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Die Erfindung betrifft ein Relais,
insbesondere ein Starterrelais für
Brennkraftmaschinen nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
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Starterrelais dieser Art sind aus
der
DE 199 51 116
A1 bekannt. Dort ist zwischen dem hinteren Ende der Schaltstange
und dem Magnetanker ein Kupplungselement in der axialen Ankerausnehmung angeordnet,
welches beim Abschalten des Relais ein zwangsweises Öffnen der
Schaltkontakte im Falle einer Kontaktklebung oder Kontaktschweißung durch die
kinetische Energie des Relaisankers sicherstellt, in dem der Anker
nach Durchlaufen eines Leerweges, beschleunigt durch die Kraft der
Rückstellfeder, die
Kontakte über
das an der Schaltstange angreifende Kupplungselement losreißt.
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Nachteilig ist hierbei, dass die
Herstellung und Montage des Kupplungselementes in Form einer Kunststoff – oder Metallhülse relativ
aufwendig ist. Bei der Anwendung in leistungsschwachen Relais für Pkws muss
der Leerlaufweg des Kupplungselementes zur Erzielung einer ausreichend
großen kinetischen
Energie des Ankers relativ groß sein,
so dass im Relaisanker relativ viel Platz benötigt wird. Dieser Einbauraum
steht bei leistungsstärkeren
Startrelais für
Nkws oftmals nicht zur Verfügung.
Außerdem
sind für
die dort auftretenden relativ großen kinetischer Kräfte des
Ankers die bekannten Kupplungselemente in Form einer Kunststoffoder
Metallhüllse
zu schwach.
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Mit der vorliegenden Lösung wird
angestrebt, das Losreißen
verklebter oder verschweißter Relaiskontakte
mit möglichst
einfachen und robusten Mitteln zu realisieren.
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Die erfindungsgemäße Lösung mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Hauptanspruchs hat gegenüber dem Stand der Technik den
Vorteil, dass das Kopfteil der neuartigen Kupplung in einfachster
Weise an einer bereits, auf der Schaltstange aufgesetzten Hülse ausgebildet
wird oder am Ende der Schaltstange selbst auszubilden ist. Die Kupplung
der Schaltstange mit dem Magnetanker lässt sich dabei in einfachster
Weise durch einen radialen Vorsprung in der Ankerausnehmung realisieren.
Der Vorsprung kann dabei je nach Größe der benötigten Abreißkräfte an den
Schaltkontakten an der Innenwandung der Ankerausnehmung umlaufend,
in Segmenten aufgeteilt, an zwei einander gegenüberliegenden Bereichen oder
in einem Bereich angebracht sein. Ein weiterer Vorteil besteht darin,
dass durch die neuartige Kupplung von Schaltstange und Relaisanker
der Montageablauf des Starterrelais unverändert beibehalten werden kann.
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Vorteilhafte Weiterbildung und Ausgestaltungen
der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmalen.
Dabei ist es zur Vermeidung von axialen Bewegungen des Kontaktelementes
bei abgeschaltetem Relais von Bedeutung, dass der radiale Vorsprung
an der Innenwandung der Ankerausnehmung nach einem vorgegebenen
Leerlaufhub die Schaltstange über
die Anschlagschulter des Kopfteiles bis in die Ruhelage des Relais
mitnimmt. Beim Einschalten der Relaisspule drückt in an sich bekannter Weise
ein Bodenteil der Ankerausnehmung nach einem vorgegebenen Leerlaufhub
die Schaltstange in die Einschaltstellung des Relais. Dabei ist
es zur Erzielung einer ausreichenden kinetischen Energie des Ankers
beim Abschalten von Bedeutung, dass das Kopfteil in der zylindrischen
Innenwandung der Ankerausnehmung axial begrenzt verschiebbar geführt ist.
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Im einfachsten Fall ist das hintere
Ende der Schaltstange als hohlzylindrisches Kopfteil ausgebildet.
Zur Verrastung des Kopfteiles hinter dem Vorsprung an der Innenwandung
der Ankerausnehmung ist in einfachster Weise das hohlzylindrische
Kopfteil axial geschlitzt in mehrere Segmente aufgeteilt. Ferner
ist in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung die Anschlagschulter
des Kopfteils an einer Ringnut an der Schaltstange ausgebildet.
Alternativ dazu ist das Kopfteil eine auf die Schaltstange aufgesetzte Hülse mit
einer ringförmigen
Anschlagschulter. Zweckmäßigerweise
ragt dabei das hintere Ende der Hülse als Kopfteil über das
Ende der Schaltstange hinaus, so dass es dort die in an sich bekannter
Weise in der Ankerausnehmung angeordnete Ankerrückstellfeder aufnehmen kann.
