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Die Erfindung betrifft ein Starterrelais gemäß dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs, ein derartiges Starterrelais ist aus der
DE 101 25 506 A1 bekannt.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Starterrelails zur Verwendung mit einem elektrischen Anlasser, diese werden im Stand der Technik auch häufig als Ritzelstarter bezeichnet, beschrieben.
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In Kraftfahrzeugen ist es üblich einen Verbrennungskraftmaschine zum Starten durch den Anlasser auf ihre Startdrehzahl zu beschleunigen und dann im befeuerten Betrieb zu betreiben. Dieses Beschleunigen erfolgt zweistufig, zunächst wird das sogenannte Starterritzel in einen Starterkranz eingespurt und danach bringt der Anlasser ein Starterdrehmoment auf die Verbrennungskraftmaschine auf und beschleunigt diese auf Startdrehzahl. Zum Einspuren wird ein als elektromechanischer Aktuator ausgebildetes Starterrelais verwendet. Erst wenn das Starterritzel eingespurt ist, stellt das Starterrelais die elektrische Stromversorgung für den Anlasser her und erst dann kann dieser die Verbrennungskraftmaschine beschleunigen.
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Dabei ist es bekannt das Starterritzel insgesamt mittels einer Dichtungsmembran gegenüber Schmutzeintritt zu schützen, die
DE 101 25 506 A1 schlägt für diesen Zweck eine Gummimembran vor, welche fest mit einer Gehäusewand verbunden und außerhalb des Starterrelais angeordnet ist. Durch die Bewegung des Magnetankers in der Erregerspule wird das Starterrelais mit einem Überdruck beaufschlagt, welcher durch eine zusätzliche Öffnung im Starterrelais ausgeglichen wird.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung ein Starterrelais mit verbessertem Betriebsverhalten zur Verfügung zu stellen, diese Aufgabe wird durch eine Starterrelais gemäß dem ersten Patentanspruch gelöst, zu bevorzugende Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Unter einem Starterrelais ist im Sinne der Erfindung ein elektromechanischer Aktuator zur Verwendung mit einem elektrischen Anlasser für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs zu verstehen. Dabei ist das Starterrelais insbesondere dazu eingerichtet einen Stromkreis zur Versorgung eines Anlassers für eine Verbrennungskraftmaschine zu schließen oder zu öffnen.
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Unter einem Kontaktierungsraum, welcher im Relaisgehäuse des Starterrelais angeordnet ist, ist ein Bereich des Relaisgehäuses zu verstehen, innerhalb dessen elektrische Kontakte und eine Kontaktierungsplatte angeordnet sind. Dabei ist die Kontaktierungsplatte zwischen einer Kontaktierungsposition, in welcher diese zwei dieser elektrischen Kontakte miteinander elektrisch leitend verbindet, und einer weiteren Position, in welcher ein solcher Kontakt nicht besteht, hin und her bewegbar. Durch das Herstellen des elektrischen Kontakts ist der Anlasser mit elektrischem Strom versorgbar.
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Im Sinne der Erfindung ist unter einer elektromagnetischen Spulenanordnung eine Anordnung zu verstehen, welche zumindest eine elektromagnetische Spule aufweist, bei welcher also elektrische Leiter in einer Kreisringquerschnittsfläche um eine zu dieser Querschnittsfläche orthogonale Spulenachse angeordnet sind. Insbesondere weist diese Spule also einen kreisringförmigen Querschnitt auf und erstreckt sich, ausgehend von diesem Querschnitt entlang einer Spulenachse, so dass sich ein rohrartiger Körper ergibt. Vorzugsweise ist diese Spulenanordnung in dem Relaisgehäuse angeordnet. Unter dem radial innerhalb dieses Querschnitts der Spulenanordnung liegenden Raums ist insbesondere ein Spuleninnenraum beziehungsweise der Innenraum der Spule zu verstehen.
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Im Sinne der Erfindung ist unter einem Einrücker ein mittels der Spulenanordnung mit einer Kraft beaufschlagbares Bauteil zu verstehen, welches mittels dieser Kraft entlang der Spulenachse verschiebbarer ist. Dabei ist der Einrücker wenigstens abschnittsweise in diesem Innenraum der Spule angeordnet, da hier das stärkste Magnetfeld mittels der Spulenanordnung erzeugbar ist. Weiter ist der Einrücker vorzugsweise dazu eingerichtet eine Kraft zum Einspuren eines Ritzels in einen Starterkranz aufzubringen.
