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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines in einem Stromkreis liegenden Bauteils in einem Starterrelais für eine Startvorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Stand der Technik
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Bekannt sind Startvorrichtungen für Brennkraftmaschinen, beispielsweise aus der
DE 10 2014 225 379 A1 , die zum Starten einer Brennkraftmaschine eingesetzt werden und einen elektrischen Startermotor, ein elektromagnetisch betätigbares Starterrelais und ein Starterritzel umfassen, das in Eingriff mit einem Zahnkranz der Brennkraftmaschine zu bringen und drehend antreibbar ist. Bei einem Startwunsch wird das Starterritzel durch Betätigung des Starterrelais axial aus einer zurückgezogenen Position in eine vorgerückte Eingriffsposition mit dem Zahnkranz der Brennkraftmaschine verstellt und von dem elektrischen Startermotor drehend angetrieben. Der Startermotor wird über die Betätigung des Starterrelais bestromt, indem ein Hubanker des Starterrelais eine Kontaktbrücke in elektrischen Kontakt mit zwei Bolzen bringt, die im Stromkreis des Startermotors liegen. Mit Beendigung des Startvorgangs kehrt der Hubanker des Starterrelais in seine Ausgangsposition zurück, wodurch auch die Kontaktbrücke verstellt und der Stromkreis des Startermotors unterbrochen wird.
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Die beiden Bolzen, die im Stromkreis des Startermotors liegen und über die vorgerückte Kontaktplatte elektrisch verbunden werden, um den Startermotor in Gang zu setzen, sind gemäß der
DE 42 09 967 A1 in einen topfförmigen Kunststoffdeckel eingespritzt, der mit einem Gehäuse des Starterrelais verbunden ist. In die Stirnseite der Bolzen ist ein Kontaktelement mit aufgerauter Oberfläche integriert, an der in der Kontaktposition die Kontaktbrücke anliegt.
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Offenbarung der Erfindung
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines in einem Stromkreis liegenden Bauteils in einem Starterrelais wird ein Kontaktelement, das als Sinterbauteil ausgebildet ist, mithilfe eines Pressstempels in die Ausnehmung im aufnehmenden Bauteil gepresst. Der Pressstempel weist einen Hohlraum auf der Pressseite auf, der von einem Pressrand eingefasst ist, wobei der Pressrand übersteht und das Kontaktelement aus Sintermaterial beaufschlagt. Die Ausführung des Pressstempels mit dem Hohlraum und dem einfassenden Pressrand hat den Vorteil, dass das Material des Kontaktelementes in die aufnehmende Ausnehmung eingepresst und auch Hohlräume und Hinterschneidungen in der Ausnehmung von dem Sintermaterial des Kontaktelementes ausgefüllt werden. Zugleich bleibt die Oberfläche des Kontaktelementes, die die elektrische Kontaktfläche bildet, frei von Presskräften, so dass die poröse Struktur des Sinterwerkstoffes im Bereich der Oberfläche erhalten bleibt.
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Das Starterrelais kann in Startvorrichtungen für Brennkraftmaschinen eingesetzt werden, um ein Starterritzel von einer zurückgezogenen Außerfunktionsposition in eine vorgerückte Eingriffsposition mit einem Zahnkranz einer Brennkraftmaschine zu verstehen. Die Verstellbewegung ist insbesondere als eine axiale Verschiebebewegung des Starterritzels ausgeführt. Das Starterrelais umfasst einen axial verstellbar gelagerten Hubanker in einem Gehäuse und eine bestrombare Relaiswicklung, über die auf den Hubanker eine Verstellkraft ausgeübt wird, woraufhin der Hubanker eine Verstellbewegung ausführt, die über ein Übertragungsglied auf das Starterritzel übertragen wird.
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Am Gehäuse des Starterrelais sind zwei Kontaktbolzen angeordnet, die im Stromkreis eines elektrischen Startermotors liegen. Der Startermotor ist ebenfalls Teil der Startvorrichtung und treibt das Starterritzel drehend an.
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Zum Ingangsetzen des Startermotors werden die beiden Kontaktbolzen über eine Verbindungsbrücke elektrisch verbunden, die im Gehäuse des Starterrelais verlagerbar angeordnet ist. Die Verbindungsbrücke ist zwischen einer Außerfunktionsposition, in der keine elektrische Verbindung zwischen den Kontaktbolzen besteht, und einer Verbindungsposition, in der die Verbindungsbrücke die beiden Kontaktbolzen elektrisch verbindet, verstellbar. In der zurückgezogenen Außerfunktionsposition der Verbindungsbrücke ist der Stromkreis des Startermotors unterbrochen, in der vorgerückten Verbindungsposition ist der Stromkreis des Startermotors geschlossen. Die axiale Verstellbewegung der Verbindungsbrücke wird über den Hubanker erzeugt, dessen Verstellbewegung auf die Verbindungsbrücke übertragen wird.
