EP2286429A1 - Einrückrelais für starter von brennkraftmaschinen - Google Patents

Einrückrelais für starter von brennkraftmaschinen

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EP2286429A1
EP2286429A1 EP09753840A EP09753840A EP2286429A1 EP 2286429 A1 EP2286429 A1 EP 2286429A1 EP 09753840 A EP09753840 A EP 09753840A EP 09753840 A EP09753840 A EP 09753840A EP 2286429 A1 EP2286429 A1 EP 2286429A1
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EP
European Patent Office
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relay
resistance element
conductors
winding
engaging
Prior art date
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Granted
Application number
EP09753840A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP2286429B1 (de
Inventor
Thomas Majer
Jochen Kuch
Oliver Neumann
Heinz-Christian Wagner
Uwe Ehrenwall
Viktor Rill
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to PL09753840T priority Critical patent/PL2286429T3/pl
Publication of EP2286429A1 publication Critical patent/EP2286429A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2286429B1 publication Critical patent/EP2286429B1/de
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Anticipated expiration legal-status Critical

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H51/00—Electromagnetic relays
    • H01H51/02—Non-polarised relays
    • H01H51/04—Non-polarised relays with single armature; with single set of ganged armatures
    • H01H51/06—Armature is movable between two limit positions of rest and is moved in one direction due to energisation of an electromagnet and after the electromagnet is de-energised is returned by energy stored during the movement in the first direction, e.g. by using a spring, by using a permanent magnet, by gravity
    • H01H51/065—Relays having a pair of normally open contacts rigidly fixed to a magnetic core movable along the axis of a solenoid, e.g. relays for starting automobiles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N11/00—Starting of engines by means of electric motors
    • F02N11/08—Circuits or control means specially adapted for starting of engines
    • F02N11/087—Details of the switching means in starting circuits, e.g. relays or electronic switches
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H50/00—Details of electromagnetic relays
    • H01H50/54—Contact arrangements
    • H01H50/541—Auxiliary contact devices
    • H01H50/543—Auxiliary switch inserting resistor during closure of contactor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C3/00—Non-adjustable metal resistors made of wire or ribbon, e.g. coiled, woven or formed as grids
    • H01C3/02—Non-adjustable metal resistors made of wire or ribbon, e.g. coiled, woven or formed as grids arranged or constructed for reducing self-induction, capacitance or variation with frequency

Definitions

  • the invention relates to an engagement relay for starters of internal combustion engines according to the preamble of claim 1.
  • Such contact relays usually have a pull-in winding and a holding winding.
  • the starter pinion is first axially slidably meshed by energizing the two windings while simultaneously being slowly rotated by the starter motor into the ring gear of the internal combustion engine.
  • the relay armature then actuates a changeover contact, with which the pull-in winding is switched off and the starter motor is connected directly to the electrical power supply.
  • a disadvantage here is that the dynamic behavior of the engagement relay is influenced when the starter pinion meshes with the holding winding of the relay. This can lead to Einspurproblemten the starter pinion by the pinion too little twisted or too slow in a too fast toe-in
  • the resistance is a meandering wound resistance wire. It is aligned with its connection ends to the changeover contact and placed around the relay winding outside. By this arrangement of the resistor, this acts at the same time as an inductive winding. This leads to an undesirable influence on the magnetic dynamics of the engagement relay.
  • the present solution seeks to make the dynamics of the contactor as independent as possible of the series resistor of the starter motor, but still to integrate it in the engagement relay.
  • An engagement relay with the characterizing features of claim 1 has the
  • the Einspurzeit the starter pinion is only determined or regulated by a corresponding dimensioning of the relay winding by the largely electromagnetically neutral design of the resistance element and that on the other hand, the gentle turning of the starter motor during Einspurvorgang done exclusively by the dimensioning of the resistive element. A mutual vote of the two components is no longer required.
  • a clever structural design and arrangement of the resistance element on the support body of the relay winding can also be avoided larger outer dimensions of the relay.
  • the two mutually parallel conductors and the end connection of a wound through and correspondingly bent Widerstansdraht are formed in the simplest way.
  • a bare Widerstansdraht is preferably used for the preparation of the resistive element, whose mutually parallel conductors spaced from each other on
  • Winding support of the relay winding are fixed.
  • a spatially optimal arrangement of the resistance element with the shortest possible connection connections results from its arrangement on the changeover contacts facing end side of the winding support.
  • the resistance element is arranged concentrically within an end region of the relay winding in a frontally open annular chamber of the winding carrier.
  • the two conductors of the resistance element arranged around the longitudinal axis of the relay are concentric with one another and spaced apart by a web projecting axially at the bottom of the annular chamber and embedded in a sealing compound filling the annular chamber and / or closed by a cover.
  • the resistance element can also be integrated in a preassembled state in the engagement relay.
  • the resistance element can also be integrated in a preassembled state in the engagement relay.
  • the resistance element fixed under a cover, preferably injected in plastic at least in several plastic sections, which can be used as a prefabricated component in the annular chamber of the winding support and having a free conductor ends receiving breakthrough.
  • a cover preferably injected in plastic at least in several plastic sections, which can be used as a prefabricated component in the annular chamber of the winding support and having a free conductor ends receiving breakthrough.