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Eine robuste Ausführungsform des radialen Vorsprunges
an der Innenwandung der Ankerausnehmung wird durch eine umlaufende
Ringwand im vorderen Bereich der Ankerausnehmung realisiert, die
zweckmäßigerweise
aus dem Material des Relaisankers spanabhebend herausgebildet wird.
Alternativ dazu kann eine solche umlaufende Ringwand auch durch
eine entsprechende axiale Prägung
vom vorderen Ende der Ankerausnehmung her an der Innenwandung gewonnen
werden. Ferner ist es möglich,
die Ringwand in zweckmäßigerweise
aus mehreren Segmentvorsprüngen
zu bilden, die vom vorderen Ende der Ankerausnehmung her in die
Innenwandung eingeprägt
sind. Alternativ zur umlaufenden Ringwand ist es in besonders einfacher
Weise auch möglich,
die Ringwand als Sprengring auszubilden, der in eine Ringnut der
Innenwandung eingesetzt ist. Sprengring und Ringnut können dabei
sowohl einen rechteckigen als auch einen runden Querschnitt haben.
Eine weitere alternative Lösung
besteht darin, dass der radiale Vorsprung an der Innenwandung der
Ankerausnehmung mindestens ein stiftförmiges Teil ist, dass in eine
die Innenwandung sehnenartig durchdringende Bohrung des Relaisankers
eingepresst ist. Dabei ist das stiftförmige Teil ein Splint oder
zweckmäßigerweise
eine Spannhülse. Um
ein Verkanten des Kopfteiles in der Ankerausnehmung sicher zu vermeiden,
sind in vorteilhafter Weise zwei stiftförmige Teile einander gegenüberliegend
an der Innenwand der Ankerausnehmung angeordnet.
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Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der
Erfindung bietet sich insbesondere bei solchen Starterrelais an,
die ohne Einrückfunktion
am Starterritzel lediglich als Schaltrelais den Strom des Statormotors
schalten. Hierbei kann der Leerlaufweg zwischen Schaltstange und
Anker gegebenenfalls bis auf Null verkürzt werden, wobei ferner der
Relaisanker und das Kontaktelement von einer gemeinsamen Rückstellfeder
beaufschlagt werden können.
Dabei ist es zweckmäßig, dass
die gemeinsame Rückstellfeder
am vorderen Ende der Schaltstange zwischen dem Kontaktelement und
einem die Gegenkontakte tragenden Deckel unter Vorspannung eingesetzt
ist.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung
sind in der Zeichnung dargestellt und im Folgenden näher erläutert. Es
zeigen:
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Ein Starterrelais als erstes Ausführungsbeispiel
mit verschiedenen Ankerstellung im Längsschnitt,
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2 das
gleiche Starterrelais mit weiteren Ankerstellungen,
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3 zeigt
einen Ankerausbruch des Relais als zweites Ausführungsbeispiel,
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4 zeigt
den Ankerausbruch eines dritten Ausführungsbeispiels und
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5 zeigt
den Anker des Relais als viertes Ausführungsbeispiel.
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6 zeigt
ein Schaltrelais für
Starter im Längsschnitt
als fünftes
Ausführungsbeispiel
und
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7 zeigt
einen Ausbruch des Ankers und der Schaltstange des Relais aus 6 in vergrößerter Darstellung
vor der Montage.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt
in einem ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung ein Starterrelais 10 für Nutzkraftfahrzeuge im Längsschnitt.
Das Starterrelais 10 dient zum Einrücken eines Starterritzels in
einen Zahnkranz einer Brennkraftmaschine sowie zum Schalten eines
Startermotors. Das Starterrelais 10 weist eine Relaisspule 11 auf,
die auf einem Tragkörper 12 an einem
Magnetkern 13 befestigt ist. Die Relaisspule 11 ist
dabei in einem metallischen Gehäuse 14 eingesetzt,
an dessen vorderen Ende der Magnetkern 13 aufgenommen ist.
