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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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In der
DE 195 42 142 A1 wird ein elektromagnetisches Starterrelais für eine Startvorrichtung einer Brennkraftmaschine beschrieben, mit dem ein Starterritzel zwischen einer axial zurückgezogenen Außerfunktionsposition und einer vorgerückten Eingriffsposition verstellbar ist, in der das Starterritzel in einen Zahnkranz der Brennkraftmaschine eingreift. Zum Starten der Brennkraftmaschine wird dem Starterritzel über einen Hubanker des Starterrelais eine axiale Einspurbewegung aufgeprägt. Über einen elektrischen Startermotor kann anschließend das Starterritzel in Drehung versetzt werden.
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Das Starterrelais weist gehäuseseitig eine bestrombare Einzugswicklung sowie den axial verstellbar gelagerten Hubanker auf, der von einem Federelement, das an einem Gehäusedeckel abgestützt ist, in seine Ausgangsposition kraftbeaufschlagt ist. Bei Bestromung der Einzugswicklung wird der Anker axial in Richtung auf einen Magnetkern verstellt, bis in einer Einzugsposition eine Kontaktbrücke an elektrischen Gegenkontakten anliegt, wodurch ein elektrischer Stromkreis zum Einschalten des elektrischen Startermotors geschlossen wird. Mit dem Anker ist eine Schaltachse verbunden, die zur axialen Führung der Schalteinheit in einer Lagerbuchse verstellbar aufgenommen ist, welche in eine Ausnehmung im Magnetkern eingesetzt ist. An der Stirnseite der Schaltachse befindet sich ein Widerlager, an dem das Federelement abgestützt ist, welches in eine Ausnehmung im Gehäusedeckel eingesetzt ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße elektromagnetische Relais wird beispielsweise als Starterrelais für Startvorrichtungen in Brennkraftmaschinen eingesetzt. Das Relais weist in einem Gehäuse eine bestrombare Relaiswicklung auf sowie einen axial verstellbaren Anker, der von einem Federelement in eine Ausgangsposition kraftbeaufschlagt ist und bei Bestromung der Relaiswicklung in diese hineingezogen wird, bis der Anker eine Einzugsposition erreicht hat. In der Einzugsposition kann ein elektrischer Stromkreis geschlossen werden, um beispielsweise eine elektrische Maschine zu starten.
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Der Anker ist Teil einer Schalteinheit, zu der auch eine mit dem Anker verbundene Schaltachse sowie das Federelement gehört, das an der Schaltachse angreift und die Schalteinheit in die Ausgangsposition beaufschlagt. Das Federelement ist in eine Ausnehmung in einem Gehäusedeckel eingesetzt, der an einer Stirnseite des Gehäuses des Relais angeordnet ist.
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Damit die Schaltachse einschließlich des Ankers bei der Überführung zwischen der Ausgangsposition und der Einzugsposition besser geführt wird und um ein Verkanten zu vermeiden, ragt die Schaltachse in allen Positionen des Ankers in die Ausnehmung im Gehäusedeckel hinein. Somit ist gewährleistet, dass sowohl in der Ausgangsposition als auch in der Einzugsposition einschließlich sämtlicher Zwischenpositionen des Ankers die Schaltachse sich mit ihrer Stirnseite innerhalb der Ausnehmung im Gehäusedeckel befindet, in der auch das Federelement aufgenommen ist. Die Schaltachse kann direkt oder indirekt an der Innenwand der Ausnehmung im Gehäusedeckel geführt werden, wodurch sich die axiale Führungslänge der Schalteinheit signifikant erhöht und eine verbesserte Führung der Schalteinheit gewährleistet ist. Insbesondere das Risiko eines Verkantens eines Bauteils der Schalteinheit, die bei der Überführung von der Ausgangs- in die Einzugsposition eine axiale Stellbewegung im Gehäuse des Relais ausführt, ist herabgesetzt.