  • the two bare conductor of the resistance element on the back of the lid are arranged concentrically parallel to each other and spaced apart by an integrally formed on the cover, axially projecting web.
  • the two mutually parallel conductors are expediently at an angle of ⁇ > 180 ° and preferably of ⁇ ⁇
  • the size of the resistor element is primarily dependent on the starter motor. So it may be necessary that the two leaders of the Resistor element must be arranged with more than one complete turn around the longitudinal axis of the relay around.
  • the two conductors are in the simplest way at an angle of ⁇ ⁇ 360 ° in the region of their axially angled free ends by more than one conductor thickness, preferably by at least two conductor thicknesses to an axially offset
  • the two conductors extend at an angle ⁇ > 360 ° in several turns spirally at a distance from each other.
  • Another alternative with little space is obtained by the two mutually parallel conductors at an angle ⁇ > 180 ° are fixed or injected threadably about the longitudinal axis of the relay in a Isolierstoffhülse, which is preferably axially insertable on the inside of the winding support.
  • FIG. 3 shows a first exemplary embodiment of a resistance element in a three-dimensional representation
  • FIG. 4 shows an enlarged longitudinal section of the winding carrier of Figure 1 and Figure 4a shows a variant of Figure 4 with potting compound
  • FIG. 5 shows a lid with an injected resistance element according to FIG. 3 in a three-dimensional view
  • FIG. 6 shows a variant of the cover according to FIG. 5 with the resistance element
  • FIG. 8 shows a second exemplary embodiment of the resistance element in a three-dimensional representation
  • FIG. 9 shows a third embodiment of the resistance element in a schematic representation
  • FIG. 10 shows a fourth exemplary embodiment of the resistance element in an insulating sleeve in a three-dimensional representation
  • FIG. 11 shows a resistance element with U-shaped bent conductors
  • FIG. 12 shows a flow chart for the magnetic flux in the engagement relay during a starting process.
  • Figure 1 shows the structural design of a designated 10 engagement relay for the starting system of an internal combustion engine in motor vehicles.
  • Engagement relay 10 has a relay winding 11 on a made of plastic winding support 12 which is mounted on a magnetic core 13.
  • the relay winding 11 is inserted in a metallic housing 14, in the front, open end of the magnetic core 13 is added.
  • an armature 15 of the relay is axially guided in an opening, which dips into the relay coil 11.
  • a plunger 16 is fixed, the head-side end of a so-called paddle
  • FIG. 2 shows the circuit structure of a starting system with the contactor 10.
  • a starter motor 31 is connected by a vehicle battery 32 as an electrical power supply via the terminals 30 and 45 of the contactor 10 directly from the changeover 20 of the contactor 10 to positive potential.
  • the positive potential of the vehicle battery 32 is also located at a start switch 33, which is followed by a starter relay 34. Via the switching contact 34a of the starting relay 34, the positive potential of the vehicle battery 32 is switched to the engagement relay 10.
  • engagement relay 10 the positive potential on the one hand to the grounded relay winding 11 and on the other hand via the normally closed contact 20 b to the resistance element 26 and from there via the terminal 45 to the starter motor 31.
  • the shift rod 18 of the contactor 10 of the normally closed contact 20 b of the contact bridge 20 of the changeover contact is opened and the countercontact 20a is closed.
  • the resistance element 26 is switched off and the starter motor 31 is connected directly to the electrical supply at the end of the engagement path.
  • the resistance element 26 is shown in FIG. 3 as a largely electromagnetic neutral winding. It consists of two mutually parallel conductors 27a, 27b, which is arranged around the longitudinal axis x of the engagement relay 10 around and whose ends are connected by an end connection 27c with each other in series.
  • the two conductors 27a, 27b of the resistance element 26 and their end connection 27c consist of a continuous and correspondingly bent resistance wire, which in the present embodiment has a diameter of 2 mm and resistance R of approximately 1.5 ⁇ .
  • the resistance wire made of a copper-nickel alloy has two angled in the axial direction of the contactor 10 free terminal ends 27d.
  • the two mutually parallel conductors 27a, 27b are here with a uniform curvature in An angle ⁇ of about 350 ° about the longitudinal axis x of the engagement relay 10 around.
  • the two concentric parallel conductors 27a, 27b are spaced apart in the annular chamber 35 fixed by being spaced apart by a at the bottom of the annular chamber 35 axially projecting web 35a.
  • the annular chamber 35 is closed by a plastic cover 36 and fixed by a serving for receiving the armature 15 brass sleeve 37.
  • the terminal ends 27 d of the resistance element 26 are guided through an axial collar 38 of the winding support 12. Since the resistance element 26 is made of a bare resistance wire, its two conductors 27a, 27b can alternatively be embedded in a potting compound 28 filling the annular chamber 35, as shown in FIG. 4a, as an alternative to the plastic cover 36. Optionally, the resistance element 26 also initially embedded in potting compound and then the annular chamber 35 are closed by a cover 36.
  • FIG. 5 shows, in a three-dimensional view, a plastic lid 36a under which the resistance element 26 of FIG. 3 is fixed by being injected there in a plastic material 39.
  • the plastic material 39 for a holding tool of the plastic lid 36 a plurality of recess 40.
  • the free conductor ends 27d are passed through an opening arranged in the collar 38 of the plastic lid 36a.
