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Die Erfindung bezieht sich auf ein elektromagnetisches Relais, insbesondere ein Starterrelais für eine Startvorrichtung einer Brennkraftmaschine, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Stand der Technik
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In der
DE 10 2005 021 227 A1 wird ein elektromagnetisches Starterrelais für eine Startvorrichtung beschrieben, über die eine Brennkraftmaschine gestartet wird. Die Startvorrichtung umfasst ein elektromotorisch angetriebenes Starterritzel, das mithilfe des Starterrelais zwischen einer axial zurückgezogenen Außereingriffsposition und einer vorgerückten Eingriffsposition verstellbar ist, in der das Starterritzel in einen Zahnkranz der Brennkraftmaschine eingreift. Beim Startvorgang wird das Starterrelais betätigt und die Stellbewegung des Hubankers des Starterrelais über einen Hebel in eine axiale Stellbewegung des Starterritzels übertragen. Kurz vor Erreichen der maximalen Auslenkung des Hubankers wird im Starterrelais eine Kontaktbrücke gegen zwei Gegenkontakte gedrückt, wodurch ein elektrischer Stromkreis zum Starten des Startermotors geschlossen und das Starterritzels drehend angetrieben wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße elektromagnetische Relais kann beispielsweise als Starterrelais für Startvorrichtungen zum Starten von Brennkraftmaschinen eingesetzt werden. Das Relais weist in einem Relaisgehäuse einen verstellbaren Anker auf, der durch Bestromen einer Relaiswicklung zwischen einer Ausgangsposition und einer Einzugsposition axial verstellbar ist. Bei einem Einsatz des Relais als Starterrelais verstellt der Anker ein Starterritzel der Startvorrichtung, das in Eingriff mit einem Zahnkranz der Brennkraftmaschine gebracht wird. Bei Betätigung des Starterrelais kann mit dem Erreichen einer Schaltposition ein elektrischer Stromkreis eines elektrischen Startermotors geschlossen werden, über den das Starterritzel drehend angetrieben wird. Das Schließen des elektrischen Stromkreises wird beispielsweise dadurch realisiert, dass der Anker ab Erreichen der Schaltposition eine Kontaktbrücke gegen zwei Gegenkontakte drückt, die in einem Gehäusebauteil des Relais aufgenommen sind.
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Im Relaisgehäuse ist eine Führungshülse fest angeordnet, die zur axialen Führung des Ankers dient. Der Anker bewegt sich axial innerhalb der Führungshülse. Die Führungshülse ist einteilig mit einem Wicklungsträger zur Aufnahme der bestrombaren Relaiswicklung ausgebildet, Wicklungsträger und Führungshülse sind aus Kunststoff gefertigt und bilden ein einteiliges Kunststoffbauteil. Diese Ausführung lässt sich zum einen kostengünstig herstellen, zum andern ist aufgrund der Einteiligkeit auch die Montage des Relais vereinfacht. Die Kunststoffausführung der Führungshülse weist zudem den Vorteil eines geringen Gewichtes auf.
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In die Wandung der Führungshülse sind über den Umfang verteilt Verstärkungsabschnitte eingebracht, die eine erhöhte Wandstärke besitzen, sowie zwischenliegende Reduktionsabschnitte, die eine reduzierte Wandstärke aufweisen. In Umfangsrichtung wechseln sich somit die Verstärkungsabschnitte erhöhter Wandstärke und die Reduktionsabschnitte reduzierter Wandstärke ab. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass die Reduktionsabschnitte im Kunststoff-Spritzgießverfahren mit geringer Wandstärke hergestellt werden können. Die Verstärkungsabschnitte weisen eine größere Wandstärke als die Reduktionsabschnitte auf und verleihen der Führungshülse eine ausreichend hohe Stabilität und ermöglichen außerdem die Herstellung der Führungshülse einschließlich des Wicklungsträgers im Kunststoff-Spritzgießverfahren.
