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Die Erfindung bezieht sich auf ein Relais, insbesondere einer Startvorrichtung mit einer weiteren elektrischen Baueinheit, die ein Widerstandsbauteil aufweist. Dieses Widerstandsbauteil ist insbesondere ein Widerstand mit einem negativen Temperaturkoeffizienten (NTC-Widerstand).
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Stand der Technik
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In der
DE 41 06 247 C1 wird eine Startvorrichtung mit einem elektrischen Startermotor und einem Starterrelais zur Überführung eines Starterritzels zwischen einer Außereingriffsposition und einer Eingriffsposition mit einem Zahnkranz einer Brennkraftmaschine beschrieben. Nach dem Erreichen der Eingriffsposition wird das Starterritzel von dem elektrischen Startermotor angetrieben. Für eine insgesamt weniger von der Temperatur abhängige Funktion ist die Erregerwicklung des Starterrelais mit einer Parallelschaltung aus einem NTC-Widerstand (Negative Temperature Coefficient) und einem Ohm'schen Widerstand in Reihe geschaltet. Der NTC-Widerstand leitet den elektrischen Strom bei hohen Temperaturen besser als bei tiefen Temperaturen und begrenzt hierdurch den Relaisstrom, der aufgrund eines PTC-Verhaltens (Positive Temperature Coefficient) der Relaiswicklung bei tiefen Temperaturen erhöht ist. Die damit einhergehende erhöhte Einzugskraft, die auf das Starterritzel wirkt, kann über das NTC-Widerstandselement kompensiert werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Relais, insbesondere einer Startvorrichtung, mit einer weiteren elektrischen Baueinheit ist so gestaltet, dass wenigstens ein Bauteil der Baueinheit so ausgeführt ist, dass das Bauteil zur mechanischen Verbindung mit dem Relais dient. Durch eine derartige mechanische Verbindung ist die Baueinheit vor allem mechanisch an das Relais angebunden. Dadurch wird die Baueinheit ortsfest am Relais gehalten. Durch diese mechanische Verbindung werden Schüttelbelastungen aufgenommen und weiter an das Relais bzw. dessen Gehäuse übertragen.
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Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt ist vorgesehen, dass ein Gehäuse der Baueinheit so ausgeführt ist, dass das Gehäuse mit einem Schalterdeckel des Relais mechanisch verbunden ist. Ein derartiger Schalterdeckel ist typischerweise aus einem Kunststoff (Duroplast oder Thermoplast) hergestellt. Bei den mit den Materialien typischerweise verbundenen bzw. angewandten Herstellungsverfahren besteht in Bezug auf die Formgebung eine große Freiheit für Konstrukteure. Es ist daher besonders vorteilhaft, dass Gehäuse der Baueinheit und den Schalterdeckel jeweils so zu gestalten, dass beide mechanisch zu verbinden sind bzw. verbunden sind. Dabei ist es besonders vorteilhaft, eine mechanische Verbindung derartig auszuführen, dass diese beispielsweise eine Schwalbenschwanzverbindung, eine Klemmverbindung oder eine Klemmkontur ist. Des Weiteren kann die mechanische Verbindung auch durch eine Schraubverbindung bzw. Schraube oder eine elektrische Verbindung hergestellt sein.
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Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Baueinheit eine Elektrode aufweist, die mittels eines flexiblen elektrischen Leiters, insbesondere einer geflochtenen Litze, mit einer Elektrode des Relais, insbesondere eines Schraubbolzens, verbunden ist. Dadurch ist eine Elektrode der Baueinheit indirekt mit einer Elektrode des Relais verbunden. Insbesondere durch eine derartige konstruktive Anordnung ist die elektrische Verbindung ausgehend von der Elektrode der Baueinheit verlängert.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Baueinheit mittels eines elektrisch isolierenden Elements an einem elektrischen Leiter des Relais, insbesondere einer als Schraubbolzen ausgeführten Elektrode des Relais, befestigt ist.
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Gemäß einem weiteren Vorschlag ist vorgesehen, dass die Baueinheit eine Elektrode aufweist, die direkt in ein Inneres eines Schalterdeckels ragt und dadurch die Baueinheit mechanisch gehalten ist. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass die Elektrode der Baueinheit innerhalb, d. h. im Inneren des Schalterdeckels, befestigt ist und dadurch die Baueinheit dort am Relais gehalten ist.
