-
Die zugrundeliegende Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Leistungsschütz ausgestattet mit einem bewegbaren Anschlagskern.
-
Die Erfindung ist besonders vorteilhaft bei elektromagnetischen Schützen für Leistungsstromkreise einsetzbar, insbesondere für Elektromotoren von Verbrennungsmotor-Anlassern, insbesondere von Kraftfahrzeugen. Insbesondere lässt sich die Erfindung für Anlasser von Fahrzeugen anwenden, die über die Funktion eines automatischen Stoppens und Neustartens verfügen (Funktion ist als Start-Stopp-Automatik bekannt).
-
In bekannter Weise hat ein Schütz zwei Aufgaben, erstens die Bewegung des das Ritzel des Anlassers tragenden Starters mittels eines Einrückhebels, so dass ein Ineinandergreifen des Ritzels in den Starterkranz des Verbrennungsmotors ermöglicht wird, und zweitens die Versorgung des Elektromotors des Anlassers mit Leistung, um es so zu ermöglichen, das Ritzel in Rotation zu versetzen.
-
Für diese Aufgaben ist das Schütz, wie in den 1 dargestellt ist, mit einem Anschlagskern 2, einem beweglichen Kern 3 und einem mit einem Spulensatz 6 versehenen Joch 5 ausgestattet. Der Anschlagskern 2, das Joch 5 und die Spulen 6 sind relativ zum Rahmen 9 fixiert.
-
Der bewegliche Kern 3 ist zwischen einer Position, die als Ruheposition bezeichnet wird und in der der bewegliche Kern 3 von dem fixierten Kern 2 beabstandet ist, und einer Position, die als Finalposition bezeichnet wird und in der der bewegliche Kern 3 mit dem Anschlagskern 2 in Kontakt ist, nach der Aktivierung des Spulensatze 6 bewegbar, so dass ein magnetisches Feld zum Anziehen des beweglichen Kerns 3 zu dem fixierten Kern 2 erzeugt wird.
-
Das rückseitige Ende des beweglichen Kerns ist über eine Verbindungsstange 11 (in 1B dargestellt) mit einem Einrückhebel verbunden, der eine Bewegung des Starters in Richtung des Anlasserkranzes des Verbrennungsmotors bewirkt, wenn der bewegliche Kern 3 in Richtung seiner Finalposition bewegt wird.
-
Ein anderes Ende des beweglichen Kerns 3 ist dafür vorgesehen, auf eine Steuerstange 12 einzuwirken, die eine Kontaktleiste 13 trägt. Diese Kontaktleiste 13 erstreckt sich transversal, um mit zwei elektrischen Anschlüsse 16 eines Leistungsstromkreises zusammenzuwirken und einen elektrischen Kontakt zwischen diesen herzustellen.
-
Zudem ist die Steuerstange 12, die von dem beweglichen Kern 3 verschoben wird, zwischen einer Ruheposition und einer Versorgungsposition beweglich, in der die Kontaktleiste 13 einen Kontakt zwischen den elektrischen Anschlüssen 16 herstellt, wenn sich der bewegliche Kern 3 in seiner Finalposition befindet.
-
Das erste Problem bei einer Konfiguration dieses Typs besteht darin, dass die kinetische Energie des beweglichen Kerns 3 durch den Rahmen 9 über die Pfeile F1 und F2 auf die elektrischen Anschlüsse 16 übertragen wird, wenn der bewegliche Kern 3 seine Bewegung in der Finalposition beendet und mit dem fixierten Kern 2 in Kontakt kommt, wodurch ein erneutes Öffnen des Kontaktes zwischen der Kontaktleiste 13 und den Anschlüssen 16 hervorgerufen werden kann, was zur Bildung eines Lichtbogens führt. Ein erneutes Öffnen dieser Art beschädigt jedoch die Anschlüsse 16 und die Kontaktleiste 13 durch die Abtragung von Material infolge eines Elektroerosionsphänomens und stört die Elektronik des Fahrzeugs.
-
1B zeigt ein Schütz umfassend eine Steuerstange 17, die eine Kontaktleiste 18 trägt. Diese Kontaktleiste 18 erstreckt sich transversal, um mit in einer Abdeckung 22 angeordneten elektrischen Anschlüssen 19a, 19b eines elektrischen Leistungsstromkreises zusammenzuwirken. Die Steuerstange 17 umfasst zudem eine Druckfeder 23, die zwischen einer Schulter und der Kontaktleiste 18 angeordnet ist. Das Schütz 1 umfasst zudem eine Rückstellfeder 24, die zwischen der Abdeckung 22 und einem Anschlag der Steuerstange 17 angeordnet ist.
-
Die Steuerstange 17, die von dem beweglichen Kern 3 bewegt wird, ist zwischen einer Ruheposition und einer Versorgungsposition bewegbar, in welcher die Kontaktleiste 18 einen Kontakt zwischen den elektrischen Anschlüssen 16 herstellt, wenn sich der bewegliche Kern 3 in seiner Finalposition befindet.
-
Das zweite Problem einer Konfiguration dieses Typs besteht darin, dass die kinetische Energie des beweglichen Kerns 3 über das Gehäuse 5 auf die elektrischen Anschlüsse 19a, 19b übertragen wird, wenn der bewegliche Kern 3 seine Bewegung in der Finalposition beendet und mit dem fixierten Kern 2 in Kontakt kommt, wodurch ein erneutes Öffnen des elektrischen Kontaktes zwischen der Kontaktleiste 18 und den Anschlüssen 19a, 19b hervorgerufen werden kann, was zur Bildung eines Lichtbogens führt. Ein erneutes Öffnen beschädigt die Anschlüsse 19a, 19b und die Kontaktleiste 18 durch Abtrag von Material infolge eines Elektroerosionsphänomens und stört die Elektronik des Fahrzeugs.