  • Figure 6 shows an alternative to Figure 5 embodiment of the plastic cover 36a in a spatial representation turned upwards, in which the
  • Resistance element 26 of Figure 3 at the bottom of the plastic cover 36a is embedded only in a plurality of mutually uniformly spaced plastic portions 39a.
  • a preassembled unit from the plastic lid 36a and the resistance element 26 can be seen in a spatial representation.
  • the two bare conductors 27a, 27b of the resistance element 26 on the back of the plastic lid 36a concentric with each other extending parallel to each other by an integrally formed on the cover, axially projecting web 41 from each other.
  • the two free ends 27d of the conductors 27a, 27b of the resistance element 26 are guided in the collar 38 of the plastic cover 36a through an aperture 42 to the outside.
  • the pre-assembled in this way resistance element 26 is then shown in Figure 6 by the plastic sections 39a or by the almost complete
  • FIG. 8 shows a further embodiment of the resistance element and designated by 26a.
  • the two concentric parallel conductors 27a, 27b arranged in almost two complete turns about the longitudinal axis x of the contactor 10 with uniform curvature.
  • the two conductors 27a, 27b bent in the region of their axially bent free ends 27d by more than one conductor thickness to an axially offset bend 27e.
  • Figure 4 used or fixed according to Figure 5 and 6 on the underside of the plastic lid 26a in plastic material 39 or 39a.
  • Figure 9 shows a schematic representation of another, designated 26b embodiment of the resistance element 26.
  • the two concentric parallel conductors 27a, 27b are arranged in almost two complete turns spirally spaced from each other.
  • Such a resistance element 26b can be attached in the simplest manner to the upper end side of the winding support 12 from FIG.
  • FIG. 10 shows a further exemplary embodiment of a resistance element 26c in three dimensions.
  • the two mutually parallel conductors 27a, 27b at an axial distance from each other with more than one turn ( ⁇ > 360 °) thread-like about the longitudinal axis x of the engagement relay 10 in one
  • the resistance element 26c in the insulating sleeve 43 only dashed recognizable, since only the free, axially angled ends 27c at the upper end side of the insulating sleeve 43 exit from the insulating material of the sleeve.
  • the dimensions of the insulating sleeve 43 are selected so that they are on the inside of the
  • Winding support 12 of Figure 1 is axially used.
  • FIG. 11 shows, as a further exemplary embodiment, a resistance element 26d which consists of a continuous resistance wire with a rectangular cross section in the form of a three / four turn of the two conductors 27a, 27b running concentrically parallel to one another.
  • the resistance element 26d is formed with two right-angled bends U-shaped, wherein the two bare conductors 27a, 27b to each other at a distance.
  • This resistance element 26d can likewise be inserted into a corresponding recess on the upper end side of the winding carrier 12 according to FIG.
  • FIG. 12 shows in a time diagram the magnetic flux ⁇ of the engagement relay 10 from FIG. 1 during a starting process carried out with the circuit arrangement according to FIG. At time tl, the start switch 33 is closed and the starter relay 34 is the
  • Relay winding 11 of the contactor 10 energized. With the magnetic flux ⁇ RW thus generated, the armature 15 of the engagement relay 10 is retracted until finally at time t2 the changeover contact 20 of the engagement relay 10 is actuated. As a result, the normally closed contact 20b is opened and the mating contact 20a is closed. Until this time, a metered current flows over the
  • the invention is not limited to the illustrated embodiments, since the design and arrangement of the resistance element 26 allows numerous alternatives.
  • a circular or U-shaped design of the resistance element as an oval, polygonal or non-uniform design can be used. It is also possible, instead of a wound through resistance wire, the two parallel
  • Ladder 27a, 27b as a single conductor with a separately prepared end connection 27c to each other to the resistance element 26 in series.
  • various known materials for the resistance element 26 can also be used.
  • By fixing the resistance element 26 on the winding support 12 of the contactor 10 is dispensed with a paint insulation of the resistance wire.
  • a web arrangement between the two conductors 27a, 27b of the resistance element 26 increases the shock and vibration resistance of the resistance wire and in addition, when inserting the resistance element 26 in the annular chamber 35 of the winding support 12, the Head 27a, 27b jammed in the chamber and thus securely positioned for further assembly steps.
  • the resistance element 26 can be pre-assembled with separate spacer clips in the annular chamber 35 and the plastic lid 36a.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Einrückrelais (10) für Starter von Brennkraftmaschinen, bei denen ein Starterritzel durch Bestromen einer Relaiswicklung (11) in einen Zahnkranz der Brennkraftmaschine einspurt und danach vom Startermotor mit voller Kraft angetrieben wird, wobei das Einrückrelais mit einem Umschaltkontakt (20) ausgebildet ist, der im ersten Teil des Einrückweges den Startermotor zum langsamen Drehen über ein Widerstandselement (26) und am Ende des Einrückweges direkt an die elektrische Stromversorgung schaltet. Zu einer von einander unabhängigen Optimierung der Dynamik des Einrückrelais (10) und dem gleichzeitigen langsamen Drehen des Startermotors wird vorgeschlagen, dass das Widerstandselement (26) als weitgehend elektromagnetisch neutrale Wicklung mit zwei zueinander parallel verlaufenden Leitern (27a, 27b) um die Längsachse (x) des Relais (10) herum angeordnet ist, wobei die Enden der zwei Leiter (27a, 27b) miteinander verbunden sind.