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Im Kontaktbereich zwischen der in Verbindungsposition stehenden Verbindungsbrücke und mindestens einem der beiden Kontaktbolzen liegt ein Kontaktelement, das als ein Sinterbauteil ausgeführt ist. Unter Sintern wird ein Formen von pulverförmigem oder körnigem Material durch Druck und/oder Wärme verstanden, ohne dass das Material in eine flüssige Phase übergeht, d.h. ohne Schmelzen. Das Sinterbauteil liegt im Stromkreis des Startermotors, bei geschlossenem Stromkreis fließt ein Strom durch das Sinterbauteil zwischen Kontaktbolzen und Verbindungsbrücke.
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Das Kontaktelement als Sinterbauteil hat den Vorteil, dass eine eventuell entstehende Verschweißung zwischen der Verbindungsbrücke und dem Kontaktbolzen, hervorgerufen durch hohe Stromspitzen unmittelbar nach dem Schließen des Stromkreises, mit einem verhältnismäßig geringen Kraftaufwand wieder gelöst werden kann. Dementsprechend kann der Stromkreis des Startermotors nach Beendigung des Startvorgangs wieder unterbrochen werden, auch wenn eine Verschweißung im Kontaktbereich zwischen Verbindungsbrücke und Kontaktbolzen stattgefunden hat. Die Porosität des Sintermaterials des Kontaktelementes führt zu einer verhältnismäßig schlechten Schweißverbindung, die mit geringerer Kraft wieder gelöst werden kann, so dass die Verbindungsbrücke mit hoher Funktionssicherheit von ihrer Verbindungs- in die Außerfunktionsposition zurückverstellt und der Stromkreis sicher unterbrochen werden kann. Die Qualität der Schweißverbindung wird ebenso wie die Häufigkeit einer sich bildenden Schweißverbindung durch die Porosität des aus Sintermaterial bestehenden Kontaktelementes herabgesetzt.
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Zur Unterbrechung des Stromkreises und Abschaltung des elektrischen Startermotors wird die Verbindungsbrücke von der Verbindungs- in die Außerfunktionsposition zurückverstellt. Vorteilhafterweise ist die Verbindungsbrücke von einem Federelement in die Außerfunktionsposition hin kraftbeaufschlagt, wobei das Federelement gegebenenfalls auch auf den Hubanker oder eine mit dem Hubanker verbundene Schaltachse wirken kann. Somit kehrt die Verbindungsbrücke selbsttätig in die Außerfunktionsposition zurück, sobald eine Wicklung im Starterrelais, welche für die Verstellbewegung des Hubankers verantwortlich ist, nicht mehr bestromt wird.
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Als Sintermaterial für das Kontaktelement kommen elektrisch leitende Materialien in Betracht, insbesondere Metallpulver, oder sonstige elektrisch leitende Materialien.
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Das Kontaktelement besteht vorteilhafterweise nur aus einem einzigen Sintermaterial. Gegebenenfalls kommt auch ein Aufbau aus mehreren unterschiedlichen Sintermaterialien in Betracht. Das Sintermaterial ist beispielsweise Kupfer oder Silber oder eine Materialmischung, die Kupfer oder Silber oder dergleichen enthält.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung ist das als Sinterbauteil ausgebildete Kontaktelement in wenigstens einen der beiden Kontaktbolzen integriert, vorzugsweise in die Stirnseite des Kontaktbolzens, der im Stromkreis des Startermotors liegt. In dieser Ausführung ist ausschließlich der Kontaktbolzen Träger des Kontaktelementes. In einer alternativen Ausführung ist das Kontaktelement in die Verbindungsbrücke integriert, die entsprechend Träger des Kontaktelementes ist. In noch einer weiteren Ausführung befinden sich Sintermaterial-Kontaktelemente sowohl an der Verbindungsbrücke als auch an wenigstens einem Kontaktbolzen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist das Kontaktelement separat von dem aufnehmenden Bauteil ausgebildet, das insbesondere aus einem anderen Material als das Kontaktelement bestehen kann. Der Kontaktbolzen kann beispielsweise als Metallbolzen ausgebildet sein, der Träger des Kontaktelementes ist.