-
Das Dokument
US2014/0202415 lehrt die Herstellung eines elektromagnetischen Schützes umfassend ein am Joch befestigten Anschlag. Zudem ist ein elastisches Element zwischen dem Anschlagskern und der Abdeckung angeordnet, das die elektrischen Anschlüsse trägt. Bei dem Aufprall des beweglichen Kerns gegen den Anschlagskern werden Vibrationen auf die Abdeckung und die Anschlüsse über das elastische Element übertragen, was ein erneutes Öffnen des elektrischen Kontakts infolge der relativen Verschiebung der Anschlüsse zur Kontaktleiste hervorrufen kann.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, den ersten Nachteil effizient zu beseitigen, indem ein elektromagnetisches Leistungsschütz, insbesondere für den Elektromotor eines Verbrennungsmotor-Anlassers, vorgeschlagen wird, umfassend:
- – ein Joch;
- – einen Kern, der zwischen einer Ruheposition und einer Finalposition beweglich ist;
- – einen Anschlagskern;
- – wobei der besagte bewegliche Kern in der Finalposition mit dem besagten Anschlagskern in Kontakt ist; und
- – der besagte Anschlagskern relativ zu dem besagten Joch zwischen einer Anfangsposition und einer Endposition axialbeweglich ist.
-
Als ein Ergebnis der beweglichen Anordnung des Anschlagkerns relativ zum Joch macht es die Erfindung möglich den Stoß beim Aufprall des beweglichen Kerns auf den fixierten Kern zu dämpfen, wodurch das Risiko eines erneuten Öffnens des Kontaktes zwischen der Kontaktleiste und den Anschlüssen eliminiert wird.
-
Gemäß einer Ausführung der Erfindung ist zwischen dem Anschlagskern und dem Joch ein Luftspalt vorhanden, der während der Bewegung des Anschlagskerns variiert.
-
Dies bedeutet, dass während der Bewegung von der Anfangsposition in die Endposition ein magnetischer Fluss zwischen dem besagten Joch und dem besagten Anschlagskern eine Rückstellkraft erzeugen kann, die es ermöglicht, den besagten Anschlagskern zur Anfangsposition zurück zu bewegen.
-
Gemäß einer Ausführung der Erfindung liegt eine Oberfläche des Anschlagskerns gegenüber einer Oberfläche des Jochs, wobei diese beiden Oberflächen komplementär zueinander sind.
-
Die bedeutet, dass die gegenüberliegenden Oberflächen, die den Luftspalt bilden, ihre Oberflächen in der Anfangsposition verbunden haben können, um Flussverluste zu vermeiden.
-
Gemäß einer Ausführung der Erfindung umfasst der besagte Anschlagskern eine radiale Oberfläche, die einer radialen Oberfläche des besagten Jochs gegenüberliegt. Aus diesem Grund wird die vom Joch auf den Anschlagskern ausgeübte Rückstellkraft maximiert, wenn sich der letztere in der Endposition befindet.
-
Gemäß einer Ausführung der Erfindung umfasst das besagte Schütz zusätzlich einen Rückhalteanschlag, der den besagten Anschlagskern zurückhalten kann.
-
Gemäß einer Ausführung der Erfindung weist das besagte Schütz eine Abdeckung tragende elektrische Anschlüsse auf, wobei die besagte Abdeckung den besagten Rückhalteanschlag umfasst.
-
Gemäß einer Ausführung der Erfindung umfasst das besagte Schütz einen Rahmen, bezogen auf welchen das Joch fixiert ist, wobei der besagte Rahmen den besagten Rückhalteanschlag umfasst.
-
Gemäß einer Ausführung der Erfindung ist der besagte Rückhalteanschlag mit einem axialen Abstand zum besagten Anschlagskern angeordnet, der größer als der axiale Spalt zwischen der Anfangsposition und der Endposition des besagten Anschlagskerns ist.
-
Gemäß einer Ausführung der Erfindung ist ein elastisches Rückstellmittel zwischen dem besagten Rückhalteanschlag und dem besagten Anschlagskern montiert. Dies macht es möglich, ein Zurückkehren des Anschlagkerns in seine Anfangsposition zu erleichtern.
-
Gemäß einer Ausführung der Erfindung weist das besagte elastische Rückstellmittel eine torische Form auf. Dies begrenzt die Steifigkeit des elastischen Elements in den ersten Momenten der Kompression.
-
Diese Erfindung betrifft zudem einen Anlasser für einen Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotor, der mit einem elektromagnetischen Leistungsschütz ausgestattet ist, wie es zuvor beschrieben wurde.
-
Gemäß einer anderen Erfindung ist es die Aufgabe der Erfindung, den zweiten Nachteil effizient zu überwinden, indem ein elektromagnetisches Leistungsschütz, insbesondere für einen Elektromotor eines Verbrennungsmotor-Anlassers, vorgeschlagen wird, umfassend:
- – ein Joch;
- – einen Kern, der zwischen einer Ruheposition und einer Finalposition beweglich ist;
- – einen Anschlagskern;
- – wobei der besagte bewegliche Kern in der Finalposition am besagten Anschlagskern anliegt; und
- – wobei der besagte Anschlagskern ein erstes Teil, das relativ zum Joch zwischen einer Anfangposition und einer Endposition axialbeweglich ist, und ein zweites Teil umfasst, das relativ zum Joch fixiert ist.