Description

Einrückrelais für Starter von Brennkraftmaschinen
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Einrückrelais für Starter von Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Patentanspruchs 1.
Stand der Technik
Derartige Einrückrelais haben üblicherweise eine Einzugswicklung und eine Haltewicklung. Gemäß der DE 10 2004 032 373 Al wird dabei zunächst durch Bestromen der beiden Wicklungen das Starterritzel axial verschiebbar bei gleichzeitiger langsamer Drehung durch den Startermotor in den Zahnkranz der Brennkraftmaschine eingespurt. Am Ende des Einzugsweges betätigt dann der Relaisanker einen Umschaltkontakt, mit dem die Einzugswicklung abgeschaltet und der Startermotor direkt an die elektrische Stromversorgung angeschaltet wird.
Hierbei ist nachteilig, dass das dynamische Verhalten des Einrückrelais beim Einspuren des Starterritzels von der Haltewicklung des Relais mit beeinflusst wird. Das kann zu Einspurproblemen am Starterritzel führen, indem bei einem zu schnellen Vorspuren das Ritzel zu wenig verdreht oder bei einem zu langsamen
Vorspuren das Ritzel zu viel verdreht wird, was sodann am Zahnkranz der Maschine zu einer Zahn-Auf-Zahn-Stellung führt. Erst mit dem vollen Drehmoment des Startermotors schießt danach das Ritzel in den Zahnkranz mit entsprechend hohen Verschleiß und lautem Geräusch ein. Aus der DE 198 14 504 Al ist ein Einrückrelais bekannt, bei dem das Starterritzel von der Relaiswicklung mit optimierter Dynamik vorgespurt wird und bei dem gleichzeitig über den Ruhekontakt des Relais der Startermotor zum sanften Anlaufen über einen Widerstand an die elektrische Versorgung geschaltet wird. Nach dem Einspuren wird dann über den Umschaltkontakt des Relais der
Widerstand abgeschaltet und der Startermotor direkt an die elektrische Versorgung geschaltet. Bei dieser bekannten Lösung ist der Widerstand ein meanderförmig gewickelter Widerstandsdraht. Er ist mit seinen Anschlussenden zum Umschaltkontakt hin ausgerichtet und um die Relaiswicklung außen herum gelegt. Durch diese Anordnung des Widerstandes wirkt dieser gleichzeitig wie eine induktive Windung. Dies führt zu einer unerwünschten Beeinflussung der magnetischen Dynamik des Einrückrelais.
Mit der vorliegenden Lösung wird angestrebt, die Dynamik des Einrückrelais möglichst unabhängig von dem Vorwiderstand des Startermotors zu gestalten, ihn aber dennoch im Einrückrelais zu integrieren.
Offenbarung der Erfindung
Ein Einrückrelais mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den
Vorteil, dass durch die weitgehend elektromagnetisch neutrale Ausbildung des Widerstandselementes einerseits die Einspurzeit des Starterritzels nur noch durch eine entsprechende Dimensionierung der Relaiswicklung bestimmt beziehungsweise geregelt wird und dass andererseits das sanfte Andrehen des Startermotors beim Einspurvorgang ausschließlich durch die Dimensionierung des Widerstandselements erfolgt. Eine gegenseitige Abstimmung der beiden Bauteile ist dadurch nicht mehr erforderlich. Durch eine geschickte konstruktive Ausbildung und Anordnung des Widerstandselementes am Tragkörper der Relaiswicklung lassen sich ferner größere Außenabmessungen des Relais vermeiden.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ergeben sich vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen Merkmale. So sind in einfachster Weise die beiden zueinander parallel verlaufenden Leiter und deren Endverbindung aus einem durchgewickelten und entsprechend gebogenen Widerstansdraht gebildet. Außerdem wird vorzugsweise zur Herstellung des Widerstandselementes ein blanker Widerstansdraht verwendet, dessen zueinander parallel verlaufenden Leiter mit Abstand voneinander am
Wicklungsträger der Relaiswicklung fixiert sind. Eine räumlich optimale Anordnung des Widerstandselementes mit möglichst kurzen Anschlussverbindungen ergibt sich durch seine Anordnung auf der den Umschaltkontakten zugewandten Stirnseite des Wicklungsträgers. Um zusätzlichen Platzbedarf zu vermeiden, wird das Widerstandselement konzentrisch innerhalb eines Endbereiches der Relaiswicklung in einer stirnseitig offenen Ringkammer des Wicklungsträgers angeordnet. In zweckmäßiger Weise werden dabei die beiden Leiter des um die Längsachse des Relais herum angeordneten Widerstandselementes konzentrisch zueinander parallel verlaufend durch einen am Boden der Ringkammer axial vorspringenden Steg voneinander beabstandet sowie in einer die Ringkammer ausfüllenden Vergussmasse eingebettet und/oder von einem Deckel verschlossen.