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführung sind die Schaltachse und das Federelement innerhalb der Ausnehmung parallel liegend angeordnet. Hierdurch ist eine axial kompakte Bauweise gewährleistet, da sich die Schaltachse und das Federelement in Achsrichtung teilweise überschneiden. Vorteilhafterweise sind Schaltachse und Federelement zumindest in der Einzugsposition des Ankers parallel liegend angeordnet, wobei gegebenenfalls in sämtlichen Positionen des Ankers, also sowohl in der Ausgangsposition als auch in der Einzugsposition und in sämtlichen Zwischenpositionen, die Schaltachse zumindest mit ihrer Stirnseite innerhalb der Ausnehmung angeordnet sind. Diese Ausführung ermöglicht es, dass die Schaltachse entsprechend in allen Positionen des Ankers eine Führung direkt oder indirekt in der Ausnehmung erfährt.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist die Schaltachse in allen Positionen des Ankers radial an der Innenwand der Ausnehmung im Gehäusedeckel abgestützt. Die radiale Abstützung erfolgt direkt, indem die Mantelfläche der Schaltachse unmittelbar an der Innenwand der Ausnehmung anliegt, oder in indirekter Weise, indem beispielsweise die Schaltachse von dem als Schraubenfeder ausgeführten Federelement umgriffen ist und das Federelement radial an der Innenwand der Ausnehmung anliegt. Vorteilhafterweise besteht in der letztgenannten Ausführung ein permanenter Kontakt in Radialrichtung zwischen der Schaltachse und dem umgreifenden Federelement einerseits sowie zwischen dem Federelement und der Innenwand der Ausnehmung andererseits, um ein Radialspiel der Schaltachse in der Ausnehmung auszuschließen oder zumindest zu reduzieren.
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Gemäß einer weiteren Ausführung weist die Schaltachse einen stirnseitigen Führungstopf auf, in den das Federelement mit seiner der Schalteinheit zugewandten Seite hineinragt. Das Federelement ist somit einenends am Boden der Ausnehmung im Gehäusedeckel und anderenends am Boden des stirnseitigen Führungstopfes an der Schaltachse abgestützt. Die äußere Mantelfläche des Führungstopfes liegt zweckmäßigerweise an der Innenwand der Ausnehmung im Gehäusedeckel an und erfährt an der Innenwand der Ausnehmung die Führung und Abstützung in Radialrichtung.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung weist die Schaltachse einen stirnseitigen Nadelvorsprung auf. Der Nadelvorsprung kann einteilig mit der Schaltachse ausgebildet oder als separates Bauteil ausgeführt, jedoch fest mit der Schaltachse verbunden sein. Der Nadelvorsprung weist gegenüber der Schaltachse einen reduzierten Durchmesser auf und ragt vorteilhafterweise in eine Bodenvertiefung ein, die sich am Boden der Ausnehmung im Gehäusedeckel befindet. Es kann zweckmäßig sein, dass der Nadelvorsprung in der Einzugsposition, nicht jedoch in der Ausgangsposition in die Bodenvertiefung einragt, in der der Nadelvorsprung in Radialrichtung abgestützt ist.
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Um auch in der Ausgangsposition den Nadelvorsprung radial abzustützen, kann gegebenenfalls eine Führungsbuchse in die Ausnehmung im Gehäusedeckel eingesetzt sein, in die der Nadelvorsprung hineinragt. Die Führungsbuchse gewährleistet die radiale Abstützung auch in der Ausgangsposition. Mit dem Erreichen der Einzugsposition ragt der Nadelvorsprung durch die Führungsbuchse hindurch und in die Bodenvertiefung am Boden der Ausnehmung hinein. Die Führungsbuchse grenzt mit ihrem Außenumfang an die Innenwand der Ausnehmung im Gehäusedeckel, so dass über die Führungsbuchse der Nadelvorsprung und damit auch die Schaltachse radial an der Innenwand der Ausnehmung abgestützt sind.