-
Aufgrund der bewegliche Anordnung eines Teils des Anschlagskerns relativ zum Joch macht es die Erfindung möglich den Stoß beim Aufprall des beweglichen Kerns auf den Anschlagskern zu dämpfen, wodurch das Risiko eines erneuten Öffnens des Kontaktes zwischen der Kontaktleiste und den Anschlüssen eliminiert wird.
-
Gemäß einer Ausführung der Erfindung erfolgt die Bewegung von der Anfangsposition in die Endposition derart, dass der Fluss zwischen dem besagten fixierten Teil und dem besagten beweglichen Teil des besagten Anschlagskerns eine elektromagnetische Rückstellkraft erzeugt, die es möglich macht, den besagten beweglichen Teil in seine Anfangsposition zurück zu bewegen.
-
Gemäß einer Ausführung der Erfindung umfasst das besagte bewegliche Teil eine axiale Oberfläche, die einer axialen Oberfläche des besagten fixierten Teils gegenüberliegend angeordnet ist.
-
Gemäß einer Ausführung der Erfindung umfasst das besagte bewegliche Teil eine radiale Oberfläche, die einer korrespondierenden radialen Oberfläche des besagten fixierten Teils gegenüberliegend angeordnet ist, die in der Anfangsposition einen Anschlag für das besagte bewegliche Teil bildet.
-
Gemäß einer Ausführung der Erfindung umfasst das besagte Schütz zusätzlich einen Anschlag zur Zurückhaltung des besagten beweglichen Teils in der Endposition.
-
Gemäß einer Ausführung der Erfindung umfasst das besagte Schütz eine Abdeckung, die elektrische Anschlüsse trägt, wobei die besagte Abdeckung den besagten Rückhalteanschlag umfasst.
-
Gemäß einer Ausführung der Erfindung ist ein Dämpfungselement zwischen dem besagten beweglichen Teil und dem besagten fixierten Teil des besagten Anschlagskerns montiert.
-
Gemäß einer Ausführung der Erfindung ist das besagte Dämpfungselement zwischen einem radialen Rand des besagten beweglichen Teils und einem korrespondierenden radialen Rand des fixierten Teils montiert.
-
Gemäß einer Ausführung der Erfindung umfasst das besagte Schütz einen ringförmigen Träger, auf den zumindest eine Spule gewickelt ist, wobei der besagte ringförmige Träger einen Anschlag aufweist zur Zurückhaltung des beweglichen Teils während seiner Bewegung in Richtung zur Anfangsposition.
-
Gemäß einer Ausführung der Erfindung wird das Dämpfungselement während des Vorschubs des beweglichen Teils relativ zum fixierten Teil deformiert, und die Feder zum Zurückstellen der Steuerstange, die das bewegliche Teil direkt oder indirekt mittels der Kontaktleiste in Richtung der Anfangsposition drückt, wenn die Spule(n) nicht weiter mit Leistung versorgt wird/werden.
-
Bei dieser Ausführung bleibt das bewegliche Teil während des Betriebs in einer Position zwischen der Anfangsposition und der Endposition, inklusive während des Betriebs des Anlassers.
-
Gemäß einer anderen Ausführung ist das Dämpfungselement elastisch und dazu ausgebildet es zu ermöglichen, den beweglichen Teil beim Betrieb des Anlassers in Richtung der Anfangsposition zurückzubewegen. In diesem Fall, die Feder von...
-
Diese Erfindung betrifft zudem einen Anlasser für einen Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotor ausgestattet mit einem elektromagnetischen Leistungsschütz wie zuvor beschriebenen.
-
Die Erfindung lässt sich durch Lesen der nachfolgenden Beschreibung und Untersuchung der diese begleitenden Figuren besser verstehen. Diese Figuren sind rein zur Veranschaulichung gedacht und stellen keine Einschränkung der Erfindung dar.
-
Die Erfindung lässt sich durch Lesen der nachfolgenden Beschreibung und Untersuchung der diese begleitenden Figuren besser verstehen. Diese Figuren sind rein zur Veranschaulichung gedacht und stellen keine Einschränkung der Erfindung dar.
-
1A zeigt, wie oben beschrieben, eine schematische Teilansicht eines aus dem Stand der Technik bekannten elektromagnetischen Schützes als Längsschnitt.
-
1B zeigt, wie oben beschrieben, einen Längsschnitt durch ein aus dem Stand der Technik bekanntes elektromagnetisches Schütz.
-
2a ist eine Teilansicht des Längsschnittes des erfindungsgemäßen elektromagnetischen Schützes im Ruhezustand.
-
2b ist eine Teilansicht des Längsschnittes des erfindungsgemäßen elektromagnetischen Schützes nach dem Aufprall zwischen dem beweglichen Kern und dem Anschlagskern, wenn sich der Anschlagskern in der Endposition befindet.
-
2c ist eine Teilansicht des Längsschnittes des erfindungsgemäßen Schützes nach dem Zurückkehren des Anschlagskerns.
-
3a zeigt ein Diagramm der zeitlichen Entwicklung des magnetischen Spaltes zwischen dem beweglichen Kern und dem Anschlagskern, dem magnetischen Spalt zwischen dem Anschlagskern und dem Joch, und dem Strom in dem Anlasser bei einem Zahn-gegen-Zahn Eingriff des Ritzels des Anlassers in den Starterkranz des Verbrennungsmotors.
-
3b zeigt ein Diagramm der zeitbasierten Entwicklung des magnetischen Luftspaltes zwischen dem beweglichen Kern und dem Anschlagskern, des magnetischen Luftspaltes zwischen dem Anschlagskern und dem Joch, und dem Strom in dem Anlasser bei einem Zahn-gegen-Zahn Eingriff des Ritzels des Anlassers in den Starterkranz des Verbrennungsmotors.