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Ein weiterer Vorteil liegt in der reduzierten magnetischen Abschirmung durch die Reduktionsabschnitte mit reduzierter Wandstärke. Magnetische Verluste bei der Bestromung der Relaiswicklung werden durch die Reduktionsabschnitte mit reduzierter Wandstärke niedrig gehalten, so dass keine Kompensation der magnetischen Verluste durch eine Erhöhung der Windungsanzahl in der Relaiswicklung erforderlich ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführung weist die Führungshülse eine glatte Innenwand und eine gestufte Außenwand auf. Die glatte Innenwand gewährleistet eine sichere Führung des axial verschieblichen Ankers. Die gestufte Außenwand ermöglicht die Unterteilung der Führungshülse in die Reduktionsabschnitte und die Verstärkungsabschnitte.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung nehmen die Reduktionsabschnitte in der Führungshülse mindestens 50 % der Fläche der Führungshülsenwand ein. Es kann beispielsweise zweckmäßig sein, dass die Reduktionsabschnitte in der Führungshülse sich über 60 % oder mehr als 60 % der Fläche der Führungshülsenwand erstrecken. Dies gewährleistet, dass nur geringe magnetische Verluste im Betrieb des elektromagnetischen Relais auftreten und der Wirkungsgrad nicht oder zumindest nicht wesentlich reduziert ist. Die Verstärkungsabschnitte können gegebenenfalls in Umfangsrichtung so weit reduziert werden, dass die Verstärkungsabschnitte als Rippen ausgebildet sind, die sich in Achsrichtung erstrecken.
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Die Verstärkungsabschnitte in der Führungshülse aus Kunststoff weisen beispielsweise eine Wandstärke von maximal 1.5 mm auf. Es kann ausreichend sein, eine Wandstärke von maximal 1.0 mm für die Verstärkungsabschnitte vorzusehen. Die Reduktionsabschnitte in der Führungshülse weisen dagegen eine Wandstärke auf, die insbesondere nur maximal halb so groß ist wie die Wandstärke der Verstärkungsabschnitte, beispielsweise maximal 0.5 mm, insbesondere maximal 0.3 mm.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung weist das Relaisgehäuse einen die Führungshülse aufnehmenden Aufnahmeabschnitt auf, der komplementär zur Führungshülse ausgebildet ist. Dementsprechend besitzt auch der zylindrische Aufnahmeabschnitt im Relaisgehäuse in Umfangsrichtung sich abwechselnde Bereiche mit reduzierter und erhöhter Wandstärke, die sich bevorzugt an der Innenwand des zylindrischen Aufnahmeabschnittes befinden, wohingegen die Außenwand glatt ausgebildet ist. Im montierten Zustand ragt die Führungshülse in den zylindrischen Aufnahmeabschnitt im Relaisgehäuse hinein, wobei jedem Reduktionsabschnitt an der Führungshülse ein verstärkter Bereich am zylindrischen Aufnahmeabschnitt zugeordnet ist und jedem Verstärkungsabschnitt in der Führungshülse ein Bereich mit reduzierter Wandstärke im zylindrischen Aufnahmeabschnitt zugeordnet ist. Auf diese Weise ist eine in Umfangsrichtung formschlüssige Verbindung zwischen dem Relaisgehäuse und der Führungshülse gegeben.
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Gemäß noch einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ragt die Führungshülse axial über den Wicklungsträger hinaus. Am Wicklungsträger ist ein radial überstehender Begrenzungskragen angeformt, der den Aufnahmebereich zur Aufnahme der Relaiswicklung axial begrenzt und über den die Führungshülse axial hinaussteht. Der Begrenzungskragen weist über den Umfang verteilt Segmente mit reduzierter Wandstärke auf. Benachbarte Segmente sind über jeweils eine axiale Rippe mit erhöhter Wandstärke separiert, welche dem Begrenzungskragen eine ausreichend hohe Steifigkeit verleiht und außerdem die Herstellung des Begrenzungskragens im Kunststoff-Spritzgießverfahren ermöglicht. Vorteilhafterweise erstrecken sich Segmente mit reduzierter Wandstärke bis zum Außenrand des Begrenzungskragens, radial nach innen liegen diese jedoch auf Abstand zu der Führungshülse.
