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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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Das elektromagnetische Relais kann auch in anderen Anwendungen – unabhängig von Startvorrichtungen – eingesetzt werden.
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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 besteht der Wicklungsdraht zumindest einer Wicklung aus kupferkaschiertem Aluminium (CCA – copper clad aluminium), bei dem ein Drahtkern aus Aluminium einen Mantel aus Kupfer aufweist. Das Verhältnis von Kupfer zu Aluminium ist einstellbar und kann dem jeweiligen Einsatzzweck entsprechend gewählt werden. Der Aluminiumkern weist ein geringeres spezifisches Gewicht als der Kupfermantel auf, so dass insgesamt der Wicklungsdraht leichter als ein Kupfer-Volldraht ausgeführt ist. Der Kupfermantel weist andererseits eine bessere elektrische Leitfähigkeit als der Aluminiumkern auf, so dass die Leitfähigkeit im Vergleich zu einem Wicklungsdraht, der ausschließlich aus Aluminium besteht, ebenfalls verbessert ist. Insgesamt können die Vorteile der beiden Materialien in einer günstigen Weise miteinander kombiniert werden.
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Der Wicklungsdraht der zweiten Wicklung kann ebenfalls aus kupferkaschiertem Aluminium CCA bestehen, wobei sowohl gleiche Verhältnisse als auch unterschiedliche Verhältnisse von Aluminiumkern zu Kupfermantel in den beiden Wicklungsdrähten in Betracht kommen. Es ist aber auch möglich, den Wicklungsdraht der zweiten Wicklung aus einem Vollmaterial herzustellen, beispielsweise aus Kupfer oder Aluminium, so dass von den beiden radial aufeinanderliegenden Wicklungen nur der Wicklungsdraht einer Wicklung aus kupferkaschiertem Aluminium besteht.
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Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung 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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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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Die Wicklungsdrähte der Wicklungen weisen, gemäß weiterer zweckmäßiger Ausführung, die gleiche Querschnittsform auf. Die Wicklungsdrähte besitzen beispielsweise jeweils eine runde Querschnittsform, wobei im Prinzip auch nicht-runde Querschnittsformen in Betracht kommen, beispielsweise rechteckige oder quadratische Querschnittsformen. Die Querschnittsflächen der Wicklungsdrähte können gleich groß oder unterschiedlich groß sein. Insbesondere bei gleich großen Querschnittsflächen kann auch im Falle runder Querschnittsformen die Zwischenlage zwischen radial innen liegender und radial außen liegender Wicklung entfallen, wobei trotz des Wegfalls der Zwischenlage eine orthozyklische Wicklungsweise der radial außen liegenden Wicklung möglich ist, bei der die Windungen der Wicklung zumindest annähern orthogonal zur Längsachse des Wicklungsträgers stehen. Die radial innen liegende Wicklung, welche unmittelbar auf dem Wicklungsträger angeordnet ist, ist bevorzugt ebenfalls orthozyklisch gewickelt. Aber auch bei nicht-runder Querschnittsform ist eine orthozyklische Wicklungsweise der außen liegenden Wicklung möglich, selbst wenn keine Zwischenlage vorhanden ist.
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Gemäß einer alternativen Ausführung kommt auch eine Anordnung einer Zwischenlage zwischen den Wicklungen in Betracht, beispielsweise bei unterschiedlich großen Querschnittsflächen der Wicklungsdrähte der Wicklungen, beispielsweise bei runden Querschnittsformen und unterschiedlich großem Durchmesser, zum Beispiel im Falle eines größeren Durchmessers des Wicklungsdrahts der radial innen liegenden Wicklung. Auf die Zwischenlage kann die radial außen liegende Wicklung in orthozyklischer Weise aufgewickelt werden.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung weisen die beiden Wicklungen jeweils die gleiche Anzahl an Windungen und Wicklungslagen auf, die sich innerhalb jeder Wicklung in Achsrichtung und in Radialrichtung aneinanderreihen. Es sind aber auch Ausführungen möglich mit einer unterschiedlich großen Anzahl an Windungen und Wicklungslagen.
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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 ein Starterrelais mit zwei radial aufeinanderliegenden Wicklungen auf einen Wicklungsträger,
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3 bis 6 verschiedene Ausführungsvarianten von Starterrelais mit zwei radial aufeinanderliegenden Wicklungen.
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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. 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 sind in einer Wicklungsaufnahme des Wicklungsträgers 14 aufgenommen. Die radial innen liegende Wicklung 7 liegt unmittelbar auf der Mantelfläche des Wicklungsträgers auf. Zwischen innen liegender Wicklung 7 und radial außen liegender Wicklung 16 befindet sich eine Zwischenlage 17, die die Wicklungen 7, 16 voneinander separiert und eine Auflagefläche für die außen liegende Wicklung 16 bildet. Die innen liegende Wicklung 7 ist in orthozyklischer Wicklungsweise auf den Wicklungsträger 14 aufgewickelt, die außen liegende Wicklung 16 ist ebenfalls in orthozyklischer Weise auf die Zwischenlage 17 aufgewickelt.