-
4 zeigt die zeitbasierte Entwicklung des Stroms in einem Anlasser, der entsprechend mit einem Schütz nach dem Stand der Technik oder einem Schütz nach der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist.
-
5a ist eine Teilansicht des Längsschnittes einer Ausführungsvariante eines Schützes gemäß der vorliegenden Erfindung.
-
5b ist eine Detailansicht des Querschnittes durch das elastische Rückstellmittel, das in der in 5a dargestellten Ausführung verwendet ist.
-
6 ist ein Längsschnitt eines elektromagnetischen Schützes, der eine erste Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
-
7a und 7b sind Längsschnitte, die Varianten des zweiteiligen Anschlagskerns gemäß der Erfindung veranschaulichen.
-
8 ist ein Längsschnitt eines elektromagnetischen Schützes, der eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
-
Identische, ähnliche oder analoge Elemente behalten von einer Figur zur anderen dasselbe Bezugszeichen.
-
Die 2a, 2b und 2c sind eine schematische Darstellung eines Schützes 1, das beispielsweise zur Steuerung der Aktivierung eines Elektromotors eines Verbrennungsmotor-Anlassers verwendet wird. Das Schütz 1 ist mit einem Anschlagskern 2, einem beweglichen Kern 3, die beide aus ferromagnetischem Material bestehen, und einem metallischen Joch 5, das mit einem Satz von Spulen 6 bestückt ist, ausgestattet. Das Joch 5 und die Spulen 6 sind relativ zum Rahmen 9 befestigt.
-
Der bewegliche Kern 3 kann relativ zum Rahmen 9 axial zwischen einer Position, die als Ruheposition bezeichnet wird, die in 2a dargestellt ist und in der der bewegliche Kern 3 von dem Anschlagskern 2 beabstandet ist, und einer Position, die als Finalposition bezeichnet wird, die in 2b dargestellt ist und in der der bewegliche Kern 3 mit dem Anschlagskern 2 nach der Versorgung der Windungen mit Leistung in Kontakt kommt, bewegt werden, insbesondere durch ein von dem Satz Spulen 6 erzeugtes magnetisches Feld zur Anziehung des beweglichen Kerns 3 zum Anschlagskern 2.
-
Zusätzlich ist das rückseitige Ende des beweglichen Kerns 3 mittels einer Verbindungsstange (nicht gezeigt) mit einem schwenkbaren Hebel verbunden, der eine Bewegung eines Starterritzels des Anlassers in Richtung des Starterkranzes des Verbrennungsmotors verursacht, wenn der bewegliche Kern 3 in seine Finalposition bewegt wird.
-
Das andere Ende des beweglichen Kerns 3 wirkt auf die Steuerstange 12, die zwischen einer Position, die als Ruheposition bezeichnet wird, und einer Position, die als Versorgungsposition bezeichnet wird, bewegbar ist. Eine Kontaktleiste 13 ist auf der Steuerstange 12 angeordnet. Der Übergang der Steuerstange 12 in die Versorgungsposition hat eine Kontaktierung der Kontaktleiste 13 mit den elektrischen Anschlüssen 16 zur Folge, um damit den Elektromotor des Anlassers (nicht gezeigt) mit Leistung zu versorgen.
-
Die beiden Anschlüsse
16 sind relativ zum Rahmen
9 fixiert und in einer Abdeckung
17 aus elektrisch isolierendem Material installiert. Einer der Anschlüsse
16 ist dafür vorgesehen, mit dem positiven Anschluss der Batterie verbunden zu werden, wohingegen der andere Anschluss
16 für eine Verbindung mit dem Elektromotor des Anlassers vorgesehen ist, wie beispielsweise in Dokument
FR 2795884 beschrieben ist.
-
Der Anschlagskern 2 ist axial relativ zum Rahmen 9 beweglich (und somit auch relativ zum Joch 5), zwischen einer Anfangsposition, in der der Anschlagskern 2 von dem Joch 5 getragen ist, und einer Endposition, in der der Anschlagskern 2 von dem Joch 5 beabstandet ist, folgend auf den Zusammenstoß zwischen dem beweglichen Kern 3 und dem Anschlagskerns 2. Somit kann zwischen einer radialen Oberfläche des Anschlagskerns 2 und einer radialen Oberfläche des Jochs 5 ein Luftspalt erzeugt werden. Zur Optimierung der magnetischen Rückstellkraft, die von dem Joch 5 auf den Anschlagskern 2 nach dem Zusammenstoß zwischen dem beweglichen Kern 3 und dem Anschlagskern 2 erzeugt wird, ist eine radiale Oberfläche des Anschlagskerns 2 gegenüber einer radialen Oberfläche des Jochs 5 angeordnet.
-
Zusätzlich weist das Schütz 1 einen Rückhalteanschlag 18 mit einer Funktion einer sicheren Zurückhaltung des Anschlagskerns 2 auf. Dieser Anschlag 18 kann entweder in der Abdeckung 17, der die Anschlüsse 16 trägt, oder in dem Rahmen 9 des Schützes 1 vorgesehen sein. Genauer gesagt, ist der Anschlag 18 mit einem axialen Abstand L vom Anschlagskern 2 angeordnet (siehe 2a), der größer als der axiale Spalt zwischen der Anfangsposition und der Endposition des Anschlagskerns 2 ist. Dadurch wird verhindert, dass der Anschlagskern 2 mit dem Anschlag 18, der einstückig mit dem Rahmen 9 ist, in Kontakt kommen kann, was ein Öffnen der Leistungskontakte zwischen der Kontaktleiste 13 und den Anschlüssen 16 zur Folge haben kann. Mit anderen Worten ermöglicht der Anschlag 18, den Anschlagskerns 2 in dem besonderen Fall zurückzuhalten, der einer Betriebsabnormalität entspricht, in der der Anschlagskern 2 über die Endposition hinausbewegt wäre.