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Gemäß noch einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist in die Ausnehmung im Gehäusedeckel ein Führungselement eingesetzt, an dem die Schaltachse geführt ist. Das Führungselement ist separat von der Schaltachse ausgeführt, die gegenüber dem Führungselement eine axiale Relativbewegung während der Überführung der Schalteinheit von der Ausgangs- in die Eingangsposition ausübt. Beispielsweise ist in die Stirnseite der Schaltachse eine Bohrung eingebracht, in die das Führungselement hineinragt. Während der Bewegung von Ausgangs- in Einzugsposition schiebt sich die Schaltachse mit ihrer stirnseitigen Bohrung axial auf das Führungselement, das sich am Boden der Ausnehmung im Gehäusedeckel abstützt und somit gehäusefest angeordnet ist. Das Federelement umgreift vorteilhafterweise in seiner Ausführung als Schraubenfeder das Führungselement, wobei die Schraubenfeder entweder radial auf Abstand zur Innenwand der Ausnehmung liegt oder, in alternativer Ausführung, an der Innenwand der Ausnehmung anliegt.
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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 Starterritzel, das axial über ein Starterrelais verstellbar und über einen elektrischen Startermotor drehbar antreibbar ist,
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2 einen Schnitt längs durch ein Starterrelais, dessen Schaltachse von einem Federelement kraftbeaufschlagt ist, das in eine Ausnehmung in einem Gehäusedeckel eingesetzt ist, wobei die Schaltachse in die Ausnehmung hineinragt,
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3 einen Schnitt längs durch ein Starterrelais in einer weiteren Ausführung, bei der die Schaltachse einen stirnseitigen Führungstopf aufweist,
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4 einen Schnitt längs durch ein Starterrelais in einer weiteren Ausführungsvariante, bei der in die Ausnehmung im Gehäusedeckel ein Führungselement eingesetzt ist, das in eine Bohrung in der Stirnseite der Schaltachse hineinragt,
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5 einen Schnitt längs durch ein Starterrelais in noch einer weiteren Ausführung, bei der die Schaltachse einen stirnseitigen Nadelvorsprung aufweist.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine Startvorrichtung 1 für eine Brennkraftmaschine mit einem Starterritzel 2, das in Eingriff mit einem Zahnkranz 3 der Brennkraftmaschine 4 gebracht werden kann. Wie mit dem Doppelpfeil gekennzeichnet, ist das Starterritzel 2 auf einer Welle 5 axial verschieblich gelagert, das Starterritzel 3 ist zugleich drehfest mit der Welle 5 gekoppelt. Über ein Starterrelais 6 kann das Starterritzel 2 zwischen einer zurückgezogenen Außerfunktionsposition und einer axial vorgerückten Eingriffsposition mit dem Zahnkranz 3 der Brennkraftmaschine 4 verstellt werden. Das eingespurte Starterritzel 2 wird über einen elektrischen Startermotor 11 drehend angetrieben. Zur Drehzahluntersetzung ist dem Startermotor 11 ein Getriebe 12, beispielsweise ein Planetengetriebe nachgeschaltet.
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Das Starterrelais 6 ist elektromagnetisch ausgebildet und umfasst zwei bestrombare Relaiswicklungen 7, 15 sowie einen Hubanker 8, der bei Bestromung der ersten Relaiswicklung 7, die die Funktion einer Einzugswicklung hat, in diese axial hineingezogen wird. Der Hubanker 8 betätigt einen Einrückhebel 9, der eine Einspurfeder 13 beaufschlagt, welche auf einem Mitnehmer 14 eines Rollenfreilaufs aufsitzt. Das Starterritzel 2 ist abtriebsseitig mit dem Mitnehmer 14 gekoppelt, so dass die axiale Vorschubbewegung des Mitnehmers 14 in die gewünschte axiale Stellbewegung des Starterritzels 2 zwischen der Außerfunktions- und der Eingriffsposition mit dem Zahnkranz umgesetzt wird.
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Nach dem Einspuren wird der Startermotor 11 gestartet und die Welle 5 in Drehung versetzt, auf der das Starterritzel drehfest aufsitzt.
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Das Einschalten des Startermotors 11 erfolgt über eine Einschalteinrichtung 16, die in das Starterrelais 6 integriert ist. Der Stromkreis des Startermotors wird in der Einschalteinrichtung 16 mittels eines Schaltankers geschlossen, der bei Bestromung der zweiten Relaiswicklung 15 verstellt wird, welche die Funktion einer Schaltwicklung hat.
