite, radial außen liegende Wicklung 16 ist dagegen nur einadrig ausgeführt. Beide Wicklungen 7 und 16 sind in orthozyklischer Weise auf den Wicklungsträger gewickelt. Die radial innen liegende Wicklung 7 hat die Funktion der Einzugswicklung, die den Hubanker gegen die Kraft der Rückstellfeder verstellt. Die radial außen liegende Wicklung 16 hat die Funktion einer Haltefeder, die den Hubanker in der verstellten Position hält.
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Die Wicklungen 7 und 16 unterscheiden sich in der Anzahl an radial aufeinander geschichteten Wicklungslagen, die dem Verhältnis n:1 folgt, wobei n die Mehradrigkeit der radial innen liegenden Wicklung 7 bezeichnet. Im Ausführungsbeispiel ist aufgrund der bifilaren Wicklung 7 n = 2, dementsprechend weist die radial innen liegende Wicklung 7 die doppelte Anzahl an Wicklungslagen im Vergleich zur radial außen liegenden Wicklung 16 auf, die nur einadrig ausgebildet ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010001895 A1 [0002]