-
Im Betrieb führt die Versorgung durch den Satz aus Spulen 6 zu einer axialen Bewegung des beweglichen Kerns 3 gemäß Pfeil F3 in Richtung seine Finalposition, welche die Steuerstange 12 axial in Richtung ihrer Versorgungsposition geschoben wird und welche einen Kontakt der Kontaktleiste 13 mit den elektrischen Anschlüssen 16 herbeiführt.
-
Wie in 2b zu erkennen ist, vollführt der Anschlagskern 2 nach dem Aufprall des beweglichen Kerns 3 auf den Anschlagskern 2 eine leichte Separierung derart, dass dieser von seiner Anfangsposition in seine Endposition übergeht. Das Schütz (die Spulen, der bewegliche Kern und der Anschlagskern, usw.) ist derart ausgebildet, dass im ungünstigsten Fall, beispielsweise bei maximalem Aufprall zwischen dem beweglichen Kern und dem Anschlagskern, der Anschlagskerns 2 in der Endposition nicht mit dem Rahmen 9 über den Rückhalteanschlag 18 kollidiert, um ein erneutes Öffnen des Kontaktes zwischen der Kontaktleiste 13 und den elektrischen Anschlüssen 16 zu verhindern.
-
Zusätzlich ist die Bewegung des Anschlagskerns 2 von der Anfangsposition zu der Endposition derart, dass der magnetische Fluss zwischen dem Joch 5 und dem Anschlagskern 2 eine magnetische Rückstellkraft gemäß dem Pfeil F4 erzeugt, die es ermöglicht, den Anschlagskerns 2 wieder in die Anfangsposition zurück zu bringen, in der der Anschlagskern 2 an dem Joch 5 haftet. Diese magnetische Kraft wird durch den Axialspalt E1 zwischen dem Anschlagskern 2 und dem Joch 5 erhalten. Dieser Luftspalt E1 erstreckt sich zwischen zwei radialen Stirnseiten des Anschlagskerns 2 und des Jochs 5, die einander gegenüberliegend angeordnet sind.
-
Unter dem Einfluss der magnetischen Kraft wird die Bewegung des Anschlagskerns 2 abrupt gebremst, wenn er das mit dem Rahmen einstückige Joch 5 trifft. Der bewegliche Kern 3 führt dann seine Bewegung in zur Kontaktleiste 13 entgegengesetzter Richtung fort, und ein Luftspalt E2 ist nochmals gebildet, zwischen dem beweglichen Kern 3 und dem Anschlagskern 2 (siehe 2c), wodurch eine Kraft gemäß Pfeil F5 erzeugt wird, die dazu neigt, den beweglichen Kern 3 in Richtung des Anschlagskerns 2 zurückzubewegen.
-
Schließlich tendiert das System, nach einer Mehrzahl von dämpfenden Oszillationen in eine stabile Position mit Luftspalten E1 und E2 null anzunähern. Die magnetischen Kräfte haben somit den Effekt, ein magnetisches Anhaften der beide beweglichen Teile (der bewegliche Kern 3 und der Anschlagskern 2) sicherzustellen. Es wird keine Kraft auf den Rahmen 9 übertragen, die dafür verantwortlich, eine Verschiebung der Anschlüsse 16 relativ zu der Kontaktleiste 13 zu verursachen.
-
3a stellt die Entwicklung der Luftspalte E1 und E2 über einer Zeitbasis sowie den Anlasserstrom für den Fall eines Zahn-gegen-Zahn Eingriffs des Ritzels des Anlassers in den Starterkranz der Maschine dar. Es sei daran erinnert, dass Zahn-gegen-Zahn Eingriff einer Situation entspricht, in der das Ritzel des Anlassers mit den Zähnen des Starterkranzes kollidiert, vor es in diesen Starterkranz eingreift. Diese Kurven wurden für einen Anschlagskern 2 mit einem Gewicht von ca. 100 g sowie für eine Rückstellkraft des Jochs 5 auf den Anschlagskern 2 von ca. 100 N erhalten.
-
Es hat sich herausgestellt, dass das System drei Oszillationen benötigt, bevor es vollständig gedämpft ist. Es sollte auch beachtet werden, dass die maximale Verschiebung des Anschlagskerns 2 0,27 mm beträgt, was deutlich kleiner als der axiale Abstand zwischen dem Sicherheitsanschlag und dem Anschlagskern 2 in der Ruheposition ist, der in diesem Fall ca. 0,5 mm beträgt. Der Rückweg des beweglichen Kerns 3 beträgt ca. 0,16 mm, geht er zurück in magnetische Haftung. Es hat sich auch herausgestellt, dass es kein erneutes Öffnen des Kontaktes des Leistungskreises des Anlassers gibt.
-
3b stellt die Kurven dar, die für den Fall eines direkten Eingriffs erhalten wurden, entsprechend einer Situation, in der das Ritzel des Anlassers in den Starterkranz eingreift, ohne die Zähne des Starterkranzes zu stören. Es wurde festgestellt, dass das System dennoch drei Oszillationen zur Dämpfung benötigt und kein erneutes Öffnen von Kontakten stattfindet. Es wird hingegen eine größere Verschiebung des Kerns um 0,4 mm aufgrund der kinetischen Energie des beweglichen Kerns 3 beobachtet, die größer als bei dem Zahn-gegen-Zahn Fall ist.