Alternativ dazu lässt sich das Widerstandselement auch in einem vormontierten Zustand im Einrückrelais integrieren. Zu diesem Zweck wird in Weiterbildung der
Erfindung das Widerstandselement unter einem Deckel fixiert, vorzugsweise in Kunststoff zumindest in mehreren Kunststoffabschnitten eingespritzt, der als vorgefertigtes Bauteil in die Ringkammer des Wicklungsträgers einsetzbar ist und der einen die freien Leiterenden aufnehmenden Durchbruch aufweist. Zur Vormontage sind dabei die beiden blanken Leiter des Widerstandselementes auf der Rückseite des Deckels konzentrisch zueinander parallel verlaufend angeordnet und durch einen am Deckel angeformten, axial vorspringenden Steg voneinander beabstandet. Bei den vorerwähnten Ausführungsformen des Widerstandselementes sind die beiden zueinander parallel verlaufenden Leiter zweckmäßigerweise in einem Winkel von α > 180° und vorzugsweise von α <
360° um die Längsachse des Relais herum, insbesondere mit gleichförmiger Krümmung angeordnet.
Die Größe des Widerstandselements ist in erster Linie abhängig vom Startermotor. So kann es notwendig sein, dass die beiden Leiter des Widerstandselementes mit mehr als einer vollständigen Windung um die Längssachse des Relais herum angeordnet werden müssen. Für diesen Fall sind in einfachster Weise die beiden Leiter bei einem Winkel von α < 360° im Bereich ihrer axial abgewinkelten freien Enden um mehr als eine Leiterdicke, vorzugsweise um mindestens zwei Leiterdicken zu einer axial versetzten
Abkröpfung gebogen. Bei ihrer Anordnung an der Stirnseite des Wicklungsträgers ist es ebenso zweckmäßig, wenn die beiden Leiter bei einem Winkel α > 360° in mehreren Windungen spiralig in Abstand zueinander verlaufen. Eine weitere Alternative mit wenig Platzaufwand ergibt sich, indem die beiden zueinander parallel verlaufenden Leiter in einem Winkel α > 180° gewindeartig um die Längsachse des Relais in einer Isolierstoffhülse fixiert bzw. eingespritzt sind, die vorzugsweise an die Innenseite des Wicklungsträgers axial einsetzbar ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen.
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Figuren näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 einen Längsschnitt durch ein Einrückrelais für Starter von Brennkraftmaschinen,
Figur 2 die Schaltung einer Startanlage mit dem Einrückrelais aus Figur 1,
Figur 3 ein ersten Ausführungsbeispiel eines Widerstandselementes in raumbildlicher Darstellung,
Figur 4 einen vergrößerten Längsschnitt des Wicklungsträgers aus Figur 1 und Figur 4a eine Variante zu Figur 4 mit Vergussmasse,
Figur 5 einen Deckel mit eingespritztem Widerstandselement nach Figur 3 in raumbildlicher Darstellung,
Figur 6 eine Variante des Deckels nach Figur 5 mit dem Widerstandselement,
Figur 7 ein am Deckel vormontiertes Widerstandselement nach Figur 2 in raumbildlicher Darstellung,
Figur 8 ein zweites Ausführungsbeispiel des Widerstandselementes in raumbildlicher Darstellung,
Figur 9 ein drittes Ausführungsbeispiel des Widerstandselementes in schematischer Darstellung, Figur 10 ein viertes Ausführungsbeispiel des Widerstandselementes in einer Isolierstoffhülse in raumbildlicher Darstellung,
Figur 11 ein Widerstandselement mit U-förmig gebogenen Leitern und Figur 12 zeigt ein Flussdiagramm für den Magnetfluss im Einrückrelais bei einem Startvorgang.
Ausführungsformen der Erfindung
Figur 1 zeigt den konstruktiven Aufbau eines mit 10 bezeichneten Einrückrelais für die Startanlage einer Brennkraftmaschine in Kraftfahrzeugen. Das
Einrückrelais 10 hat eine Relaiswicklung 11 auf einem aus Kunststoff hergestellten Wicklungsträger 12, der auf einem Magnetkern 13 befestigt ist. Die Relaiswicklung 11 ist dabei in einem metallischen Gehäuse 14 eingesetzt, in dessen vorderes, offenes Ende der Magnetkern 13 aufgenommen ist. Am Boden des Gehäuses 14 ist in einer Öffnung ein Anker 15 des Relais axial geführt, der in die Relaiswicklung 11 eintaucht. In einer zentrischen Bohrung des Ankers 15 ist ein Stössel 16 befestigt, dessen kopfseitiges Ende ein so genanntes Paddel
17 zur Aufnahme eines Einrückhebels für ein nicht dargestellt Starterritzel aufweist. In einer Durchgangsöffnung des Magnetkerns 13 ist eine Schaltstange 18 mittels einer Isolierhülse 19 geführt, wobei das vordere Ende der Schaltstange
18 mit Abstand dem Ende des Stössels 16 gegenüber steht. Am hinteren Ende der Schaltstange 18 ist eine als Umschaltkontakt 20 wirkende Kontaktbrücke axial verschiebbar aufgenommen, die einerseits mit nicht erkennbaren Ruhekontakten auf einer Isolierplatte an der Rückseite des Magnetkerns 13 zusammen wirkt und andererseits zwei Gegenkontakten 20a gegenüber steht, welche in einem Schalterdeckel 21 befestigt sind, der auf dem Magnetkern 13 durch einen Gehäuserand 14a am oberen, offenen Ende des Gehäuses 14 befestigt ist. Die beiden Gegenkontakte 20a sind als Anschlussklemmen 30 und 45 im Schalterdeckel 21 festgeschraubt. In einer axialen Ausnehmung 15a des Ankers 15 ist eine Ankerrückstellfeder 23 angeordnet, die in bekannter Weise mit einer Kontaktrückstellfeder 24 und einer Kontaktdruckfeder 25 zusammen wirkt. Alle drei Federn sind derart vorgespannt, dass sich die in Figur 1 dargestellte Ruhelage ergibt. Bei einem Startvorgang wird beim Einspuren des Starterritzels in den Zahnkranz der Brennkraftmaschine der Startermotor über ein Widerstandselement 26 leicht gedreht. Dieses Widerstandselement 26 ist im Einrückrelais 10 integriert, indem es unter dem Magnetkern 13 auf der dem Umschaltkontakt 20 zugewandten Stirnseite des Wicklungsträgers 12 fixiert ist.