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Unter einem Kontaktpin ist im Sinne der Erfindung Bereich der Kontaktierungsplatte zu verstehen, auf welchen vom Einrücker eine Kraftwirkung übertragbar ist, um die Kontaktierungsplatte von ihrer weiteren Position in die Kontaktierungsposition zu bewegen. Vorzugsweise ist unter dem Kontaktpin ein erhabener Bereich der Kontaktierungsplatte zu verstehen, welcher in Richtung des Einrückers erhaben ist.
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Im Sinne der Erfindung ist unter einem Druckausgleichskanal ein Kanal innerhalb des Einrückers oder im Bereich zwischen dem Einrücker und der Spulenanordnung oder in der Spulenanordnung zu verstehen, welcher im Bereich eins axialen Endes des Einrückers beginnt, welches der Kontaktierungsplatte beziehungsweise dem Kontaktierungsraum zugewandt ist und zum Abführen eines Überdrucks aus dem geometrisch zwischen dem Einrücker und der Kontaktierungsplatte liegenden Innenraumbereich der Spulenanordnung eingerichtet ist.
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Zum Erreichen dieses Druckausgleichs verbindet der Druckausgleichskanal den genannten Innenraumbereich der Spulenanordnung mit einem anderen Raumbereich des Starterrelais oder vorzugsweise mit der das Starterrelais umgebenden Umwelt. Vorzugsweise verbindet der Druckausgleichskanal diesen Innenraumbereich der Spulenanordnung (hinter dem Einrücker) mit dem Bereich auf der anderen axialen Seite des Einrückers (vor dem Einrücker).
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Unter dem Verbinden durch den Druckausgleichskanal ist in diesem Sinne eine fluidleitende Verbindung zu verstehen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist im Starterrelais eine Dichtungseinrichtung angeordnet. Dabei ist diese Dichtungseinrichtung dazu eingerichtet, den Spulen Innenraumbereich, welcher im Bereich hinter dem Einrücker, also auf der der Kontaktierungsplatte zugewandten Seite des Einrückers liegt, fluiddicht vom Kontaktierungsraum abzutrennen. Vorzugsweise weist die Dichtungseinrichtung als ein Dichtungselement eine Dichtungsmembran und bevorzugt einen Dichtungsring, insbesondere einen Oring, auf. Vorzugsweise ist diese Dichtungseinrichtung im Bereich eines axialen Endes der Spulenanordnung angeordnet, welches der Kontaktierungsplatte zugewandt ist. Insbesondere mittels einer derartigen Dichtungseinrichtung ist es ermöglicht, ein Eindringen von Feuchtigkeit in den Kontaktierungsraum über den Spuleninnenraum zu verhindern.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Druckausgleichskanal im, bzw. am Einrücker angeordnet und erstreckt sich von einem axialen Ende des Einrückers zum gegenüberliegenden Ende dieses Einrückers. Vorzugsweise versäuft der Druckausgleichskanal wenigstens abschnittsweise, vorzugsweise aber vollständig, in Richtung der Spulenachse. Insbesondere da der Einrücker ein mechanisch einfaches Bauteil ist, ist es bevorzugt den Druckausgleichskanal im Einrücker anzuordnen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Druckausgleichskanal als eine Ausnehmung im Einrücker ausgeführt. Dabei ist unter einer Ausnehmung bildlich gesprochen ein Materialabtrag von der, wenigstens im Wesentlichen, kreisrunden Querschnittsfläche des Einrückers zu verstehen, vorzugsweise also eine Abflachung, bevorzugt eine nutartige Ausnehmung und besonders bevorzugt eine Ausnehmung, welche vollständig innerhalb dieser Querschnittsfläche angeordnet ist. Vorzugsweise ist eine nutartige Ausnehmung auf einer der Spulenanordnung zugewandten radialen Außenfläche des Einrückers angeordnet und verläuft weiter vorzugsweise parallel zur Spulenachse. Insbesondere eine derartige nutartige Ausnehmung ist besonders einfach zu fertigen. Insbesondere eine Ausnehmung welche vollständig innerhalb der Querschnittsfläche des Einrückers angeordnet ist, insbesondere eine Bohrung, beeinflusst den Luftspalt zwischen der Spulenanordnung und dem Einrücker nicht und somit ist eine besonders große Kraft auf den Einrücker weiterhin übertragbar.