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Die Erfindung bezieht sich des Weiteren auf eine Startvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, die mit einem vorbeschriebenen Relais als Starterrelais ausgestattet ist, um das Starterritzel der Startvorrichtung zwischen einer Außerfunktionsposition und einer Eingriffsposition mit einem Zahnkranz der Brennkraftmaschine zu verstellen.
- 1 eine Startvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einem elektromagnetischen Starterrelais zum Verstellen eines Starterritzels und zum Starten eines Startermotors,
- 2 einen Schnitt längs durch das Starterrelais,
- 3 eine perspektivische Ansicht eines Kunststoff-Wicklungsträgers des Starterrelais mit einteilig ausgebildeter Führungshülse,
- 4 ein Relaisgehäuse des Starterrelais,
- 5 eine Draufsicht auf das Relaisgehäuse mit eingesetztem Wicklungsträger und Führungshülse.
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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 eine bestrombare Relaiswicklung 7 sowie einen Anker 8 umfasst, der bei Bestromung der Relaiswicklung 7 in diese axial hineingezogen wird. Der Anker 8 ist über einen Einrückhebel 9 kinematisch mit dem Starterritzel 2 gekoppelt, so dass die axiale Verstellbewegung des Ankers 8 zwischen einer Ruheposition und einer Verstellposition in eine korrespondierende axiale Stellbewegung des Starterritzels 2 zwischen der Außerfunktionsposition und der Eingriffsposition eingesetzt wird.
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Die drehende Antriebsbewegung der Welle 5 bzw. des Starterritzels 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 werden 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 einer axialen Stellbewegung des Ankers 8 bei Betätigung des Starterrelais 6 wird bei Erreichen der Schaltposition durch die Stellbewegung des Ankers 8 der elektrische Stromkreis des Startermotors 11 geschlossen, so dass sich der Startermotor 11 in Bewegung setzt und die Welle 5 sowie das Starterritzel 2 drehend antreibt. Das Schließen des Stromkreises des Startermotors 11 wird dadurch bewirkt, dass der Anker 8 ein Schaltglied, das Träger einer elektrisch leitenden Kontaktbrücke ist, gegen zwei Gegenkontakte 13, 14 im Stromkreis verstellt, so dass die Gegenkontakte 13, 14 über die Kontaktbrücke elektrisch miteinander verbunden werden.
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Wie der Schnittdarstellung gemäß 2 durch das Starterrelais 6 zu entnehmen, weist das Starterrelais 6 in einem Relaisgehäuse 15 den axial verstellbaren Anker 8 auf, der bei einer Bestromung der als Einzugswicklung fungierenden Relaiswicklung 7 axial in das Relaisgehäuse 15 hineingezogen wird.
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Fest mit dem Anker 8 ist ein Stößel 17 verbunden, der mit dem Einrückhebel 9 (1) verbunden ist. Die axiale Stellbewegung des Ankers 8 wird über den Stößel 17 und die Kopplung zum Einrückhebel 9 auf das Starterritzel übertragen.
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Der Anker 8 wird von einer Ankerrückstellfeder 18 in die Ausgangs- bzw. Außerfunktionsposition kraftbeaufschlagt. Bei einer Bestromung der Wicklung 7 wird der Anker 8 gegen die Kraft der Ankerrückstellfeder 18 in das Relaisgehäuse 15 in Richtung auf einen Magnetkern 19 hineingezogen. Die Ankerrückstellfeder 18 stützt sich an dem Magnetkern 19 ab.