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Nach einem weiteren Vorschlag dieser Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen der Baueinheit und dem Relais ein Dämpfer angeordnet ist, der Relativbewegungen zwischen dem Relais und der Baueinheit dämpft. Analog dazu ist vorgesehen, dass - relativ oder ergänzend zwischen der Baueinheit und dem Gehäuse des elektrischen Antriebs - ein Dämpfer angeordnet ist, der Relativbewegungen zwischen dem Relais und dem Gehäuse dämpft.
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Figuren zu entnehmen.
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Es zeigen:
- 1 einen Längsschnitt durch eine Startvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, wobei im Stromkreis eines elektrischen Startermotors eine Baueinheit mit einem Widerstandsbauteil ist,
- 2 eine prinzipielle Darstellung der Baueinheit mit einem NTC-Widerstandsbauteil,
- 3 ausschnittweise eine Befestigungssituation für die Baueinheit am Relais,
- 4 eine Schwalbenschwanzverbindung als mechanische Verbindung zwischen der Baueinheit und dem Relais,
- 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer mechanischen Verbindung zwischen der Baueinheit und einem Bolzen des Relais',
- 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel, in dem gezeigt ist, wie eine Elektrode der Baueinheit in ein Inneres eines Schalterdeckels ragt und dadurch die Baueinheit mechanisch gehalten ist,
- 7 eine Baueinheit und das Relais, wobei zwischen der Baueinheit und dem Relais ein Dämpfer angeordnet ist,
- 8 eine Baueinheit und ein Gehäuse des elektrischen Antriebs, wobei zwischen der Baueinheit und dem Gehäuse ein Dämpfer angeordnet ist, der Relativbewegungen zwischen der Baueinheit und dem Gehäuse dämpft.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichem Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist als elektrische Maschine eine Startvorrichtung 1 dargestellt, die zum Starten einer Brennkraftmaschine eingesetzt wird. Ein Teil eines Gehäuses ist ein sogenanntes Antriebslagerschild 2. Von einer Rückseite dieses Antriebslagerschilds ist ein elektrischer Startermotor 3 befestigt. Zwischen dem Antriebslagerschild und dem Startermotor 3 befindet sich ein Getriebe 4, welches als Planetengetriebe ausgeführt ist. Innerhalb des Gehäuses befindet sich auch eine Antriebswelle 5, eine Freilaufkupplung 6 sowie ein Starterritzel 7, dass axial zwischen einer zurückgezogenen Außeneingriffsposition und einer vorgerückten Eingriffsposition zu verstellen ist. In der Eingriffsposition ist das Starterritzel 7 mit einem Zahnkranz 23 der Brennkraftmaschine im Eingriff. Eine axiale Verstellbewegung des Starterritzels 7 wird mit Hilfe eines Starterrelais 8 durchgeführt. Das Starterrelais 8 ist am Antriebslagerschild 2 der Startvorrichtung 1 gehalten. Üblicherweise wird ein derartiges Starterrelais 8 am Antriebslagerschild 2 angeflanscht.
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Der Startermotor 3 ist im Ausführungsbeispiel als permanentmagnetisch erregter Gleichstrommotor ausgeführt. Dabei sind an einer Innenseite eines Motor-bzw. Polgehäuses 10 Permanentmagnete 9 ersichtlich. Der Startermotor 3 weist einen Anker 11 mit einer rotierend gelagerten Ankerwelle 12 auf. Auf der Ankerwelle 12 sitzt ein Ankerpaket 13 mit bestrombaren Wicklungen sowie einer Kommutierungseinrichtung 30 mit einem Kollektor 14 zur Stromübertragung und -wendung an die Wicklungen des Ankerpakets 13.
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Das Planetengetriebe 4 wird von der Ankerwelle 12 des Startermotors 3 angetrieben und weist ein im Gehäuse festgehaltenes Hohlrad 15 mit Innenverzahnung, Planetenräder 17 an einem Planetenträger 18 sowie ein zentrales Sonnenrad 19 auf. Die Getriebeteile sind in einem Getriebegehäusebauteil 16 aufgenommen. Das Sonnenrad 19 sitzt an der Stirnseite der Ankerwelle 12 auf und ist drehfest mit der Ankerwelle 12 verbunden. Das Sonnenrad 19 kämmt mit den Planetenrädern 17, die dabei an der Innenverzahnung des Hohlrades 15 abrollen. Die Planetenräder 17 sind drehbar auf Achszapfen am Planetenträger 18 gelagert, welcher drehfest mit der Antriebswelle 5 verbunden ist. Auf der Antriebswelle 5 sitzt das Starterritzel 7 auf. Auf diese Weise wird die Antriebsbewegung der Ankerwelle 12 des Startermotors 3 über das Planetengetriebe 4 in eine Drehbewegung der Antriebswelle 5 und damit des Starterritzels 7 umgesetzt. Das Getriebe 4 ist dabei als Untersetzungsgetriebe ausgelegt.