-
4 zeigt, in identischen Betriebsbedingungen, dass der Strom im Anlassers, der mit einem Schütz nach dem Stand der Technik ausgestattet ist, eine dem Wiederöffnen des Kontakts zwischen der Leiste 13 und den Anschlüssen 16 zugeordnete plötzliche Variation aufweist, wohingegen kein Wiederöffnen (reguläre Entwicklung des Stroms) im Falle eines gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten Schützes stattfindet. Um die Unterschiede zwischen der Kurve des Schützes nach dem Stand der Technik und der Kurve eines erfindungsgemäßen Schützes zu zeigen, wurde bewusst eine zeitliche Versetzung zwischen beiden Kurven eingeführt.
-
Gemäß einer in den 5a und 5b dargestellten Ausführungsvariante ist ein elastisches Mittel 21, wie z. B. eine Feder oder ein Elastomer, zwischen dem Anschlagskern 2 und dem Rückhalteanschlag 18 installiert. Dieser Zusatz kann für den Fall vorgesehen sein, dass die magnetische Rückstellkraft des Jochs 5 auf den Anschlagskern 2 nicht groß genug ist und der Anschlagskern 2 mit dem Rückhalteanschlag 18 in Kontakt kommt. Vorzugsweise hat das elastische Mittel 21 eine torische Form, so dass es in den ersten Momenten der Verdichtung keine übermäßige Festigkeit aufweist. Das elastische Mittel 21 ist beispielsweise in einer kreisförmigen Nut 22 angeordnet, die im Rückhalteanschlags 18 vorgesehen ist, wie in 5b dargestellt. Die Nut 22 weist einen Freiraum auf, um die Verformung des elastischen Mittels 21 zu erlauben, wenn das elastische Mittel 21 mit der vom Anschlagskerns 2 während des Aufpralls aufgebrachten Kraft beaufschlagt ist.
-
Gemäß einer anderen Erfindung, die in 8 als Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Schützes 1 dargestellt ist und beispielsweise zur Steuerung der Aktivierung eines Elektromotors eines Verbrennungsmotor-Anlassers verwendet wird. Das Schütz 1 mit einer Achse X ist ausgestattet mit einem Anschlagskern 2, einem beweglichen Kern 3, die beide aus ferromagnetischem Material gefertigt sind, und ein Metallgehäuse 5 auf, in welchem ein metallisches Joch 6 sowie ein Satz von Spulen 9a, 9b vorgesehen ist, die auf einen isolierenden ringförmigen Träger 10 gewickelt sind. Das Joch 6 ist wie die Spulen 9a, 9b relativ zum Gehäuse 5 fixiert, welches integral mit dem zur Befestigung an dem Fahrzeug vorgesehenen Rahmen des Anlassers ist.
-
Der mobile Kern 3 ist axial relativ zum Joch 6 zwischen einer Position, die als Ruheposition bezeichnet wird, in 8 dargestellt, und in der der bewegliche Kern 3 von dem Anschlagskern 2 beabstandet ist, und einer Position, die als Finalposition bezeichnet wird und in der der bewegliche Kern 3 mit dem Anschlagskern 2 nach der Aktivierung des Satzes aus Spulen nach einer Aktivierung des Satzes von Spulen in Kontakt kommt, welche ein magnetisches Feld erzeugen, um den beweglichen Kern 3 zum Anschlagskern 2 hin anzuziehen.
-
Für diesen Zweck weist der Satz von Spulen 9a, 9b eine Anzugsspule 9a und eine Kontakterhaltungsspule 9b auf. Die beiden Spulen 9a, 9b werden mit Leistung versorgt, um den beweglichen Kern 3 aus seiner Ruheposition in seine Finalposition zu bewegen, anschließend wird der Kern allein von der Erhaltungsspule 9b, auch Kontaktspule 9b genannt, in der Finalposition gehalten, um den elektrischen Verbrauch zu begrenzen.
-
Ein rückseitiges Ende des beweglichen Kerns 3 ist über eine Verbindungsstange 11 mit einem schwenkbaren Hebel 14 verbunden, der ein Starterritzel des Anlassers gegen den Starterkranz des Verbrennungsmotors verschiebt, wenn der bewegliche Kern 3 in seine Finalposition verschoben wird. Eine Zahn-gegen-Zahn Feder 15 wird in dem Fall eines nicht-direkten Eingriffs des Starterritzels (nicht gezeigt) in den Starterkranz komprimiert. Die Verbindungsstange 11 und die Feder 15 sind innerhalb einer Kavität aus elektrisch isolierendem Material montiert. Diese Kavität ist durch das durch eine Dichtscheibe gebildete Vorderende des beweglichen Kerns 3 verschlossen.
-
Das andere Ende des beweglichen Kerns 3 wirkt auf die Steuerstange 17, die zwischen einer sogenannten Ruheposition und einer sogenannten Versorgungsposition beweglich ist. Eine Kontaktleiste 18 ist so montiert, dass sie auf der Steuerstange 17 gleitet. Der Übergang der Steuerstange 17 in die Versorgungsposition führt dazu, dass die Kontaktleiste 18 mit den elektrischen Anschlüssen 19a, 19b in Kontakt gebracht wird, um den Elektromotor des Anlassers (nicht gezeigt), mit Leistung zu versorgen.