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Der Schaltvorrichtung 1 ist ein Regel- bzw. Steuergerät zugeordnet, über das die Funktionen des Starterrelais 6 sowie des Startermotors 11 gesteuert werden. Die Bestromung der Einzugswicklung 7 und der Schaltwicklung 15 erfolgt unabhängig voneinander. Dies ermöglicht verschiedene Verfahrensweisen, die je nach aktuellem Betriebszustand durchgeführt werden. Möglich sind insbesondere Einspurvorgänge in einen sich noch drehenden Zahnkranz der Brennkraftmaschine, beispielsweise bei einem Neustart kurz nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine, wenn das Starterritzel in den auslaufenden Zahnkranz eingespurt werden muss.
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In 2 ist ein Starterrelais 6 im Längsschnitt dargestellt. Das Starterrelais 6 weist zwei Relaiswicklungen 7, 15 auf, die in einem Gehäuse 18 des Starterrelais axial hintereinander liegend angeordnet sind und zwischen denen ein gehäuseseitiger Trennsteg 25 liegt. Die erste Relaiswicklung 7 dient als Einzugswicklung zum axialen Verstellen des im Starterrelais aufgenommenen Hubankers, welcher die Stellbewegung des Starterritzels bewirkt. Die zweite Relaiswicklung 15 ist der Einschalteinrichtung 16 zum Starten des elektrischen Startermotors zugeordnet und verstellt bei Bestromung einen Anker 20, der die Funktion eines Schaltankers hat und vorteilhafterweise von einem eine Rückstellfeder bildenden Federelement 26 in seine Ausgangsposition kraftbeaufschlagt ist. Bei Bestromung der Relaiswicklung 15 wird der Anker 20 gegen die Kraft des Federelements 26 axial in seine Einzugsposition verstellt, wodurch der Stromkreis geschlossen wird.
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Die Einschalteinrichtung 16 zum Ein- bzw. Ausschalten des elektrischen Startermotors ist in einen Gehäusedeckel 24 gebracht wird, der fest an der Stirnseite des Gehäuses 18 angeordnet ist. Zur Betätigung der Einschalteinrichtung 16 wird die Relaiswicklung 15 bestromt und der Anker 20 in Richtung auf einen Magnetkern 19 in die Einzugsposition verstellt, wodurch eine mit dem Anker 20 verbundene Schaltachse 27 ebenfalls verstellt und eine Kontaktbrücke 21 an der Schaltachse 27 in Anlage mit zwei Gegenkontakten 22 und 23 im Gehäusedeckel 24 gebracht wird.
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Das Federelement 26, das die Schaltachse 27 in die Ausgangsposition kraftbeaufschlagt, ist in einer Ausnehmung 28 in dem Gehäusedeckel 24 aufgenommen. Das Federelement 26 ist als eine Schraubenfeder ausgeführt, in die der vordere Abschnitt 27a der Schaltachse 27 hineinragt. Der vordere Abschnitt 27a der Schaltachse 27 befindet sich sowohl in der in 2 dargestellten Ausgangsposition als auch in der Einzugsposition zumindest teilweise innerhalb der als Sacklochbohrung ausgeführten Ausnehmung 28 in dem Gehäusedeckel 24 und wird von dem schraubenförmigen Federelement 26 umgriffen. Der Außendurchmesser des vorderen Abschnittes 27a entspricht dem Innendurchmesser des Federelementes 26, das mit seiner radial außen liegenden Mantelfläche an der Innenwand der Ausnehmung 28 anliegt. Somit ist eine spielfreie Führung des vorderen Abschnittes 27a in Radialrichtung in dem Gehäusedeckel 24 in allen axialen Positionen der Schaltachse 27 gewährleistet. Der vordere Abschnitt 27a der Schaltachse ist zylinderförmig ausgebildet.
