DE4209967A1 - Einrückrelais für Andrehvorrichtung von Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Einrückrelais für eine Andrehvor­ richtung einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1.

Bei bekannten Ausführungsformen derartiger Einrückrelais, beispiels­ weise gemäß US-PS 4 755 781 wird der beim Anlaßvorgang einer Brenn­ kraftmaschine durch das Einschalten der Relaiswicklung des Einrück­ relais eingezogene Relaisanker vor allem durch die Kompression des Luftvolumens im Arbeitsluftspalt zwischen dem Magnetkern des Relais und dem Anker gedämpft. Maßgebende Parameter für den Dampfungseffekt sind dabei das Anfangsvolumen und Endvolumen der Luft im Arbeits­ luftspalt während des Einrückvorgangs sowie die Luftspalte zwischen Anker und Ankerführungshülse und zwischen Schaltachse und Magnet­ kernbohrung für das Entweichen der Luft.

Diese Dämpfung wirkt zwar progressiv mit abnehmendem Arbeitsluft­ spalt durch das Einziehen des Ankers. Nachteilig ist jedoch die extreme Toleranzempfindlichkeit in den Luftspalten, so daß bei zu engen Spalten die Dämpfungskräfte so hoch sind, daß der sogenannte Einspurvorgang der Andrehvorrichtung durch zu geringe Einrückkräfte nicht sichergestellt werden kann. Bei der pneumati­ schen Dämpfung steigt der Spaltwiderstand mit der Temperatur an. Dadurch kann bei verminderter Einzugskraft des Ankers eine so hohe Dämpfung auftreten, daß die Funktion gefährdet wird. Andererseits können die pneumatischen Dämpfungskräfte durch zu große Spalte so­ weit herabgesetzt werden, daß durch den Aufprall des Ankers am Magnetkern an der Kontaktanordnung Prell- und damit verursachte Schweiß und Abbrandeffekte auftreten. Schließlich können durch die pneumatischen Kräfte der Luftkissenfederung Schwingungen des einzu­ ziehenden Ankers auftreten, wodurch sowohl die Anlaßfunktion als auch die Kontaktbelastungen beeinträchtigt werden.

Mit der vorliegenden Lösung wird angestrebt, die Einzugsbewegung des Relaisankers möglichst unabhängig von Fertigungstoleranzen im mög­ lichst optimalen Umfang sicherzustellen.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Einrückrelais mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat den Vorteil, daß die Wirbelstromdämpfung beim Einziehen des Ankers in ähnlicher Weise wie ein Luftkissen mit fortschreitender Bewegung des Ankers sich verstärkt, so daß sie hauptsächlich im Endbereich der Einzugsbewegung des Ankers wirksam ist. Auf eine pneumatische Dämpfung kann somit verzichtet werden, so daß Fertigungstoleranzen auf den Dämpfungseffekt praktisch keinen Einfluß mehr haben. Da der Metallring von dem durch die Relaiswick­ lung erzeugten Magnetfluß durchsetzt ist, werden in ihm proportional zur magnetischen Flußänderung Wirbelströme induziert, welche ihrer­ seits Magnetfelder erzeugen, die dem Magnetfeld der Relaiswicklung und damit den Einzugskräften am Anker entgegenwirken. Die im Metall­ ring induzierten Strome werden bei Zunahme der Temperatur geringer. Damit reduziert sich in gewünschter Weise die Dämpfung synchron zur Abnahme der Einzugskräfte des Ankers. Da die magnetische Flußän­ derung vor allem im letzten Teil des Ankerwegs überproportional zu­ nimmt, werden dementsprechend im Metallring die Dämpfungskräfte ins­ besondere beim Aufschlag des Ankers am Magnetkern sowie unmittelbar davor soweit zunehmen, daß Kontaktprellungen oder Beschädigungen beim Ankeraufschlag vermieden werden können. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß der Einspurvorgang der Andrehvorrichtung durch diese Maßnahmen unbeeinträchtigt bleibt, da die Wirbelstromdämpfung praktisch nur am Ende der Einzugsbewegung des Ankers stark zunehmend wirksam wird. Bei Einrückrelais mit einer Ankereinzugswicklung und einer Haltewicklung wird die Einzugswicklung beim Schließen der Relaiskontakte überbrückt, so daß dann nur noch die Haltewicklung wirksam ist. Das dadurch bedingte Absinken der Einzugskräfte bzw. Haltekräfte wird nun durch den Metallring in vorteilhafter Weise verlangsamt und somit die Sicherheit der Relaisfunktion insbesondere bei hohen Temperaturen erhöht.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ergeben sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Patentan­ spruch 1 angegebenen Merkmale. Besonders vorteilhaft ist, den Metallring als Kupferring auszubilden, da dieser einen hohen posi­ tiven Temperaturkoeffizienten hat, so daß bei hohen Temperaturen und damit verbundener reduzierter Einzugskraft eine entsprechend redu­ zierte Wirbelstrombedämpfung auftritt. Ferner ist vorteilhaft, wenn der Kupferring von der Relaiswicklung konzentrisch umgeben ist. Zum einen wird dadurch eine sehr gute Kopplung mit dem Magnetfeld der Relaiswicklung erzielt und zum anderen läßt sich dabei der Kupfer­ ring als verstärkter Abschnitt einer am Magnetkern und/oder am Gehäuse befestigten Ankerführungshülse ausbilden.