Am Boden des Gehäuses 14 ist ein
axial verschiebbarer Magnetanker 15 geführt, der in die Relaisspule 11 eintaucht
und der eine Stösselschraube 16 trägt, die
in einer zentrischen Bohrung des Magnetankers 15 befestigt
ist. Das kopfseitige Ende der Stösselschraube 16 trägt eine
Mitnehmerbuchse 17 für
einen nicht dargestellten Einrückhebel eines
Starters. In einer Durchgangsöffnung
des Magnetkerns 13 ist eine Schaltstange 18 mittels
einer Hülse 19 aus
Isolierstoff geführt,
wobei die Schaltstange 18 als Schraube mit ihrem Kopf 20 in
einer axialen Ausnehmung 21 des Magnetankers 15 dem Ende
der Stösselschraube 16 gegenüber steht. Oberhalb
des Magnetkerns 13 trägt
die Schaltstange 18 eine Führungshülse 22 aus Isolierstoff,
die in einer Ausnehmung 23 des Magnetkerns 13 geführt wird und
außerdem
als Aufnahme für
ein Kontaktelement 24 dient. Das Kontaktelement 24 ist
in einem Schalterdeckel 25 am äußeren Ende der Schaltstange 18 mit
einer Mutter 26 befestigt und wirkt dort mit zwei Gegenkontakten 27, 28 zusammen,
die zum Anschluss an den Hauptstromkreis des nicht dargestellten
Startermotors in dem Schalterdeckel 25 verankert sind.
Der Schalterdeckel 25 ist dabei auf den äußeren Rand
des Magnetkerns 13 aufgesetzt und dort vom äußeren Rand 14a des
Gehäuses 14 eingefasst. In
der Ausnehmung 21 des Magnetankers 15 ist eine Ankerrückstellfeder 29 angeordnet,
die sich einerseits am Boden der Ausnehmung 21 und andererseits
am Kopf 20 der Schaltstange 18 abstützt. Auf der
Hülse 19 der
Schaltstange 18 befindet sich unterhalb des Magnetkerns 13 eine
Kontaktrückstellfeder 30,
die sich an einer Schulter 31 der Hülse 19 und an dem
Magnetkern 13 abstützt.
Zwischen dem vorderen Ende der Hülse 19 und
der Führungshülse 22 ist auf
der Schaltstange 18 außerdem
noch eine Kontaktdruckfeder 32 eingesetzt.
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Im Falle einer Verklebung oder Verschweißung des
Kontakelementes 24 mit den Gegenkontakten 27 oder 28 bei
eingeschaltetem Relais muss zur Beendigung des Startvorganges mit
dem Abschalten des Starterrelais die Verklebung beziehungsweise
Verschweißung
aufgerissen werden. Zu diesem Zweck sind Schaltstange 18 und
Magnetanker 15 begrenzt axial verschiebbar miteinander
gekuppelt. Eine solche Kupplung zwischen Schaltstange 18 und
Magnetanker 15 wird dadurch realisiert, das am hinteren
Ende der Schaltstange 18 ein Kopfteil mit einer Anschlagschulter
ausgebildet wird, die mit mindestens einem radialen Vorsprung an
der Innenwandung der Ankerausnehmung zusammenwirkt.
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Im ersten Ausführungsbeispiel nach 1 und 2 ist das Kopfteil 35 an der
auf die Schaltstange 18 aufgesetzten Hülse 19 mit ihrer ringförmigen Anschlagschulter 31 ausgebildet,
wobei das hintere Ende der Hülse 19 als
Kopfteil 35 über
den Kopf 20 am Ende der Schaltstange 18 hinausragt
und in der zylindrischen Innenwandung 21a der Ankerausnehmung 21 axial
begrenzt verschiebbar geführt
ist. Als radialer Vorsprung sind dort im Endbereich der Ausnehmung 21 des
Magnetankers 15 an der Innenwandung 21a an zwei
einander gegenüberliegenden
Bereichen stiftförmige
Teile in Form zweier Spannhülsen 36 in
jeweils eine die Innenwandung 21a sehnenartig durchdringende
Bohrung des Magnetankers 15 eingepresst.
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Die Wirkungsweise einer solchen Abreißkupplung
ist folgende: Gemäß 1, obere Hälfte, befindet
sich das Starterrelais 10 in der Ruhelage, wobei der Magnetanker
15 vom Magnetkern 13 seinen maximalen Abstand a) aufweist.
Bei abgeschalteter Relaisspule 11 wird der Magnetanker 15 dann durch
die Ankerrückstellfeder 29 aus
der Relaisspule 11 herausgedrückt. Außerdem wird das Kontaktelement 24 über die
Schaltstange 18 von der Kontaktrückstellfeder 30 in
seiner Ruhelage gehalten. Sobald nun die Relaisspule 11 bestromt
wird, werden durch die im Spalt a) zwischen Magnetkern 13 und Magnetanker 15 wirksamen
Magnetkräfte
den Magnetanker 15 gegen die Kraft der Ankerrückstellfeder 29 anziehen,
bis gemäß der unteren
Hälfte
der 1 die Stösselschraube 16 die
Schaltstange 18 gegen die Kraft der Kontaktrückstellfeder 30 soweit
vorschiebt, dass das Kontaktelement 24 an den Gegenkontakten 27, 28 anliegt.