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Weiter vorzugsweise verläuft der Druckausgleichskanal wenigstens abschnittsweise als nutartige Ausnehmung und abschnittsweise als Ausnehmung innerhalb der Querschnittsfläche des Einrückers.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Dichtungseinrichtung, vorzugsweise die Dichtungsmembran, formschlüssig, kraftschlüssig, stoffschlüssig oder mit einer Kombination aus mehreren der zuvor genannten Verbindungsarten fluiddicht mit der Spulenanordnung verbunden. Vorzugsweise ist die Dichtungseinrichtung mit der Spulenanordnung verklebt. Weiter vorzugsweise ist die Dichtungseinrichtung, insbesondere mit der Spulenanordnung, gegenüber einem Gehäuseabschnitt geklemmt. Insbesondere durch das formschlüssige Verbinden der Dichtungseinrichtung mit der Spulenanordnung bzw. das klemmen dieser Dichtungseinrichtung ist eine hohe Dichtigkeit an der Verbindungsstelle erreichbar.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Dichtungseinrichtung eine Federeinrichtung auf, welche insbesondere eine Radialkraft auf die Spulenanordnung bzw. auf einen Gehäuseabschnitt aufbringbar ist, umso die Dichtungseinrichtung gegenüber der Spulenanordnung zu fixieren. Vorzugsweise ist eine solche Dichtungseinrichtung mit Federeinrichtung als eine Dichtungsmembran ausgeführt, welche eine im Bereich des Aussenumfangs verlaufende Feder aufweist. Vorzugsweise ist die Federeinrichtung als eine radial umlaufende Federeinrichtung ausgebildet und weiter vorzugsweise ist unter der Federeinrichtung eine Kunststoff oder Metallfeder zu verstehen. Vorzugsweise ist die Dichtungseinrichtung mit Federeinrichtung zusätzlich in ihrem radial äußeren Bereich in eine nutartige Ausnehmung eingesetzt. Insbesondere durch eine Dichtungseinrichtung mit einer Federeinrichtung ist eine besonders einfache Montage der Dichtungseinrichtung ermöglicht.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Dichtungseinrichtung als Dichtungsmembran ausgebildet. Die Dichtungsmembran ist in einem Kontaktbereich durch ein Verstärkungsmaterial, gegenüber mechanischen Einflüssen, stärkt. Vorzugsweise ist unter dem Kontaktbereich ein Bereich der Dichtungsmembran zu verstehen, welcher von der einen Seite durch den Einrücker kontaktierbar ist bzw. durch ein mit dem Einrücker verbundenes Bauteil (mittelbare Kontaktierung durch den Einrücker) und auf der gegenüberliegenden Seite ist der Kontaktbereich durch den Kontaktpin kontaktierbar bzw. durch ein mit dem Kontaktpin verbundenes Bauteil (mittelbare Kontaktierung durch den Kontaktpin).
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Vorzugsweise ist unter einem Verstärkungsmaterial auch eine größere dicke der Dichtungsmembran als im übrigen Bereich dieser zu verstehen. Vorzugsweise ist unter einem Verstärkungsmaterial ein artunterschiedlicher Werkstoff im Vergleich zum übrigen Werkstoff der Dichtungsmembran zu verstehen, vorzugsweise ein duroplastischer oder thermoelastischer Kunststoff und bevorzugt ein Metallwerkstoff.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Verstärkermaterial als eine Platte ausgebildet, welche weiter vorzugsweise mit der Dichtungsmembran stoffschlüssig verbunden ist. Vorzugsweise ist das Verstärkungsmaterial mit der Dichtungsmembran verklebt und bevorzugt mit der Dichtungsmembran verschweißt. Insbesondere durch die Verwendung eines Verstärkungsmaterials im Kontaktbereich ist dieser besonders beanspruchte Bereich der Dichtungsmembran länger haltbar und somit ist ein verbessertes Starterrelais erreichbar.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Kontaktierungsraum durch die Dichtungseinrichtung fluiddicht gegenüber der das Starterrelais umgebenden Umwelt abgeschlossen. Insbesondere mittels eines derartigen hermetisch abgeschlossenen Kontaktierungsraum ist eine besonders hohe Sicherheit gegenüber Verunreinigungen erreichbar und dies verbessert die elektrische Kontaktierung der elektrischen Kontakte durch die Kontaktierungsplatte.