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Die radial innen liegende Wicklung 7 weist einen Wicklungsdraht 7a aus einem Vollmaterial auf, das insbesondere aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht. Gegebenenfalls kommt auch eine Ausführung aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung in Betracht.
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Die radial außen liegende Wicklung 16 besteht dagegen aus einem Wicklungsdraht aus kupferkaschiertem Aluminium CCA. Der Wicklungsdraht der außen liegenden Wicklung 16 weist einen Kern 16a aus Aluminium und einen Mantel 16b aus Kupfer auf. Dieser zweischichtige Aufbau des Wicklungsdrahts reduziert zum einen das gesamte Gewicht der Wicklung 16, zum andern ist eine ausreichend hohe elektrische Leitfähigkeit gewährleistet.
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Die Wicklungsdrähte 7a und 16a, 16b der beiden Wicklungen 7 bzw. 16 weisen jeweils eine runde Querschnittsform auf, sie unterscheiden sich jedoch in ihrer Querschnittsfläche. Der Wicklungsdraht 7a der innen liegenden Wicklung 7 weist eine größere Querschnittsfläche auf als der Wicklungsdraht 16a, b der außen liegenden Wicklung 16. Der Durchmesserunterschied beträgt beispielsweise 20 %.
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Das Verhältnis von Aluminiumkern 16a zu Kupfermantel 16b des Wicklungsdrahtes der außen liegenden Wicklung 16 kann an den jeweiligen Einsatzzweck angepasst werden. Beispielsweise besitzt der Kupfermantel 16b eine radiale Dicke, die mindestens 20 %, 30 %, 40 % oder 50 % des Durchmessers des Aluminiumkerns 16b beträgt.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß 3 ist der Wicklungsdraht der radial innen liegenden Wicklung 7 aus kupferkaschiertem Aluminium CCA aufgebaut und weist einen Aluminiumkern 7a und einen Kupfermantel 7b auf. Dagegen ist die radial außen liegende Wicklung 16 aus einem Wicklungsdraht 16a aus Vollmaterial hergestellt, beispielsweise aus Aluminium oder aus Kupfer. Zwischen den beiden Wicklungen 7 und 16 befindet sich die Zwischenlage 17.
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Der Außendurchmesser der Wicklungsdrähte beider Wicklungen 7, 16 ist gleich groß.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß 4 entspricht im Wesentlichen demjenigen nach 3, jedoch mit dem Unterschied, dass bei 4 auf eine Zwischenlage zwischen innen liegender Wicklung 7 und außen liegender Wicklung 16 verzichtet wird. Die außen liegende Wicklung 16 ist unmittelbar auf die innen liegende Wicklung 7 aufgewickelt. Aufgrund des gleich großen, kreisrunden Durchmessers der Wicklungsdrähte beider Wicklungen ist eine orthozyklische Wicklung auch der radial außen liegenden Wicklung 16 möglich.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß 5 ist der Wicklungsdraht jeder Wicklung 7, 16 aus kupferkaschiertem Aluminium CCA aufgebaut. Dementsprechend weist jeder Wicklungsdraht einen Aluminiumkern 7a bzw. 16a und einen Kupfermantel 7b bzw. 16b auf. Der Außendurchmesser beider Wicklungsdrähte ist gleich groß, allerdings unterscheidet sich das Verhältnis von Aluminiumkern zu Kupfermantel in den beiden Wicklungsdrähten. Bei der radial innen liegenden Wicklung 7 besitzt der Kupfermantel 7b eine größere radiale Erstreckung als bei der radial außen liegenden Wicklung 16, dementsprechend ist auch die elektrische Leitfähigkeit des Wicklungsdrahts der innen liegenden Wicklung 7 größer als bei der außen liegenden Wicklung 16. Zwischen den beiden Wicklungen befindet sich eine Zwischenlage 17.
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6 entspricht weitestgehend dem Ausführungsbeispiel gemäß 5, jedoch wird bei 6 auf die Zwischenlage 17 verzichtet.
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Bei allen Ausführungsbeispielen weisen die innen liegende Wicklung 7 und die außen liegende Wicklung 17 die gleiche Anzahl an Wicklungslagen auf, und zwar sowohl bei den Ausführungsbeispielen mit gleich großem Außendurchmesser als auch bei den Ausführungsbeispielen mit unterschiedlich großem Außendurchmesser.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010001895 A1 [0002]