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In noch einer weiteren Ausführung ist vorgesehen, dass das gesamte Bauteil - entweder die Verbindungsbrücke und/oder der Kontaktbolzen - aus einem elektrisch leitfähigen Sintermaterial gefertigt sind.
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In weiterer bevorzugter Ausführung, die sich auf eine Anordnung des Kontaktelementes am Kontaktbolzen bezieht, sind beide Kontaktbolzen in entsprechender Weise mit jeweils einem Kontaktelement versehen.
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Erfindungsgemäß ist in das das Kontaktelement aufnehmende Bauteil eine Ausnehmung eingebracht, in der das Kontaktelement aufgenommen ist. Vorteilhafterweise ist das Kontaktelement formschlüssig in der Ausnehmung aufgenommen, wobei sich der Formschluss auf die Einsetz- und Löserichtung des Kontaktelementes in der Ausnehmung im aufnehmenden Bauteil bezieht. Der Formschluss wird erreicht durch eine Hinterschneidung in der Ausnehmung, die von einem Abschnitt des Kontaktelementes hintergriffen wird. Erfindungsgemäß ist das Kontaktelement in die Ausnehmung in dem aufnehmenden Bauteil eingepresst, insbesondere mithilfe eines Pressstempels, wobei sich das Kontaktelement während des Einpressens plastisch verformt und mit der plastischen Verformung die Hinterschneidung in der Ausnehmung von einem Abschnitt des Kontaktelementes hintergriffen wird.
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Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung ragt das Kontaktelement über die Stirnseite des aufnehmenden Bauteils hinaus. Dies stellt sicher, dass in der Verbindungsposition der Verbindungsbrücke nur das Kontaktelement elektrisch kontaktiert wird, nicht jedoch unmittelbar an das Kontaktelement angrenzende Bereiche des aufnehmenden Bauteils.
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Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist die Oberfläche des Kontaktelementes strukturiert, beispielsweise geriffelt ausgebildet. Die Riffelung kann in einer Ebene oder in beide Ebenen der geradflächigen Oberfläche des Kontaktelementes ausgeführt sein. Die strukturierte Oberfläche hat den Vorteil, dass eine sich eventuell bildende Schweißverbindung eine geringere Haltekraft entwickelt und entsprechend mit einer geringeren Lösekraft wieder gelöst werden kann.
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Die erfindungsgemäße Ausführung des Starterrelais weist den weiteren Vorteil auf, dass insbesondere bei Integration des Kontaktelementes in einen oder in beide Kontaktbolzen die Bolzengeometrie unverändert beibehalten werden kann. Im Hinblick auf die Oberflächengeometrie des Kontaktelementes bestehen zusätzliche Gestaltungsmöglichkeiten, beispielsweise im Hinblick auf die Beschaffenheit der Oberfläche. Durch die Ausführung als Sinterbauteil ergibt sich eine materialsparende Herstellung.
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
- 1 einen Schnitt längs durch eine Startvorrichtung, mit einem elektrischen Startermotor zum Antreiben eines Starterritzels und einem elektromagnetischen Starterrelais zur axialen Verschiebung des Starterritzels, wobei ein Hubanker des Starterrelais eine Verbindungsbrücke gegen zwei Kontaktbolzen verstellt,
- 2 ein Kontaktbolzen, teilweise im Schnitt, mit einem als Sinterbauteil ausgeführten Kontaktelement an der Stirnseite des Kontaktbolzens,
- 3 der Kontaktbolzen während des Einpressens des Kontaktelementes mithilfe eines Pressstempels,
- 4 der Kontaktbolzen nach dem Einpressen des Kontaktelementes.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die in 1 gezeigte Startvorrichtung 1 wird zum Starten von Brennkraftmaschinen eingesetzt und weist im gezeigten Beispiel in einem Gehäuse 2 einen elektrischen Startermotor 3 auf, ein dem Startermotor 3 nachgeordnetes Planetengetriebe 4, eine Antriebswelle 5, eine Freilaufkupplung 6 sowie ein Starterritzel 7, das von der Antriebswelle 5 rotierend angetrieben wird und das axial zwischen der in 1 gezeigten Außerfunktionsposition und einer axial vorgerückten Eingriffsposition mit einem Zahnkranz der Brennkraftmaschine zu verstellen ist. Die axiale Verstellbewegung des Starterritzels 7 wird mithilfe eines elektromagnetischen Starterrelais 8 durchgeführt, das ebenfalls im Gehäuse 2 der Startvorrichtung 1 aufgenommen bzw. an das Gehäuse 2 angeflanscht ist.