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In einer weiter bevorzugten Ausführungsform weist das Starterrelais im Bereich des Kontaktierungsraums einen weiteren Druckausgleichkanal auf, welcher diesen Kontaktierungsraum mit der diesen umgebenden Umwelt fluidleitend verbindet. Dabei ist dieser weitere Druckausgleichskanal derart gestaltet, dass durch diesen Wasser oder Wasserdampf austreten kann aber nicht eintreten. Insbesondere mittels eines solchen Druckausgleichskanals ist es ermöglicht, dass beispielsweise unplanmäßig in den Kontaktierungsraum gelangtes Kondenswasser durch diesen weiteren Druckausgleichskanal entweicht und somit die elektrische Kontaktierung zwischen der Kontaktierungsplatte und den elektrischen Kontakten verbessert ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist diese eine Magnetkontaktfläche auf. Vorzugsweise erstreckt sich diese Magnetkontaktfläche in den Innenraum der Spulenanordnung und ist vom Einrücker kontaktierbar oder wenigstens beinahe kontaktierbar, wenn der Einrücker die Kontaktierungsplatte in ihrer Kontaktposition hält. Dabei ist die Magnetkontaktfläche vorzugsweise magnetisch leitend mit der Spulenanordnung verbindbar, beziehungsweise wird von einem von dieser erzeugbaren magnetischen Feld durchsetzt. Insbesondere mittels einer derartigen Ausführungsform der Erfindung ist es ermöglicht, von der Magnetkontaktfläche, wenn der Einrücker die Kontaktierungsplatte in ihre Kontaktposition bewegt hat und dort hält, eine magnetische Anziehungskraft auf den Einrücker auszuüben. Insbesondere mittels dieser magnetischen Anziehungskraft ist es ermöglicht, den Einrücker sicher in der zuvor beschriebenen Position zu halten.
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Erfindungsgemäß wird das Starterrelais mit verbessertem Druckausgleich mit einem Ritzelstarter für eine Verbrennungskraftmaschine in einem Kraftfahrzeug verwendet.
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1 zeigt eine Schnittdarstellung eines Starterrelais,
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2 zeigt eine Schnittdarstellung eines weiteren Starterrelais.
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Nachfolgend sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung und Merkmale anhand der teilweise schematisierten Figuren näher erläutert, dabei zeigt:
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1: eine Längsschnittdarstellung eines Starterrelais,
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2: eine Längsschnittdarstellung eines weiteren Starterrelais.
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In 1 ist eine Längsschnittdarstellung eines Starterrelails 1 dargestellt. Das Starterrelais 1 weist einen Einrücker 8 auf, welcher wenigstens teilweise im Innenraum 9 der Spulenanordnung 6 aufgenommen ist. Wird die Spulenanordnung 6 bestromt, wird aufgrund der Lenzschen Regel, eine Kraft auf den Einrücker 8 ausgeübt und dieser bewegt sich entlang der Spulenachse 7. Durch diese Bewegung des Einrückers 8 entlang der Spulenachse 7 wird die Kontaktierungsplatte 5 entgegen der Federvorspannung der Feder 23 in Richtung auf die elektrischen Kontakte 4 bewegt.
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Berührt die Kontaktierungsplatte 5 die elektrischen Kontakte 4 so sind diese elektrisch leitend miteinander verbunden. Durch diese elektrisch leitende Verbindung kann dem Ritzelstarter (nicht dargestellt) elektrischer Strom zugeführt werden. Das Gehäuse 2 des Starterrelais 1 ist mittels der Oringdichtungen 21, 20 gegenüber dem Eindringen von Schmutz und Wasser aus der das Starterrelais umgebenden Umwelt abgedichtet. Zur Zentrierung der Kontaktierungsplatte 5 im unbetätigten, bzw. unbestromten Zustand der Spulenanordnung 6 ist die Spiralfeder 22 vorgesehen, welche mit der Feder 23 zu diesem Zweck zusammenwirkt.
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Vom Einrücker 8 ist über den Kontaktpin 10 die Kraft auf die Kontaktierungsplatte 5 übertragbar. Zur Abdichtung des Kontaktierungsraums 3 gegenüber dem Innenraum 9 der Spulenanordnung 6 weist das Starterrelais 1 eine Dichtungsmembran 14 auf. Dabei ist die Dichtungsmembran 14 im Kontaktbereich mit dem Einrücker 8 und dem Kontaktpin 10 durch eine Verstärkungsplatte 19 aus Metall verstärkt.