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Die Freilaufkupplung 6 weist einen Mitnehmer 20 auf und sitzt auf der Antriebswelle 5 auf. Der Mitnehmer 20 ist über ein Steilgewinde 21 mit der Antriebswelle 5 gekoppelt. Zur Freilaufkupplung 6 gehört des Weiteren eine Ritzelwelle 22, welche einteilig mit dem Starterritzel 7 ausgebildet ist. Der Mitnehmer 20 ist mit der Ritzelwelle 22 über Klemmkörper drehgekoppelt. Die Freilaufkupplung 6 erlaubt eine Momentenübertragung in Antriebsdrehrichtung des Startermotors 3.
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Wird dagegen im beginnenden Selbstlauf der Brennkraftmaschine ein Antriebsmoment vom Zahnkranz 23 der Brennkraftmaschine ansatzweise auf das Starterritzel 7 übertragen, öffnet die Freilaufkupplung 6, so dass eine Schädigung des Startermotors (zu hohe Drehzahlen durch Planetengetriebe) durch Entkopplung vermieden wird.
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Die axiale Verstellbewegung des Starterritzels 7 wird durch eine Betätigung des elektromagnetischen Starterrelais 8 erzeugt, das einen axial verstellbaren Hubanker 24 aufweist, welcher über einen Gabelhebel 25 mit dem Mitnehmer 20 gekoppelt ist. Bei Betätigung des Starterrelais 8 wird der Hubanker 24 axial verstellt, diese Stellbewegung wird über den Gabelhebel 25 in eine axiale Auslenkbewegung von Mitnehmer 20 und Starterritzel 7 umgesetzt. Aufgrund der Kopplung des Mitnehmers 20 über das Steilgewinde 21 mit der Antriebswelle 5 führt bei der axialen Vorschubbewegung die Freilaufkupplung 6 einschließlich Starterritzel 7 eine Rotationsbewegung aus, was das Einspuren in den Zahnkranz bei einer Zahn-auf-Zahn-Stellung erleichtert.
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Im Idealfall wird der elektrische Startermotor eingeschaltet und eine Rotationsbewegung der Ankerwelle 12 auf das Starterritzel übertragen, sobald das Starterritzel 7 seine axial vorgerückte Eingriffsposition mit dem Zahnkranz 23 erreicht hat.
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Die Startvorrichtung 1 ist als sogenannter Maulstarter ausgebildet. Die Antriebswelle 5 ist im Bereich ihrer freien Stirnseite im Antriebslagerschild 2 in einer offenen Ausnehmung aufgenommen und dort in einem Lager 26 drehbar gelagert. Axial zum Lager 6 benachbart befindet sich auf der Innenseite des Antriebslagerschilds 2 ein Anschlagring 27 auf der Antriebswelle 5, der axial fest mit der Antriebswelle 5 verbunden ist. Die Antriebswelle 5 weist hierzu eine umlaufende Nut auf, in die der Anschlagring 27 oder ein den Anschlagring 27 tragender Sicherungsring eingesetzt ist.
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Die Wicklungen im Ankerpaket 13 werden über die Kommutierungseinrichtung 30 bestromt. In dem Stromkreis, in dem die Kommutierungseinrichtung 30 angeordnet ist, liegt ein elektrischer Verbindungsleiter 28, der mit einer Baueinheit 40 mit einem Widerstandsbauteil elektrisch verbunden ist. Das hier nicht näher bezeichnete Widerstandsbauteil weist einen negativen Temperaturkoeffizienten auf und ist daher ein sogenannter NTC-Widerstand. Der Stromkreis der Kommutierungseinrichtung 30 wird von dem elektrischen Starterrelais 8 bei Verschiebung eines Hubankers des Starterrelais 8 geschlossen. Das Widerstandsbauteil im Stromkreis der Kommutierungseinrichtung 30 des elektrischen Startermotors 3 leitet den elektrischen Strom bei hohen bzw. höheren Temperaturen besser als bei tieferen Temperaturen und kompensiert hierdurch ein umgekehrtes Verhalten des elektrischen Startermotors 3, so dass über einen weiteren Temperaturbereich ein ausgeglichenes Verhalten des Startermotors 3 erreicht wird. Die Kommutierungseinrichtung 30 umfasst den Kollektor 14, der drehfest mit der Ankerwelle 12 des Startermotors 3 verbunden ist, sowie in Bürstenführungen verstellbar gelagerte Bürsten, die in dem Stromkreis angeordnet sind.