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Bei dem elektrischen Startermotor 3 handelt es sich um einen permanenterregten Gleichstrommotor mit Permanentmagneten 9 an der Innenseite des Motor- bzw. Polgehäuses 10. Der Anker 11 des Startermotors 3 umfasst eine Ankerwelle 12, die rotierend gelagert ist, und ein auf der Ankerwelle 12 aufsitzendes Ankerpaket 13 mit bestrombaren Wicklungen. Die Wicklungen werden über eine Kommutierungseinrichtung mit Strom versorgt, die einen ankerseitigen Kollektor 14 umfasst, an dem Strom leitende Bürsten 28 anliegen. Die Bürsten 28 sind in Bürstenhaltern 27 aufgenommen, welche an einer Bürstenplatte 26 befestigt sind. Die Bürstenplatte 26 ist an der Stirnseite des Polgehäuses 10 angeordnet und von einem Lagerdeckel 29 übergriffen.
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Das Planetengetriebe 4 weist ein Hohlrad 15 auf, das mit einer Innenverzahnung versehen ist, an der Planetenräder 17 des Planetengetriebes abrollen. Die Planetenräder 17 sind rotierend an einem gehäuseseitigen Planetenträger 18 gelagert und werden von einem zentralen Sonnenrad 19 angetrieben, das benachbart zur Stirnseite auf der Ankerwelle 12 aufsitzt und von dieser angetrieben wird.
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Das Hohlrad 15 ist mit einem Mitnehmer 20 der Freilaufkupplung 6 verbunden. Der Mitnehmer 20 umgreift einen Rollenbund der Antriebswelle 5, wobei zwischen dem Rollenbund und dem Mitnehmer 20 Wälzkörper 23 angeordnet sind. Die Freilaufkupplung 6 mit dem Mitnehmer 20, den Wälzkörpern 23 und dem Rollenbund an der Antriebswelle 5 ermöglichen eine Bewegungsübertragung vom Startermotor auf das Starterritzel. Erreicht nach dem Starten der Brennkraftmaschine der Zahnkranz eine höhere Drehzahl als das Starterritzel, wird der kinematische Übertragungsweg in der Freilaufkupplung 6 aufgehoben.
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Beim Starten erfolgt die Bewegungsübertragung von der Ankerwelle 12 und das stirnseitig angeordnete Sonnenrad 19 auf die Planetenräder 17, die das Hohlrad 15 und den einteilig ausgebildeten Mitnehmer 20 antreiben. Durch die Wälzkörper 23 werden die Antriebswelle 5 und das Starterritzel 7 angetrieben.
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Die axiale Stellbewegung des Starterritzels 7 von der zurückgezogenen Außerfunktionsposition in die vorgerückte Eingriffsposition mit dem Zahnkranz der Brennkraftmaschine erfolgt über das Starterrelais 8, das einen elektromagnetisch verstellbaren Hubanker 24 aufweist, dessen axiale Stellbewegung über einen im Gehäuse drehbar gelagerten Gabelhebel 25 unmittelbar auf einen Bund 22 des Starterritzels 7 übertragen wird. Das Starterritzel 7 ist über ein Steilgewinde 21 mit der Antriebswelle 5 verbunden, so dass das Starterritzel 7 bei einer axialen Vorschubbewegung, die von dem Starterrelais 8 erzeugt wird, zugleich eine Rotationsbewegung ausführt, was das Einspuren in den Zahnkranz erleichtert. In der vorgerückten Position kann daraufhin der Startermotor eingeschaltet werden, wodurch wie vorbeschrieben das Starterritzel 7 in Rotation versetzt wird.
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Bei einer axialen Stellbewegung des Hubankers 24 bei Betätigung des Starterrelais 8 wird bei Erreichen der ausgelenkten Verstellposition durch eine Kontakt- oder Verbindungsbrücke 30 im Starterrelais, die mit dem Hubanker 24 gekoppelt ist, ein Stromkreis geschlossen und der elektrische Strom für den Startermotor 11 eingeschaltet, so dass sich der Startermotor 11 in Bewegung setzt und die Antriebswelle 5 sowie das Starterritzel 2 drehend antreibt. Die Verbindungsbrücke 30 ist auf einer Buchse 34 angeordnet, die auf einer Ankerstange 37 verschieblich ist. Die Ankerstange 37 ist fest mit dem Hubanker 24 verbunden. Der Hubanker 24 ist über eine Ankerrückstellfeder 31 an einem gehäuseseitigen Magnetkern 40 abgestützt. Die Buchse 34 der Verbindungsbrücke 30 stützt sich über eine Andruckfeder 32 an der Ankerstange 37 ab. Des Weiteren ist eine Rückstellfeder 33 vorgesehen, die sich an einem Gehäusedeckel 38 des Starterrelais 8 abstützt und die Ankerstange 37 mit einer rückstellenden Kraft beaufschlagt.