Schließlich ist es vorteilhaft, durch undichte Stellen zwischen Arbeitsluftspalt und Relaisaußenseite die Luftkissendämpfung im Arbeitsluftspalt auf einen Wert weit unterhalb der Wirbelstromdämp­ fung zu verringern, wobei die undichten Stellen an einer ent­ sprechend groben Rändelbefestigung einer Einrückstange in der Bohrung des Ankers auszubilden sind.

Zeichnung

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung darge­ stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein Einrückrelais für eine Andrehvorrichtung einer Brennkraftmaschine mit einem axial neben der Relaiswicklung angeord­ neten Metallring und Fig. 2 zeigt das Einrückrelais aus Fig. 1, jedoch mit einer im Bereich der Relaiswicklung zur Wirbelstrombe­ dämpfung dienenden Verstärkung einer Ankerführungshülse.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In den Fig. 1 und 2 ist ein Einrückrelais für eine Andrehvorrich­ tung einer Brennkraftmaschine mit 10 bezeichnet. Das Relais hat einen Magnetkern 11, eine Relaiswicklung 12, bestehend aus einer Einzugswicklung 12a und einer Haltewicklung 12b, einen in der Re­ laiswicklung 12 axial verschiebbar geführten Anker 13 und ein Gehäu­ se 14 für den magnetischen Rückschluß. In einer axialen Bohrung 15 des Magnetkerns 11 ist ein Schaltbolzen 16 federnd gelagert, an des­ sen vorderem Ende 16a eine Kontaktplatte 17 mit einer Führungsbuchse 18 befestigt ist, die in eine entsprechende Ausnehmung am Magnetkern 11 eingreift. Das hintere Ende 16b des Schaltbolzens 16 ragt in einen Arbeitsluftspalt 19 der innerhalb der Relaiswicklung 12 zwi­ schen Magnetkern 11 und Anker 13 liegt. Eine nach außen vorstehende, mit einem nicht dargestellten Einrückhebel der Andrehvorrichtung zusammenwirkende Einrückstange 20 ist in einer axialen Bohrung des Ankers 13 befestigt. Das hintere Ende 20a der Einrückstange 20 ragt in eine vom Arbeitsluftspalt 19 aus in den Anker 13 reichende Sackbohrung 21. Dieses Ende 20a der Einrückstange 20 ist außerdem von einer Druckfeder 22 umgeben, die sich am Boden der Sackbohrung 21 einerseits und am unteren Ende des Ankers 13 andererseits ab­ stützt.