Figur 2 zeigt den Schaltungsaufbau einer Startanlage mit dem Einrückrelais 10. Ein Startermotor 31 wird von einer Fahrzeugbatterie 32 als elektrische Stromversorgung über die Anschlussklemmen 30 und 45 des Einrückrelais 10 direkt vom Umschaltkontakt 20 des Einrückrelais 10 auf Pluspotential geschaltet.
Das Pluspotential der Fahrzeugbatterie 32 liegt ferner an einem Startschalter 33, dem ein Startrelais 34 nachgeschaltet ist. Über den Schaltkontakt 34a des Startrelais 34 wird das Pluspotential der Fahrzeugbatterie 32 auf das Einrückrelais 10 geschaltet. Im Einrückrelais 10 gelangt das Pluspotential einerseits zu der auf Masse liegenden Relaiswicklung 11 und andererseits über den Ruhekontakt 20b zum Widerstandselement 26 und von dort über die Anschlussklemme 45 zum Startermotor 31. Am Ende des Ankerweges wird über die Schaltstange 18 des Einrückrelais 10 der Ruhekontakt 20b von der Kontaktbrücke 20 des Umschaltkontaktes geöffnet und der Gegenkontakt 20a wird geschlossen. Dadurch wird das Widerstandselement 26 abgeschaltet und der Startermotor 31 am Ende des Einrückweges direkt an die elektrische Versorgung geschaltet.
In einem ersten Ausführungsbeispiel ist in Figur 3 das Widerstandselement 26 als weitgehend elektromagnetisch neutrale Wicklung dargestellt. Es besteht aus zwei zueinander parallel verlaufenden Leitern 27a, 27b, die um die Längsachse x des Einrückrelais 10 herum angeordnet ist und deren Enden durch eine Endverbindung 27c miteinander in Reihe geschaltet sind. Die beiden Leiter 27a, 27b des Widerstandselementes 26 sowie deren Endverbindung 27c bestehen aus einem durchgehenden und entsprechend gebogenen Widerstansdraht, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel einen Durchmesser von 2mm und Widerstand R von circa 1,5 Ω hat. Der aus einer Kupfer-Nickel-Legierung hergestellt Widerstandsdraht hat zwei in Achsrichtung des Einrückrelais 10 abgewinkelte freie Anschlussenden 27d. Die beiden zueinander parallel verlaufenden Leiter 27a, 27b sind hier mit einer gleichförmigen Krümmung in einem Winkel α von circa 350° um die Längsachse x des Einrückrelais 10 herum angeordnet.
In Figur 4 ist erkennbar, dass das Widerstandselement 26 aus Figur 3 an der oberen Stirnseite des im Längsschnitt vergrößert dargestellten Wicklungsträgers
12 in einer dort angeformten, stirnseitig offenen Ringkammer 35 des Wicklungsträgers 12 eingesetzt ist. Die beiden konzentrisch zueinander parallel verlaufenden Leiter 27a, 27b sind mit Abstand voneinander in der Ringkammer 35 fixiert, indem sie durch einen am Boden der Ringkammer 35 axial vorspringenden Steg 35a voneinander beabstandet sind. Die Ringkammer 35 wird durch einen Kunststoffdeckel 36 verschlossen und durch eine zur Aufnahme des Ankers 15 dienenden Messinghülse 37 fixiert. Die Anschlussenden 27d des Widerstandselementes 26 sind durch einen axialen Kragen 38 des Wicklungsträgers 12 hindurch geführt. Da das Widerstandselement 26 aus einem blanken Widerstanddraht hergestellt ist, können seine beiden Leiter 27a, 27b alternativ zum Kunststoffdeckel 36 auch in einer die Ringkammer 35 ausfüllenden Vergussmasse 28 eingebettet werden, wie dies in Figur 4a dargestellt ist. Gegebenenfalls kann das Widerstandselement 26 auch zunächst in Vergussmasse eingebettet und dann die Ringkammer 35 durch einen Deckel 36 verschlossen werden.
Figur 5 zeigt in raumbildlicher Darstellung einen Kunststoffdeckel 36a, unter dem das Widerstandselement 26 aus Figur 3 fixiert ist, indem es dort in einem Kunststoffmaterial 39 eingespritzt wurde. Dabei weist das Kunststoffmaterial 39 für ein Haltewerkzeug des Kunststoffdeckels 36a mehrere Aussparung 40 auf.