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Bei einer Auslenkung des Hubankers 24 wird die Verbindungsbrücke 30 gegen die Stirnseiten der Kontaktbolzen 35 und 36 gedrückt, so dass ein elektrisch leitender Kontakt zwischen den Kontaktbolzen 35 und 36 erzeugt wird, die im Stromkreis des elektrischen Startermotors 3 liegen. Somit wird der Stromkreis geschlossen und der elektrische Startermotor in Gang gesetzt, wodurch das Starterritzel drehend angetrieben wird. Zum Beenden des Startvorgangs kehrt der Hubanker 24 wieder in seine Ausgangsposition zurück und wird entsprechend auch die Verbindungsbrücke 30 wieder von ihrer elektrisch leitenden Verbindungsposition in eine zurückgezogene Außerfunktionsposition verstellt, in der der elektrische Stromkreis unterbrochen ist.
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An der Stirnseite jedes Kontaktbolzens 35 und 36 befindet sich jeweils ein Kontaktelement 41, das im Detail in den 2 bis 4 dargestellt ist. Das Kontaktelement 41 steht über die Stirnseite der Kontaktbolzen 35, 36 über, so dass die Verbindungsbrücke 30 in ihrer Verbindungsposition ausschließlich an der Oberfläche des Kontaktelementes 41 anliegt und keinen direkten Kontakt zu den Kontaktbolzen 35 und 36 aufweist.
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Das Kontaktelement 41 besteht aus einem elektrisch leitenden Sintermaterial. Das vorgeformte Kontaktelement 41 wird in eine Ausnehmung 42 eingepresst, die sich an der Stirnseite jedes Kontaktbolzens 35, 36 befindet. In der Ausnehmung 42 befindet sich eine Hinterschneidung 43, die von dem Sintermaterial des Kontaktelementes 41 formschlüssig hintergriffen wird. Dieser Formschluss wird mithilfe eines Pressstempels 44 (3) hergestellt, der eine Presskraft auf das Kontaktelement 41 ausübt und dieses plastisch verformt. Bei der Verformung gelangt Material des Kontaktelementes 41 in den Bereich der Hinterschneidung 43, wodurch der Formschluss zwischen dem Kontaktelement 41 und dem Kontaktbolzen 35, 36 hergestellt wird. Im fertig montierten Zustand gemäß 2 und 4 wird die Ausnehmung 42 an der Stirnseite des Kontaktbolzens 35, 36 vollständig von dem Kontaktelement 41 ausgefüllt.
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Der Pressstempel 44 weist einen innenliegenden Hubraum 45 auf und einen Pressrand 46, der den Hohlraum 45 einfasst und der während des Pressvorgangs ausschließlich in Kontakt mit dem Kontaktelement 41 gelangt. Hierdurch ist sichergestellt, dass die Oberfläche des Kontaktelementes frei von Presskräften bleibt und die poröse Struktur des Sintermaterials im Bereich der Oberfläche, die an dem elektrischen Kontakt teilnimmt, erhalten bleibt.
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Wie in 2 dargestellt, kann die Oberfläche, die über den Pressstempel 44 hinausragt, strukturiert ausgebildet sein, beispielsweise mit einer Riffelung.
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Das Sintermaterial des Kontaktelementes stellt sicher, gegebenenfalls in Verbindung mit der strukturierten Oberfläche, dass eine eventuelle Verschweißung, ausgelöst durch hohe Stromspitzen unmittelbar nach dem Kontakt zwischen der Verbindungsbrücke 30 und den Kontaktelementen 41 an den Kontaktbolzen 35, 36, zum Beenden des Startvorgangs und Unterbrechen des Stromkreises des Startermotors wieder gelöst werden kann. Eine derartige Schweißverbindung ist aufgrund der Struktur des Sintermaterials der Kontaktelemente 41 sowie der Struktur der Oberfläche verhältnismäßig schwach ausgebildet und kann von der Rückstellfeder 33 gelöst werden.