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Die Baueinheit 40 mit dem Widerstandsbauteil kann gegebenenfalls auch in den Stromkreis des Starterrelais 8 integriert sein.
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In 2 ist eine Baueinheit 40 letztlich prinzipiell dargestellt. Diese Baueinheit 40 weist eine erste Elektrode 43 und eine zweite Elektrode 46 auf. Beide Elektroden 43, 46 dienen dazu, die Baueinheit 40 mit anderen elektrischen Einheiten zu verbinden. Beide Elektroden 43 und 46 sind in ein Gehäuse 49 hineingeführt. In diesem Gehäuse 49 ist zwischen den beiden Elektroden 43, 46 ein Widerstandsbauteil 52, welches hier insbesondere als sogenannter NTC-Widerstand ausgeführt ist, angeordnet und sowohl von der ersten Elektrode 43 als auch von der zweiten Elektrode 46 kontaktiert. Ein elektrischer Strom, der beispielsweise von einer Anschlussseite 55 der ersten Elektrode kommend entlang der ersten Elektrode 43 fließt, durchströmt auch das Widerstandsbauteil 52, erwärmt dieses dabei und strömt über die zweite Elektrode 46 und deren Anschlussseite 58 hinaus. Dort, wo die beiden Elektroden 43, 46 in das Gehäuse 49 eindringen, ist das Gehäuse 49 abgedichtet. An diesen Elektroden 43, 46 werden für den bestimmten Zweck über lösbare oder nicht lösbare Verbindungen elektrische Leiter angeschlossen. Das Widerstandsbauteil 52 selbst kann mit einer lösbaren oder nicht lösbaren Verbindung an die Elektroden 43, 46 angeschlossen werden. Zwischen dem Widerstandsbauteil 52 (und einer Elektrode 43, 46) können zusätzliche Elemente eingesetzt sein.
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In 3 ist eine Befestigungssituation für die Baueinheit 40 in einem ersten Ausführungsbeispiel dargestellt. Dabei weist die erste Elektrode 43 als Anschlusselement an einem von der Baueinheit 40 abgewandten Ende eine nicht näher bezeichnete, insbesondere als Öse, ausgeführte Schnittstelle auf, mit der die Baueinheit 40 an einem Bolzen 60 befestigt werden kann bzw. ist. Hierzu ist die eben erwähnte Öse auf den Bolzen 60 aufgeschoben, und mittels einer Schraubenmutter 63 als Befestigungselement gesichert. Die zweite Elektrode 46 ist mit einem elektrischen Leiter 28 mit der Kommutatorvorrichtung 30 verbunden. Damit zeigt 3 ein Relais (Starterrelais 8), insbesondere einer Startvorrichtung 1, mit einer weiteren elektrischen Baueinheit 40, die insbesondere ein Widerstandsbauteil 52 aufweist, wobei mindestens ein Bauteil, hier eine erste Elektrode 43, der Baueinheit 40 so ausgeführt ist, dass das Bauteil zur mechanischen Verbindung mit dem Relais 8 dient. Damit ist eine mechanische Verbindung zwischen der Baueinheit 40 und dem Relais 8 mittels einer elektrischen Verbindung (erste Elektrode 43) hergestellt. Ausgehend von dem Ausführungsbeispiel nach 3 kann die Elektrode 43 auch unterbrochen sein und beispielsweise durch zusätzliche Bauteile verlängert sein. Dies kann insbesondere dann von Vorteil sein, wenn eine nicht ganz so nahe Position, wie sie in 3 dargestellt ist, der Baueinheit 40 vorgesehen ist, sondern eine weiter entfernte. Zudem kann beispielsweise durch die Unterbrechung der Elektrode auch ein elastisches Element bzw. elastischeres Element als eine Stromschiene, wie beispielsweise eine Litze bzw. elektrisch leitfähige Kordel (geflochtene Litze) verwendet sein.