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Zum Einschalten des elektrischen Startermotors wird eine Kontaktbrücke 20 gegen die zwei Gegenkontakte 13, 14, die im Stromkreis des elektrischen Startermotors liegen, gedrückt. Die Gegenkontakte 13, 14 sind in einem Gehäusedeckel 16 aufgenommen, der an der Stirnseite des Relaisgehäuses 15 liegt. Die Kontaktbrücke 20 ist axial verschiebbar über einen Isolator mit einer Schaltstange 21 verbunden, die koaxial zum Anker 8 bzw. dem Stößel 17 angeordnet und im Relaisgehäuse 15 axial verschiebbar entlang der Längsachse 24, die zugleich die Längs- und Verstellachse des Ankers 8 darstellt, gelagert ist. Der Verbund von Kontaktbrücke 20 und Schaltstange 21 wird von einer Kontaktrückstellfeder 22 beaufschlagt, die an dem Gehäusedeckel 16 abgestützt ist und auf der den Gegenkontakten 13, 14 zugewandten Seite an der Stirnseite der Schaltstange 21 anliegt. Zum Schließen des elektrischen Kontaktes muss die Kontaktbrücke 20 gegen die Kraft der Kontaktrückstellfeder 22 verstellt werden.
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Die freien Stirnseiten von Stößel 17 und Schaltstange 23 sind einander zugewandt, jedoch im nicht-bestromten Zustand des Starterrelais 6 axial voneinander beabstandet. Mit dem Bestromen der Relaiswicklung 7 wird der Anker 8 in Richtung auf den Magnetkern 19 gezogen, wodurch die Stirnseite des Stößels 17 in Kontakt mit der Stirnseite der Schaltstange 21 gelangt und diese gegen die Kraft der Kontaktrückstellfeder 22 in Richtung eines elektrischen Kontaktes der Kontaktbrücke 20 mit den Gegenkontakten 13, 14 verstellt. Bis zum Erreichen des Kontaktes zwischen Stößel 17 und Schaltstange 21 muss der Anker 8 gegen die Kraft der Ankerrückstellfeder 18 bewegt werden.
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Die Kontaktbrücke 20 wird außerdem von einer Kontaktdruckfeder 23 über einen koaxial zur Schaltstange 21 verschiebbaren Isolator kraftbeaufschlagt, die sich an der Schaltstange 21 abstützt. Die Kontaktdruckfeder 23 ist der Wirkrichtung der Kontaktrückstellfeder 22 entgegengesetzt und spannt die Kontaktbrücke 20 zwischen der Schaltposition und der Einzugsposition gegen die Gegenkontakte 13, 14 vor.
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Der Anker 8 bewegt sich axial entlang der Längsachse 24 im Relaisgehäuse 15 und wird von einer gehäusefesten Führungshülse 25 geführt, die in der Öffnung im Relaisgehäuse 15 angeordnet ist. Die Führungshülse 25 ist einteilig mit einem Wicklungsträger 26 ausgebildet und befindet sich axial an der Stirnseite des Wicklungsträgers 26, der die Relaiswicklung 7 aufnimmt. Wicklungsträger 26 und Führungshülse 25 bilden ein gemeinsames, einteilig ausgebildetes Kunststoffbauteil, das im Kunststoff-Spritzgießverfahren hergestellt wird. Die Führungshülse 25 erstreckt sich axial über einen Begrenzungskragen 27 hinaus, der Teil des Wicklungsträgers 26 ist und den Aufnahmeraum zur Aufnahme der Relaiswicklung 7 axial begrenzt.