Der verbleibende kleine Abstand a) zwischen Magnetkern 13 und
Magnetanker 15 entspricht der Abbrandreserve der Kontakte.
Gemäß 2, obere Hälfte wird
auch diese Abrandreserve durch die Anzugskraft des Magnetankers 15 überwunden,
in dem dabei die Schaltstange 18 mit ihrer Hülse 19 die
vorgespannte Kontaktdruckfeder 32 auf den erforderlichen
Kontaktdruck am Kontaktelement 24 zusammen drückt. Damit
wird der Stromkreis eines Startermotors für einen Startvorgang einer
Brennkraftmaschine geschlossen. Mit dem Abschalten der Relaisspule 11 wird
der Startvorgang beendet. Durch die Ankerrückstellfeder 29 wird
dabei zunächst
der Magnetanker 15 aus der Relaisspule 11 wieder
herausgedrückt.
Im Falle einer Verschweißung
der Kontakte drückt
nun die Kontaktrückstellfeder 30 die
Schaltstange 18 nur über
den Weg der Abrandreserve zurück,
da ihre Kraft zum Losreißen
der Verschweißung
nicht ausreicht. Der Magnetanker 15 bewegt sich jedoch
durch die Kraft der Ankerrückstellfeder 29 beschleunigt
weiter, bis die Spannhülsen 36 auf
die Anschlagschulter 31 des Kopfteils 35 treffen.
In dieser in der unteren Hälfte
der 2 dargestellten
Lage wird nun durch die kinetische Energie des Magnetankers 15 die
Schaltstange 18 mitgerissen und reißt dabei das Kontaktelement 24 von
den Gegenkontakten 27, 28 los. Der Abstand a)
des Magnetankers 15 vom Magnetkern 13 ist dabei
etwa halb so groß wie
der Abstand in Ruhelage. Die Anbringung zweier Spannhülsen 36 an
den einander gegenüberliegenden
Bereichen der Innenwandung 21a der Ausnehmung 21 stellt
sicher, dass der Kopfteil 35 der Hülse 19 in der Ausnehmung 21 nicht
verkantet. Alternativ kann jedoch aus Kostengründen auch auf eine der beiden
Spannhülsen
verzichtet werden.
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3 zeigt
als weiteres Ausführungsbeispiel einen
Ausbruch des Magnetankers 15a, wobei der radiale Vorsprung
an der Innenwandung 21a der Ausnehmung 21 eine
Ringwand 37 im vorderen Bereich der Ankerausnehmung 21 ist.
Diese aus dem Vollen gedrehte Ringwand wirkt ebenfalls im Falle
einer Verschweißung
oder Verklebung der Kontakte mit der Abstützschulter 31 am Kopfteil 35 der
Hülse 19 zusammen,
wie dies zu 2 erläutert wurde.
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4 zeigt
in einem dritten Ausführungsbeispiel
einen Ausbruch des Magnetankers 15b, wobei der radiale
Vorsprung an der Innenwandung 21a der Ausnehmung 21 hier
aus einem Sprengring 38 besteht, der in eine Ringnut der
Innenwandung eingesetzt ist. Auch hier wirkt der Sprengring 38 als
Ringwand im Falle einer Verklebung oder Verschweißung der
Kontakte mit der Anschlagschulter 31 des Kopfteil 35 in
vorerwähnter
Weise zusammen. Anstelle eines Sprengringes 38 mit rundem
Querschnitt ist alternativ auch ein Sprengring mit Rechteckquerschnitt einsetzbar,
wobei dann die Ringnut in der Ausnehmung 23 des Magnetankers 15 ebenfalls
rechteckig sein muss.
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5 zeigt
einen Magnetanker 15c des Starterrelais als viertes Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Dort ist in das hintere Ende der Schaltstange 18a eine
Zylinderkopfschraube 39 eingeschraubt. Die Schraube 39 ist
durch eine Bohrung im Boden einer napfförmigen Hülse 40 hindurchgesteckt,
wobei der Kopf 39a der Schraube eine Anschlagschulter für den Boden 40a der
Hülse 40 bildet.