Die Kontaktplatte 17 wirkt mit zwei Schaltkontakten 23 zusammen, deren Anschlußbolzen 24 in einem topfförmigen Kunststoffdeckel 25 eingespritzt sind, so daß sie im dargestellten Ruhezustand des Ein­ rückrelais 10 einen Abstand zur Kontaktplatte 17 haben. Der Kunst­ stoffdeckel 25 ist zusammen mit dem Anker 13 am Ende des Relaisge­ häuses 14 durch einen Bördelring 14a befestigt. Zur Führung des Ankers 13 ist eine metallische Ankerführungshülse 26 vorgesehen, die auf einen Kragen 11a des Magnetkernes 11 mit ihrem hinteren Ende aufgepreßt ist, in ihrem mittleren Bereich die Relaiswicklung 12 trägt und mit ihrem vorderen Ende an einem Gehäuseansatz 14b ge­ steckt, festgeschweißt, - gelötet oder - gebördelt ist.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist die Ankerführungshülse 26 aus Messing hergestellt, wobei der Anker 13 mit relativ kleinem Luftspalt in der Ankerführungshülse 26 geführt ist. Bei eingeschal­ teter Relaiswicklung 12 wird der Anker 13 durch das dann erzeugte Magnetfeld im Arbeitsluftspalt 19 vom Magnetkern 11 entgegen der Kraft der Druckfeder 22 angezogen. Nach etwa der Hälfte des Einzugs­ weges trifft nun das Ende 20a der Einrückstange 20 auf das Ende 16b des Schaltbolzens 16. Bei der weiteren Einzugsbewegung des Ankers 13 wird nunmehr auch der Schaltbolzen 16 axial bewegt, so daß die Kon­ taktplatte 17 anschließend gegen die Schaltkontakte 23 gedrückt wird. Die im Hauptstromkreis des nicht dargestellten Andrehmotors liegenden Schaltkontakte 23 des Einrückrelais 10 schalten damit die Andrehvorrichtung ein. Durch die magnetische Einzugskraft wird der Anker 13 soweit in das Einrückrelais 10 eingezogen, bis er auf den Magnetkern 11 auftrifft. Durch die Einzugsbewegung der Einrückstange 20 wird in bekannter Weise ein Ritzel der Andrehvorrichtung in einen Zahnkranz der Brennkraftmaschine eingespurt und mit dem Einschalten des Andrehmotors wird die Brennkraftmaschine durch das eingespurte Ritzel nunmehr gestartet. Mit dem Schließen der Schaltkontakte 23 wird außerdem die Einzugswicklung 12b des Einrückrelais 10 elek­ trisch überbrückt, so daß nunmehr nur noch die Haltewicklung 12a wirksam ist, die den Anker 13 solange in der eingezogenen Position, d. h. in der Arbeitslage hält, bis der Andrehvorgang beendet wird.

Da die Einzugskräfte während der Einzugsbewegung des Ankers 13 durch den abnehmenden Luftspalt 19 progressiv ansteigen, ist eine Dämpfung der Einzugsbewegung des Ankers 13 erforderlich. Zu diesem Zweck ist im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 neben der Relaiswicklung 12 ein Metallring, im Beispielsfall ein Kupferring 27 im Relaisgehäuse 14 fest angeordnet, der vom Magnetfluß der Relaiswicklung 12 durchsetzt ist. Durch die Magnetflußänderung während des Einzugsvorgangs des Ankers 13 werden in diesem scheibenförmigen Kupferring 27 Wirbel­ ströme erzeugt, die ebenfalls mit abnehmendem Luftspalt 19 progres­ siv zunehmen. Die von den Wirbelströmen im Kupferring 27 erzeugten Magnetfelder bewirken ihrerseits am Anker 13 Dämpfungskräfte, die den Einzugskräften der Relaiswicklung 12 entgegenwirken und den Auf­ schlag des Ankers 13 am Magnetkern 11 derart dämpfen, daß die Nei­ gung zum Prellen der Kontaktplatte 17 an den Schaltkontakten 23 ver­ mindert wird.