Die freien Leiterenden 27d sind durch einen im Kragen 38 des Kunststoffdeckels 36a angeordneten Durchbruch hindurchgeführt.
Figur 6 zeigt eine zu Figur 5 alternative Ausführungsform des Kunststoffdeckels 36a in räumlicher Darstellung nach oben gewendet, bei der das
Widerstandselement 26 aus Figur 3 an der Unterseite des Kunststoffdeckels 36a lediglich in mehreren, voneinander gleichmäßig beabstandeten Kunststoffabschnitten 39a eingebettet ist. In Figur 7 ist in räumlicher Darstellung eine vormontierte Baueinheit aus dem Kunststoffdeckel 36a und dem Widerstandselement 26 erkennbar. Dort sind die beiden blanken Leiter 27a, 27b des Widerstandselementes 26 auf der Rückseite des Kunststoffdeckels 36a konzentrisch zueinander parallel verlaufend durch einen am Deckel angeformten, axial vorspringenden Steg 41 voneinander beabstandet. Dort ist ferner erkennbar, dass die beiden freien Enden 27d der Leiter 27a, 27b des Widerstandselementes 26 im Kragen 38 des Kunststoff deckeis 36a durch einen Durchbruch 42 nach außen geführt sind. Das auf diese Weise vormontierte Widerstandselement 26 wird anschließend gemäß Figur 6 durch die Kunststoffabschnitte 39a oder durch die nahezu vollständige
Einbettung im Kunststoffmaterial 39 gemäß Figur 5 fixiert, um schließlich in die Ringkammer 35a des Wicklungsträgers gemäß Figur 1 eingesetzt zu werden.
In Figur 8 ist eine weitere Ausführungsform des Widerstandselementes dargestellt und mit 26a bezeichnet. Hierbei sind die beiden konzentrisch zueinander parallel verlaufenden Leiter 27a, 27b in nahezu zwei vollständigen Windungen um die Längsachse x des Einrückrelais 10 mit gleichförmiger Krümmung angeordnet. Am Ende der ersten Windung sind dort die beiden Leiter 27a, 27b im Bereich ihrer axial abgewinkelten freien Enden 27d um mehr als eine Leiterdicke zu einer axial versetzten Abkröpfung 27e gebogen. Die Abkröpfung
27e beträgt hier etwa das 1,5-fache der Leiterdicke, um zwischen den beiden Windungen der blanken Leiter 27a, 27b einen ausreichenden Abstand zu gewährleisten. Die Endverbindung 27c der beiden Leiter 27a, 27b befindet sich dort unterhalb der Abkröpfungen 27e. Dieses Widerstandselement 26a wird in eine entsprechend vertiefte Ringkammer 35 des Wicklungsträgers 12 gemäß
Figur 4 eingesetzt oder gemäß Figur 5 und 6 an der Unterseite des Kunststoffdeckels 26a in Kunststoffmaterial 39 beziehungsweise 39a fixiert.
Figur 9 zeigt in schematischer Darstellung eine weitere, mit 26b bezeichnete Ausführungsform des Widerstandselementes 26. Dort sind die beiden zueinander konzentrisch parallel verlaufenden Leiter 27a, 27b in nahezu zwei vollständigen Windungen spiralig mit Abstand zueinander angeordnet. Ein solches Widerstandselement 26b lässt sich in einfachster Weise an der oberen Stirnseite des Wicklungsträgers 12 aus Figur 1 anbringen. Wie Figur 9 zeigt, ist dabei eine gleichmäßige Krümmung der Leiter 27a, 27b nicht zwingend erforderlich. In Figur 10 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Widerstandselement 26c raumbildlich dargestellt. Dort sind die beiden zueinander parallel verlaufenden Leiter 27a, 27b mit axialem Abstand zueinander mit mehr als einer Windung (α > 360°) gewindeartig um die Längsachse x des Einrückrelais 10 in einer
Isolierstoffhülse 43 eingespritzt. Folglich ist das Widerstandselement 26c in der Isolierstoffhülse 43 nur gestrichelt erkennbar, da lediglich die freien, axial abgewinkelten Enden 27c an der oberen Stirnseite der Isolierstoff hülse 43 aus dem Isolierstoffmaterial der Hülse austreten. Bei dieser Ausführungsform sind die Abmessungen der Isolierstoffhülse 43 so gewählt, dass sie an der Innenseite des
Wicklungsträgers 12 aus Figur 1 axial einsetzbar ist.
In Figur 11 ist als weiteres Ausführungsbeispiel ein Widerstandselement 26d dargestellt, dass aus einem durchgehenden Widerstandsdraht mit rechteckigem Querschnitt in Form einer Drei/Vier- Windung der beiden konzentrisch zueinander parallel verlaufenden Leiter 27a, 27b besteht. Das Widerstandselement 26d ist mit zwei rechtwinkligen Abbiegungen U-förmig ausgebildet, wobei die beiden nackten Leiter 27a, 27b zueinander einen Abstand haben. Dieses Widerstandselement 26d ist ebenfalls in eine entsprechend Ausnehmung auf der oberen Stirnseite des Wicklungsträgers 12 nach Figur 1 einsetzbar.