-
Die beiden Anschlüsse
19a,
19b sind relativ zum Joch
6 befestigt und in einer aus elektrisch isolierendem Material gefertigten Abdeckung
22 installiert, die durch Crimpen in einem vorderen Bereich des Gehäuses
5 festgehalten ist. Einer der Anschlüsse
19a ist für die Verbindung mit dem positiven Anschluss der Batterie vorgesehen, wohingegen der andere Anschluss
19b zur Verbindung mit dem Elektromotor des Anlassers vorgesehen ist, wie beispielsweise in Dokument
FR 2795884 beschrieben.
-
Eine auf der Steuerstange 17 montierte Druckfeder 23 ist dazu vorgesehen, die von dem Anschlag getragene Kontaktleiste 18 zu halten, wenn die Kontaktleiste 18 nicht mit den elektrischen Anschlüssen 19a, 19b in Kontakt ist, und komprimiert zu werden, wenn die Kontaktleiste 18 mit den elektrischen Anschlüsse 19a, 19b in Kontakt kommt. Für diesen Zweck ist die vorgespannte Druckfeder 23 zwischen einer Schulter der Stange 17 und der Kontaktleiste 18 montiert.
-
Zudem ist eine zwischen der Abdeckung 22 und dem Anschlag angeordnete Rückstellfeder 24 ausgebildet, die Rückkehr der Steuerstange 17 in die Ruheposition zu ermöglichen, wenn die Spulen 9a, 9b nicht länger mit Leistung versorgt werden.
-
Der Anschlagskern 2 umfasst ein erstes Teil 31, das relativ zum Joch 6 axial beweglich ist, und ein zweites Teil 32, das relativ zum Joch 6 fixiert ist. Das erste Teil 31 ist zwischen einer Anfangsposition, in der das mobile Teil 31 gegen das fixierte Teil 32 abgestützt ist, und einer Endposition beweglich, in der das bewegliche Teil 31 vom fixierten Teil 32 nach einem Zusammenstoß zwischen dem beweglichen Kern 3 und dem Anschlagskern 2 beabstandet ist.
-
In diesem Fall liegt eine axiale Oberfläche 25 des beweglichen Teils 31 gegenüber einer axialen Oberfläche 26 des fixierten Teils 32. Somit kann ein Luftspalt zwischen dem beweglichen Teil 31 und dem fixierten Teil 32 des Anschlagskerns 2 erzeugt werden.
-
Zudem weist das bewegliche Teil 31 eine radiale Oberfläche 27 auf, die gegenüber einer korrespondierenden radialen Oberfläche 28 des fixierten Teils 32 liegt, das einen Anschlag für das bewegliche Teil 31 in der Anfangsposition bildet.
-
Das Schütz 1 weist zusätzlich bevorzugt einen Rückhalteanschlag 29 für das mobile Teil 31 in der Endposition auf. Dieser Rückhalteanschlag 29 kann in der Abdeckung 22 vorgesehen sein, die die Anschlüsse 19a, 19b trägt.
-
Im Betrieb führt die Versorgung von Leistung zu dem Satz aus Spulen zu einer axialen Verschiebung des beweglichen Kerns 3 gemäß dem Pfeil F1 in seine Finalposition, so dass die Steuerstange 17 axial in ihre Versorgungsposition gedrückt wird, was dazu führt, dass die Kontaktleiste 18 nach der Komprimierung der Federn 23, 24 in Kontakt mit den elektrischen Anschlüsse 19a, 19b zu bringen.
-
Nach dem Aufprall des beweglichen Kerns 3 gegen den Anschlagskern 2 vollführt das bewegliche Teil 31 eine leichte Separierung, indem es von seiner Anfangsposition in seine Endposition übergeht. Gegebenenfalls wird das bewegliche Teil 31 des Anschlagskerns 2 mittels des Anschlags 29 in der Endposition zurückgehalten.
-
Zusätzlich ist die Verschiebung des beweglichen Teils 31 von der Anfangsposition in die Endposition derart, dass der magnetische Fluss zwischen dem fixierten Teil und dem beweglichen Teil eine magnetische Rückstellkraft erzeugt, die es möglich macht, das bewegliche Teil 31 in seine Anfangsposition zurückzubewegen, in der das beweglichen Teil 31 am fixierten Teil 32 gehalten ist. Diese magnetische Kraft wird durch den Luftspalt zwischen dem beweglichen Teil 31 und dem fixierten Teil 32 des Anschlagskerns 2 erhalten.
-
Unter der Wirkung der magnetischen Kraft stoppt die Verschiebung des beweglichen Teils 31, wenn die radiale Oberfläche 27 die korrespondierende radiale Oberfläche 28 des fixierten Teils 32 trifft. Unter bestimmten Umständen kann sich der bewegliche Kern 3 von dem Anschlagskern 2 während des Aufpralls zwischen dem beweglichen Kern 3 und Anschlagskern 2 entfernen, jedoch hält die Kontaktdruckfeder 23 die Kontaktleiste 18 in Kontakt mit den Anschlüssen 19a, 19b. Dieser Aufprall führt somit nicht zu einer elektrischen Unterbrechung. In diesem Fall führt der Anschlagskern nach dem Aufprall seine Bewegung fort, so dass zwischen dem beweglichen Kern 3 und dem Anschlagskern 2 ein Luftspalt entsteht, der eine Kraft erzeugt, die den beweglichen Kern 3 in Richtung des Anschlagskerns 2 zurückbewegt. In diesem Fall wird sich System nach einer Mehrzahl von gedämpften Oszillationen einem stabilen Zustand, potentiell mit Luftspalt null, übergehen.