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In 4 ist in einem weiteren Ausführungsbeispiel als eine mechanische Verbindung zwischen der Baueinheit 40 und dem Relais 8 eine Schwalbenschwanzverbindung 66 dargestellt. Hierzu weist beispielsweise ein sogenannter Schalterdeckel 69 des Relais 8 eine Eingriffskontur 70 und das Gehäuse 49 der Baueinheit 40 eine Gegeneingriffskontur 71 auf, die in die Eingriffskontur 70 des Schalterdeckels 69 geschoben ist. Dementsprechend ist das Gehäuse 49 der Baueinheit 40 so ausgeführt, dass das Gehäuse 49 mit dem Schalterdeckel 69 mechanisch verbunden ist. Alternativ, hier beispielhaft aber nicht verbindlich durch die Schwalbenschwanzverbindung 66 dargestellt, kann eine mechanische Verbindung zwischen dem Gehäuse 49 und dem Schalterdeckel 69 auch durch eine Klemmverbindung oder eine Klemmkontur verwirklicht sein. Alternativ kann die mechanische Verbindung zwischen dem Gehäuse 49 und der Baueinheit 40 und dem Schalterdeckel 69 auch durch eine Schraube bzw. Schraubenverbindung hergestellt sein.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, welches hier nicht dargestellt ist, kann die mechanische Verbindung zwischen der Baueinheit 40 und dem Relais 8 ebenfalls durch eine Elektrode 43 vorgenommen sein, die mittels eines flexiblen elektrischen Leiters, insbesondere einer geflochtenen Litze, mit einer Elektrode des Relais 8, insbesondere eines Schraubbolzens bzw. Bolzens 60, verbunden ist.
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5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine mechanische Verbindung zwischen der Baueinheit 40 und dem Relais 8. Hierzu weist das Gehäuse 49 der Baueinheit 40, insbesondere als Fortsetzung des Gehäuses 49, ein elektrisch isolierendes Element 73 auf, dass hier insbesondere mit einer Öffnung, insbesondere ein Loch über den Bolzen 60 geschoben ist und zusätzlich mittels einer Schraubenmutter 63 auf dem Bolzen 60 gesichert ist. Dementsprechend zeigt das Ausführungsbeispiel nach 5 eine Baueinheit 40, die mittels eines elektrisch isolierenden Elements 73 an einem elektrischen Leiter (Bolzen 60) des Relais 8, insbesondere einer als Schraubbolzen ausgeführten Elektrode des Relais 8, befestigt ist.
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In 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt. In diesem Ausführungsbeispiel ist gezeigt, wie die Baueinheit 40 in spezieller Art und Weise mit dem Relais 8 verbunden ist. Hierbei ragt die Elektrode 43 der Baueinheit 40 direkt in ein Inneres 75 bzw. den Innenraum des Schalterdeckels 69 des Relais 8 hinein. Dabei ist die Elektrode 43 im Inneren 75 des Schalterdeckels 8 mechanisch gehalten, so dass die Baueinheit 40 dadurch mechanisch am Relais 8 gehalten ist.
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In 7 ist dargestellt, wie zwischen der Baueinheit 40 und dem Relais 8 ein Dämpfer 80 angeordnet ist. Dieser Dämpfer 80, an dem vorzugsweise beide Teile, die Baueinheit 40 und das Relais 8, anliegen, dämpft Relativbewegungen zwischen dem Relais 8 und der Baueinheit 40.
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In 8 sind in einer ebenso prinzipiellen Darstellung eine Baueinheit 40 und das Gehäuse 83 des elektrischen Antriebs dargestellt. Zwischen der Baueinheit 49 und dem Gehäuse 83 ist ein Dämpfer 80 angeordnet. Dieser Dämpfer 80 dämpft Relativbewegungen zwischen der Baueinheit 40 und dem Gehäuse 83.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel, welches hier nicht dargestellt ist, ist ein Dämpfer wie in 7 zwischen der Baueinheit 40 und dem Relais 8 angeordnet und gleichfalls ist zwischen der Baueinheit 40 und dem Gehäuse 83 des elektrischen Antriebs ein Dämpfer 80 angeordnet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4106247 C1 [0002]
- DE 4122252 A1 [0003]
- DE 10317466 A1 [0003]
- DE 102007036789 A1 [0003]
- DE 2012215338 A1 [0003]