Um einen sehr stark von den Fertigungstoleranzen abhängigen Dämp­ fungseffekt des Luftvolumens im Arbeitsluftspalt 19 weitgehend aus­ zuschalten bzw. stark zu reduzieren, werden durch eine gezielte grobe Rändelbefestigung 28 der Einrückstange 20 in der Bohrung des Ankers 13 undichte Stellen zwischen Einrückstange 20 und Anker 13 vorgesehen, aus denen die Luft im Arbeitsluftspalt 19 während der Einzugsbewegung des Ankers 13 in ausreichendem Maße nach außen ent­ weichen kann. Dabei sind die durch die Rändelbefestigung 28 herge­ stellten undichten Stellen so bemessen, daß die Luftkissendämpfung im Arbeitsluftspalt 19 auf einen Wert verringert wird, der weit un­ terhalb der Wirbelstromdämpfung des Kupferringes 27 liegt. Ferti­ gungstoleranzen haben somit auf den Dämpfungseffekt keinen Einfluß mehr.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind gleiche Teile des Einrück­ relais 10 mit gleichen Bezugszahlen versehen. Anstelle eines schei­ benförmigen Kupferringes auf einer Stirnseite der Relaiswicklung 12 ist hier der Kupferring als verstärkter Abschnitt 26a der Ankerfüh­ rungshülse 26 ausgebildet. Dieser verstärkte Abschnitt 26a bildet somit einen von der Relaiswicklung 12 konzentrisch umgebenen Kupfer­ ring, der ebenfalls vom gesamten Magnetfluß der Relaiswicklung 12 durchsetzt ist. Somit tritt auch hier beim Einschalten der Relais­ wicklung 12 mit abnehmenden Arbeitsluftspalt 19 eine progressive Wirbelstromdämpfung der Einzugsbewegung des Ankers 13 ein. Bei die­ ser Lösung entfällt somit der separat herzustellende und zusätzlich zu montierende Metallring 27 aus Fig. 1.

Claims (6)

1. Einrückrelais für eine Andrehvorrichtung einer Brennkraftmaschine mit einem Magnetkern, einem axial mit einem Einrückmechanismus sowie mit einer Kontaktanordnung zusammenwirkenden Anker und mit minde­ stens einer Relaiswicklung, die einen Teil des Magnetkerns, einen Teil des Ankers und einen zwischen Magnetkern und Anker angeordneten Arbeitsluftspalt umgibt sowie von einem Relaisgehäuse für den magne­ tischen Rückschluß umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein vom Magnetfluß der Relaiswicklung (12) durchsetzter Metallring (27, 26a) im Bereich der Relaiswicklung (12) fest angeordnet und so dimensio­ niert ist, daß die während des Einzugsvorgangs des Ankers (13) durch Wirbelstrome in diesen Metallring (27, 26a) erzeugten, am Anker (13) wirksamen Dämpfungskräfte die Neigung zum Prellen der Kontaktanord­ nung (17, 23) vermindern.

2. Einrückrelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallring (26a) ein von der Relaiswicklung (12) konzentrisch um­ gebener Kupferring ist.

3. Einrückrelais nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß der Kupferring als erstärkter Abschnitt (26a) einer am Magnetkern (11) und/oder am Gehäuse (14) des Einrückrelais (10) befestigten Anker­ führungshülse (26) ausgebildet ist.

4. Einrückrelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallring (27) ein neben der Relaiswicklung (12) angeordneter sepa­ rater Kupferring ist.

5. Einrückrelais nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß durch undichte Stellen (28) zwischen Arbeitsluft­ spalt (19) und Relaisaußenseite die Luftkissendämpfung im Arbeits­ luftspalt (19) auf einen Wert unterhalb der Wirbelstromdämpfung ver­ ringert ist.

6. Einrückrelais nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die undichten Stellen an einer entsprechend groben Rändelbefestigung (28) einer Einrückstange (20) in einer Bohrung des Ankers (13) aus­ gebildet sind.