-
Die Erfindung betrifft ein Relais, insbesondere ein Starterrelais für Brennkraftmaschinen nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
-
Stand der Technik
-
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, indem der Anker nach Durchlaufen eines Leerweges, beschleunigt durch die Kraft der Rückstellfeder, die Kontakte über das an der Schaltstange angreifende Kupplungselement losreißt.
-
DE 16 39 300 A offenbart ein elektromagnetisches Relais mit einer Kontaktbrücke, die auf einem unmagnetischen Bolzen verschiebbar gelagert ist.
-
DE 18 08 058 A offenbart einen elektromagnetischen Schalter für elektrische Andrehmotoren von Kraftfahrzeugen
DE 19 39 713 U offenbart ein elektromagnetisches Relais.
-
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 kinetischen Kräfte des Ankers die bekannten Kupplungselemente in Form einer Kunststoff- oder Metallhülse zu schwach.
-
Mit der vorliegenden Lösung wird angestrebt, das Losreißen verklebter oder verschweißter Relaiskontakte mit möglichst einfachen und robusten Mitteln zu realisieren.
-
Vorteile der Erfindung
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
Figurenliste
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und im Folgenden näher erläutert. Es zeigen:
- Ein Starterrelais als erstes Ausführungsbeispiel mit verschiedenen Ankerstellung im Längsschnitt,
- 2 das gleiche Starterrelais mit weiteren Ankerstellungen,
- 3 zeigt einen Ankerausbruch des Relais als zweites Aus führungsbeispiel,
- 4 zeigt den Ankerausbruch eines dritten Ausführungsbeispiels und
- 5 zeigt den Anker des Relais als viertes Ausführungsbeispiel.
- 6 zeigt ein Schaltrelais für Starter im Längsschnitt als fünftes Ausführungsbeispiel und
- 7 zeigt einen Ausbruch des Ankers und der Schaltstange des Relais aus 6 in vergrößerter Darstellung vor der Montage.
-
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