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In 3 sind der Wicklungsträger 26 und die Führungshülse 25, die ein einteiliges Kunststoffbauteil bilden, in perspektivischer Darstellung gezeigt. An der Außenseite der Wandung der Führungshülse befinden sich über den Umfang verteilt abwechselnd Verstärkungsabschnitte 28 und Reduktionsabschnitte 29. Die Verstärkungsabschnitte 28 weisen eine größere Wandstärke auf, die beispielsweise im Bereich von 1.0 mm liegt, wohingegen die Reduktionsabschnitte 29 eine reduzierte Wandstärke besitzen, die beispielsweise in der Größenordnung von 0.3 mm liegt. Die Reduktionsabschnitte 29 weisen in Umfangsrichtung eine größere Erstreckung auf als die Verstärkungsabschnitte 28, so dass entsprechende Reduktionsabschnitte 29 eine größere Fläche einnehmen als die Verstärkungsabschnitte 28. Beispielsweise nehmen die Reduktionsabschnitte 29 mindestens 60 % der Fläche an der Außenseite der Führungshülse 25 ein und die Verstärkungsabschnitte 28 entsprechend maximal 40 % der Fläche. Verstärkungsabschnitte 28 und Reduktionsabschnitte 29 befinden sich an der Außenseite der Führungshülse 25, so dass die Außenwand stufenförmig ausgebildet ist, wohingegen die Innenwand der Führungshülse glatt ausgeführt ist. Die Verstärkungsabschnitte 28 und die Reduktionsabschnitte 29 sind in der Draufsicht rechteckförmig ausgebildet, die Begrenzungslinien zwischen den Verstärkungs- und Reduktionsabschnitten verlaufen achsparallel. Sowohl die Verstärkungsabschnitte 28 als auch die Reduktionsabschnitte 29 erstrecken sich über die gesamte axiale Länge der Führungshülse 25, die axial über den Wicklungsträger 26 hinaussteht.
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Der Begrenzungskragen 27 separiert den Aufnahmeraum im Wicklungsträger 26 axial von der Führungshülse 25. Auf der der Führungshülse 25 zugewandten Seite weist der Begrenzungskragen 27 über den Umfang verteilt Segmente 30 auf, die eine reduzierte Wandstärke aufweisen, wobei benachbarte Segmente 30 von einer Rippe 31 mit erhöhter Wandstärke separiert sind. In Radialrichtung erstrecken sich die Segmente 30 bis zum Außenrand des Begrenzungskragens, radial nach innen jedoch liegen die Segmente 30 auf Abstand zur Außenseite der Führungshülse 25.
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Die Reduktionsabschnitte 29 an der Außenwand der Führungshülse 25 gewährleisten, dass das magnetische Feld, das bei einer Bestromung der Relaiswicklung 7 erzeugt wird, durch die Führungshülse 25 nicht oder zumindest nicht wesentlich geschwächt wird.
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Wie 4 in Verbindung mit 2 zu entnehmen, weist das Relaisgehäuse 15 an einer axialen Stirnseite einen axial überstehenden, hülsenförmigen Aufnahmeabschnitt 32 zur Aufnahme der Führungshülse 25 auf. Der Aufnahmeabschnitt 32 ist an seiner Innenwand komplementär zur Außenwand der Führungshülse 25 ausgebildet und weist abwechselnd reduzierte Bereiche 33 und verstärkte Bereiche 34 auf. Die reduzierten Bereiche 33, die eine geringere radiale Wandstärke besitzen, sind den Verstärkungsabschnitten 28 an der Führungshülse 25 zugeordnet, die verstärkten Bereiche 34, die eine größere radiale Wandstärke besitzen, den Reduktionsabschnitten 29 an der Führungshülse 25.
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In der Zusammenbauposition, die in 5 dargestellt ist, ragen die Verstärkungsabschnitte 28 und die Reduktionsabschnitte 29 formschlüssig in die zugeordneten Bereiche 33 und 34 im hohlzylindrischen Aufnahmeabschnitt 32 des Relaisgehäuses 15 ein und gewährleisten in Drehrichtung einen Formschluss zwischen der Führungshülse 25 und dem Relaisgehäuse 15.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005021227 A1 [0002]