Die napfförmige Hülse 40 ist
dabei in einer zentrischen Bohrung des Magnetankers 15c fixiert,
beispielsweise eingeschraubt und ragt mit ihrem Boden 40a in
die Ausnehmung 21 des Magnetankers 15c. Das äußere Ende
der napfförmigen
Hülse 40 trägt die Mitnehmerbuchse 17 und
ist durch eine Schraube 41 verschlossen. Bei dieser Lösung bildet
somit die Schraube 39 mit ihrem Kopf 39a den einen
Teil und die napfförmige
Hülse 40 mit
ihrem Boden 40a den anderen, damit zusammenwirkenden Teil
der axial begrenzt verschiebbaren Kupplung zwischen Schaltstange 18a und
Magnetanker 15c, die ein Losreißen verschweißter oder
verklebter Kontakte durch die kinetische Energie des Magnetankers 15c gewährleistet.
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6 zeigt
als letztes Ausführungsbeispiel ein
Starterrelais 10a ohne Einrückfunktion im Längsschnitt,
mit dem lediglich der Hauptstromkreis eines Startermotors geschaltet
wird. Gleichwirkende Bauteile sind dabei mit den in 1 verwendeten Bezugszahlen versehen. 7 zeigt dabei den vorderen
Teil des Magnetankers 15d mit der Ausnehmung 21 und
den hinteren Teil der Schaltstange 18a mit dem Kopfteil 44 in
vergrößerter Darstellung
vor dem Zusammensetzen. Die radialen Vorsprünge an der Innenwandung 21a im
vorderen Bereich der Ankerausnehmung 21 bestehen hier aus
mehreren Segmentvorsprüngen 43,
die vom vorderen Ende der Ankerausnehmung 21 her in die
Innenwandung 21a axial eingeprägt wurden. Die Schaltstange 18a ist
hier aus Kunststoff hergestellt und ihr hinteres Ende ist als hohlzylindrisches
Kopfteil 44 ausgebildet. Dieses hohlzylindrische Kopfteil 44 ist
durch axiale Schlitze 45 in mehrere Segmente aufgeteilt,
die beim Einschieben in die Ankerausnehmung 21 durch die
Segmentvorsprünge 43 elastisch
nach innen gedrückt werden.
Durch eine Anlaufschräge 44b vorn
am Kopfteil 44 wird das Einschieben in die Ankerausnehmung 21 erleichtert.
Hinter dem Kopfteil 44 ist eine Ringnut 46 an
der Schaltstange 18a ausgebildet, welche nach dem Einsetzen
des Kopfteils 44 in die Ankerausnehmung 21 eine
Anschlagschulter 44a für
die Segmentvorsprünge 43 bildet.
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Die Funktion des Starterrelais 10a nach 6, ist derart, dass der
Magnetanker 15d und das Kontaktelement 24a von einer
gemeinsamen Rückstellfeder 47 beaufschlagt
sind, die am vorderen Ende der Schaltstange 18a zwischen
dem Kontaktelement 24a und einem die Gegenkontakte 27, 28 tragenden
Schalterdeckel 25 unter Vorspannung eingesetzt ist. Beim
Einschalten der Relaisspule 11 drückt der Magnetanker 15d mit
dem Boden 21b der Ausnehmung 21 die Schaltstange 18a mit
der Stirnseite ihres Kopfteils 44 in die Einschaltstellung.
Die beiden Enden des Kontaktelementes 24a legen sich dabei federnd
an die Gegenkontakte 27, 28 an. Bei einem Verkleben
oder Verschweißen
der Kontakte wird dann beim Abschalten der Relaisspule 11 der
Magnetanker 15d über
die Schaltstange 18a durch die Rückstellfeder 47 über den
Weg der Abbrandreserve zurückgedrückt. Die
Schaltstange 18a wird dann durch die verklebten oder verschweißten Kontakte festgehalten.
Durch die impulsartige Beschleunigung des Magnetankers 15d über den
Weg der Abbrandreserve wird in ihm bereits eine ausreichende kinetische
Energie aufgebaut, so dass sich dadurch der Magnetanker 15d weiter
aus der Relaisspule 11 herausbewegt. Die Segmentvorsprünge 43 an
der Ankerausnehmung 21 durchlaufen dabei einen Weg b) in der
Ringnut 46 der Schaltstange 18a und treffen dann
auf die Anschlagschulter 44a des Kopfteils 44. Die
kinetische Energie des Magnetankers 15d reicht dabei aus,
um eine Verschweißung
oder Verklebung der Kontakte aufzureißen und das Kontaktelement 24a über die
Schaltstange 18a wieder in die Ausgangslage zurück zu ziehen.
Dieser Vorgang wird außerdem
noch durch die Rückstellfeder 47 unterstützt. Der
Leerlaufhub zwischen Magnetanker 15d und Schaltstange 18a wird über den
Weg b der Segmentvorsprünge 43 in
der Ringnut 46 bestimmt und beträgt etwa die doppelte Abbrandreserve
des Starterrelais 10a.