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In 3 ist eine Ausführungsvariante dargestellt, bei der die Schaltachse 27 ebenfalls in allen axialen Positionen in der Ausnehmung 28 im Gehäusedeckel 24 geführt ist. Der vordere Abschnitt 27a der Schaltachse ist als stirnseitiger Führungstopf ausgebildet, der in Richtung der Ausnehmung 28 offen ausgebildet ist und das schraubenförmige Federelement 26, das sich am Boden der Ausnehmung 28 abstützt, aufnimmt. Der topfförmige, vordere Abschnitt 27a weist einen Außendurchmesser auf, der an den Innendurchmesser der Ausnehmung 28 im Gehäusedeckel 24 angepasst ist, so dass eine spielfreie Aufnahme des vorderen Abschnittes 27a in der Ausnehmung 28 gewährleistet ist. Die Außenfläche der Wandung des vorderen, topfförmigen Abschnitts 27a liegt in allen axialen Positionen der Schaltachse 27 auf Kontakt zur Innenwand der Ausnehmung 28.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß 4 ist in die Ausnehmung 28 im Gehäusedeckel 24 ein Führungselement 29 eingesetzt, dessen eine Stirnseite von einem Führungsteller gebildet ist, die am Boden der Ausnehmung 28 anliegt und den gleichen Durchmesser wie die Ausnehmung 28 besitzt. Das gegenüberliegende Ende des Führungselementes 29 ragt in eine Bohrung 30 ein, die in die Stirnseite der Schaltachse 27 eingebracht ist. Bei der axialen Verschiebung der Schaltachse 27 bleibt das Führungselement 29 unverändert in seiner Lage in der Ausnehmung 28. Je nach Auslenkungszustand der Schaltachse 27 ragt das Führungselement 29 mehr oder weniger weit axial in die Bohrung 30 in der Schaltachse ein.
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Der vordere Abschnitt 27a der Schaltachse 27 ragt in allen Positionen der Schaltachse in die Ausnehmung 28 axial hinein und wird von dem spiralförmigen Federelement 26 umgriffen. Benachbart zu der Kontaktbrücke 21 ist einteilig mit der Schaltachse 27 ein radial erweiterter Bund 31 ausgebildet, an dem sich das Federelement 26 abstützt. Der vordere Abschnitt 27a der Schaltachse 27 besitzt einen verhältnismäßig kleinen Außendurchmesser und liegt radial auf Abstand zu dem umgreifenden Federelement 26.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß 5 ist der vordere Abschnitt 27a der Schaltachse 27 als ein Nadelvorsprung ausgebildet, der sich in allen axialen Positionen der Schaltachse 27 in die Ausnehmung 28 im Gehäusedeckel 24 hineinerstreckt. Der Nadelvorsprung 27a weist einen reduzierten Außendurchmesser auf und wird von dem schraubenförmigen Federelement 28 umgriffen, wobei der Außendurchmesser des Nadelvorsprungs 27a geringer ist als der Innendurchmesser des Federelementes 28. In den Boden der Ausnehmung 28 ist eine Bodenvertiefung 32 eingebracht, in die ein Bund einer Führungsbuchse 33 hineinragt, die sich am Boden der Ausnehmung 28 im Gehäusedeckel 24 befindet. Die Führungsbuchse 33 weist eine zentrale Ausnehmung auf, in die der Nadelvorsprung 27a der Schaltachse 27 hineinragt. In allen axialen Positionen der Schaltachse 27, also sowohl in der Ausgangsposition als auch in der Einzugsposition, befindet sich der Nadelvorsprung 27a in der Führungsbuchse 33 und kann in der Einzugsposition gegebenenfalls bis in die Bodenvertiefung 32 hineinragen. Auf diese Weise ist auch beim Ausführungsbeispiel gemäß 5 eine Führung der Schaltachse 27 über den Gehäusedeckel 24 in allen axialen Positionen der Schaltachse gewährleistet.
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Auch bei 5 ist an der Schaltachse 27 benachbart zu der Kontaktbrücke 21 ein radial erweiterter Bund 31 angeformt, an der sich das Federelement 28 abstützt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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