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Die Dichtungsmembran 19 weist eine radial umlaufende Feder 22 auf, mit welcher dieser gegen die Spulenanordnung 6 gedrückt wird. Wird das Starterrelais betätigt bewegt sich der Einrücker 8 in der Regel mit hoher Geschwindigkeit im Innenraum 9 der Spulenanordnung 6 in Richtung zum Kontaktierungsraum 3 und verschiebt dabei die Kontaktierungsplatte 5 über den Kontaktpin 10 in ihre Kontaktposition in welcher sie die elektrischen Kontakte 4 elektrisch leitend miteinander verbindet. Durch diese Bewegung entsteht im Innenraumbereich 13 ein Überdruck, da der Luftspalt zwischen der radialen Außenfläche 17 und der diesem gegenüberliegenden Innenfläche der Spulenanordnung zum Erzielen hoher Kraftwerte klein gewählt ist und so die Luft aus dem Innenraumbereich 13 nur langsam entweicht. Dieser Überdruck wirkt sich negativ auf den Kontaktierungsraum 3, insbesondere auf die Oringdichtung 21 und auf die Steuerbarkeit des Einrückers 8 aus.
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Zur Druckentlastung dieses Innenraumbereichs 13 während der Betätigung des Einrückers 8 sind Druckausgleichskanäle 11 vorgesehen, welche sich durch den Einrücker 8 hindurch erstrecken und an der Stirnseite 12 des Einrückers 8 beginnen.
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Weiter weist die Spulenanordnung magnetische Kontaktflächen 24 auf. Diese Flächen 24 sind dabei derart im Innenraumbereich 13 angeordnet, dass in einem Fall, in welchem der Einrücker 8 die Kontaktierungsplatte 5 in ihre Kontaktposition bewegt hat und dort hält, eine zusätzliche magnetische Anziehungskraft auf diesen ausgeübt wird und der Einrücker 8 damit besonders sicher in dieser Position gehalten wird. Mittels der magnetischen Kontaktflächen 24 ist das sogenannte Relaisschnattern verhinderbar.
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2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung in einer Längsschnittdarstellung, dabei wird nachfolgend, wenigstens im Wesentlichen, auf die Unterschiede zwischen der in 1 dargestellten Ausführungsform und der in 2 dargestellten Ausführungsform eingegangen.
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Der Kontaktierungsraum 3 weist einen weiteren Druckausgleichskanal 16 auf. Dabei ist der Druckausgleichskanal 16 derart gestaltet, dass durch diesen Überdruck und Feuchtigkeit aus dem Kontaktierungsraum 3 entweichen kann, jedoch keine Feuchtigkeit in diesen eindringen kann. Mittels des weiteren Druckausgleichskanal ist es vermeidbar, dass ein Druckausgleich im Kontaktierungsraum 3 über Dichtungen hinweg erreicht wird und so ist die Gefahr verringerbar, dass über diese Dichtungen Verunreinigungen in den Kontaktierungsraum gelangen. Der Kontaktierungsraum 3 ist gegenüber dem Innenraumbereich 13 durch die Dichtringdichtung 15 abgedichtet. Die Dichtringdichtung 15 berührt dabei den Kontaktpin 10. Insbesondere in dieser Ausführungsform der Erfindung ist eine besonders einfache Kontaktierung des Kontaktpins 10 mit dem Einrücker 8 ermöglicht. Die Dichtungsringe 15 weisen insbesondere in radialer Richtung eine relativ geringe Steifigkeit auf um ein relativ großes Toleranzfeld bei der Fertigung des Kontaktpins 10 und so eine kostengünstige Fertigung zu ermöglichen.
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Auch in 1 ist kann ein weiterer Druckausgleichskanal (analog Bezugszeichen 16 in 2) vorhanden sein, da bei Betätigung des Relais im Kontaktierungsraum 3 ein Überdruck entstehen dann, der abgebaut wird. Bei der in 1 dargestellten Konfiguration ohne den weiteren Druckausgleichskanal wird erfahrungsgemäß den Druck über einen der O-Ringe ausgleichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10125506 A1 [0001, 0004]