-
Gemäß einem Betriebsmodus bleibt der bewegliche Kern 3 mit dem Anschlagskerns 31 während des Aufpralls in Kontakt. Wenn die beiden Kerne zum fixierten Teil 32 zurückkehren, hält die Kontaktdruckfeder 23 die Kontaktleiste 18 in Kontakt mit den Anschlüsse 19a, 19b.
-
Alternativ, wie in 7a dargestellt, haben das bewegliche Teil 31 und das fixierte Teil 32 axiale Oberflächen 25, 26, die sich gegenüberliegen. Zusätzlich weist das bewegliche Teil 31 einen ringförmigen Rand 37 auf, die sich vom beweglichen Teil 31 nach außen erstreckt und dafür vorgesehen ist, gegen die radiale Stirnseite des fixierten Teils 32 abgestützt zu werden, die in Richtung der Anschlüsse 19a, 19b gerichtet ist, wenn der bewegliche Teil 31 in der Anfangsposition ist.
-
Als Variante haben die sich einander entsprechend gegenüberliegenden Oberfläche 25, 26 des beweglichen Teils 31 und des fixierten Teils 32 eine geneigte Form, im Falle eines schrägen Ausschnitts aus dem Anschlagskern 2 (siehe 7b). In diesem Fall ist das Gefälle in Richtung des beweglichen Kerns 3 geneigt.
-
In der Ausführung in 8 ist ein Dämpfungselement 35 zwischen dem beweglichen Teil 31 und dem fixierten Teil 32 montiert. Dieses Dämpfungselement 35 kann beispielsweise in der Gestalt einer Feder oder eines Elastomerstücks sein.
-
Das Dämpfungselement 35 ist zwischen einem radialen Rand 38 des beweglichen Teils 31 und einem korrespondierenden radialen Rand 39 des fixierten Teils 32 montiert. Der radiale Rand 38 liegt auf einer äußeren Peripherie des beweglichen Teils 31, wohingegen sich der radiale Rand 39 von einer inneren Peripherie des fixierten Teils 32 erstreckt. Der ringförmige Träger 10 formt ebenfalls einen Anschlag für die Zurückhaltung des beweglichen Teils 31 während seiner Verschiebung in Richtung der Anfangsposition.
-
In diesem Fall wird im Betrieb nach dem Aufprall des beweglichen Kerns 3 gegen den Anschlagskern 2 das bewegliche Teil 31 in die Endposition verschoben, indem das Dämpfungselement 35 komprimiert wird.
-
Gemäß einer nicht dargestellten Ausführung der Erfindung weisen der Anschlagskern und der fixierte Kern jeweils eine radiale Stirnseite auf, die in Kontakt kommen können. Beispielsweise formt das Dämpfungselement lediglich einen Teil der Peripherie, und das bewegliche Teil 31 oder der bewegliche Kern 3 weisen eine Schulter auf dem Abschnitt ohne Dämpfungselement auf, um entsprechend mit der radialen Oberfläche des beweglichen Kerns oder des beweglichen Teils in Kontakt zu kommen. Bei dieser Ausführung spielt der Rand 39 den Topf eines Anschlags gegen den beweglichen Teil 31, wenn letzterer in die Endposition verschoben wird, um die Kompression des Dämpfungselements zu beschränken, so dass seine Lebensdauer erhöht wird.
-
In der Ausführung, in der das Dämpfungselement elastisch ist, neigt die Dekomprimierung des Dämpfungselements 35 dazu, das bewegliche Teil 31 in die Anfangsposition zu bringen. Das bewegliche Teil 31 wird in seiner Anfangsposition von dem Spulenträger 10 gestoppt, der deshalb die Rolle eines Rückhalteanschlags spielt.
-
In der Ausführung, bei der das Dämpfungselement nicht elastisch ist, sondern einfach ein Dämpfer ist, ist es die Steuerstange oder die Leiste, wenn der bewegliche Teil in seine Anfangsposition zurückkehrt (d. h., wenn die Spulen nicht länger mit Leistung versorgt werden), die, in Kontakt mit dem beweglichen Teil, das bewegliche Teil in Richtung der Anfangsposition drücken.
-
1b ist ein Diagramm, das zeigt, dass in identischen Betriebsbedingungen der Strom in einem mit einem Schütz nach dem Stand der Technik ausgestatteten Anlasser eine plötzliche Variation aufweist, die mit einem erneuten Öffnen des Kontaktes zwischen der Kontaktleiste 18 und den Anschlüssen 19a, 19b zusammenhängt. Demgegenüber verläuft der Strom im Falle eines erfindungsgemäß hergestellten Schützes aufgrund der Dämpfung des Aufpralls zwischen dem beweglichen Kerns 3 und dem Anschlagskern 2 regulär, die durch die relative Verschiebung des beweglichen Teils 31 in Bezug zum fixierten Teil 32 sichergestellt wird. Aufgrund dessen wird ein verfrühtes erneutes Öffnen des Kontakts zwischen der Kontaktleiste 18 und den Anschlüsse 19a, 19b verhindert. Um die Unterschiede zwischen der Kurve des Schützes nach dem Stand der Technik und der Kurve des Schützes nach der Erfindung zu zeigen, wurde eine bewusste zeitliche Verschiebung zwischen diesen beiden Kurven bei einem Strom zwischen 0 A und 400 A erzeugt.
-
Es ist zu würdigen, dass die vorhergehende Beschreibung ausschließlich als Beispiel dient und das Gebiet der Erfindung nicht einschränkt, von dem durch den Austausch der verschiedenen Elemente durch irgendwelche anderen Äquivalente keine Abweichung begründet wird.