In Figur 12 ist in einem Zeitdiagramm der magnetische Fluss Φ des Einrückrelais 10 aus Figur lwährend eines mit der Schaltungsanordnung nach Figur 2 durchgeführten Startvorganges dargestellt. Zum Zeitpunkt tl wird der Startschalter 33 geschlossen und über das Starterrelais 34 wird die
Relaiswicklung 11 des Einrückrelais 10 bestromt. Mit dem dadurch erzeugten Magnetfluss ΦRW wird der Anker 15 des Einrückrelais 10 eingezogen, bis schließlich zum Zeitpunkt t2 der Umschaltkontakt 20 des Einrückrelais 10 betätigt wird. Dadurch wird der Ruhekontakt 20b geöffnet und der Gegenkontakt 20a wird geschlossen. Bis zu diesem Zeitpunkt fließt ein dosierter Strom über den
Ruhekontakt 20b des Einrückrelais 10 und des dazu in Reihe geschaltete Widerstandselement 26 zum Startermotor 31. Dadurch wird der Startermotor 31 beim Vorspuren des Starterritzels leicht gedreht, um das Starterritzel in den Zahnkranz der Brennkraftmaschine sanft einspuren zu können. Zum Zeitpunkt t3 wird das Widerstandselement 26 abgeschaltet und der Startermotor 31 erhält nun zum Andrehen der Brennkraftmaschine die volle Spannung der Fahrzeugbatterie 32 über die Gegenkontakte 20a des Umschaltkontaktes 20. Nachdem Hochlaufen der Brennkraftmaschine wird zum Zeitpunkt t4 der Startschalter 33 wieder geöffnet und der Startvorgang wird dadurch beendet.
An den verschiedenen Ausführungsbeispielen des Widerstandselementes 26 gemäß Figur 3, 8, 9, 10 und 11 ist erkennbar, dass die jeweils zueinander parallel verlaufenden Leiter 27a, 27b und ihren Anschlussenden 27d bis zu ihrer Endverbindung 27c nicht gleich lang sind. Daraus ergibt sich, dass sich die durch den Stromfluss an den beiden Leitern 27a, 27b ausbildenden Magnetfelder des
Widerstandselementes 26 nicht vollständig aufheben. Es verbleibt somit ein restlicher Magnetfluss ΔΦ, der jedoch durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Widerstandselementes 26 deutlich geringer ist als bei den Ausführungen nach dem Stand der Technik. Dieser restliche Magnetfluss wird bis zum Öffnen des Ruhekontaktes 20b dem Magnetfluss ΦRW der Relaiswicklung 11 überlagert.
Gemäß Figur 12 ergibt sich dadurch je nach Stromrichtung im Widerstandselement 26 eine leichte Schwächung oder Verstärkung des Magnetflusses ΦRW um den Betrag ± ΔΦ.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, da die Gestaltung und Anordnung des Widerstandselementes 26 zahlreiche Alternativen zulässt. So kann anstelle einer kreisrunden oder u-förmigen Ausbildung des Widerstandselementes ebenso eine ovale, polygone oder ungleichförmige Ausführung verwendet werden. Ebenso ist es möglich, anstelle eines durchgewickelten Widerstandsdrahtes die beiden parallel verlaufenden
Leiter 27a, 27b als Einzelleiter mit einer separat hergestellten Endverbindung 27c miteinander zu dem Widerstandselement 26 in Reihe zu schalten. Dabei sind je nach Belastung auch verschiedene bekannte Materialien für das Widerstandselement 26 verwendbar. Durch die Fixierung des Widerstandselements 26 am Wicklungsträger 12 des Einrückrelais 10 wird auf eine Lackisolierung des Widerstandsdrahtes verzichtet. Zusätzlich erhöht eine Steganordnung zwischen den beiden Leitern 27a, 27b des Widerstandselementes 26 die Stoß- und Schüttelfestigkeit des Widerstandsdrahtes und zusätzlich werden beim Einsetzen des Widerstandselementes 26 in die Ringkammer 35 des Wicklungsträgers 12 die Leiter 27a, 27b in der Kammer verklemmt und dadurch für weitere Montageschritte sicher positioniert. Anstelle des Steges 35a in der Ringkammer 35 nach Figur 4 beziehungsweise des Steges 41 am Kunststoffdeckel 36 nach Figur 5 kann das Widerstandselement 26 auch mit separaten Abstandsclips in der Ringkammer 35 beziehungsweise am Kunststoffdeckel 36a vormontiert werden.

Claims

Ansprüche
1. Einrückrelais (10) für Starter von Brennkraftmaschinen, bei denen ein Starterritzel durch Bestromen einer Relaiswicklung (11) zunächst axial verschiebbar und bei gleichzeitiger langsamer Drehung in einen Zahnkranz der Brennkraftmaschine einspurbar ist, um danach vom Startermotor (31) mit voller
Kraft bis zum Ende des Startvorganges angetrieben zu werden, wobei das Einrückrelais mit einem Umschaltkontakt (20) ausgebildet ist, der im ersten Teil des Einrückweges den Startermotor zum langsamen Drehen über ein Widerstandselement (26) und am Ende des Errückweges direkt an die elektrische Stromversorgung schaltet, dadurch gekennzeichnet, dass das
Widerstandselement (26) als weitgehend elektromagnetisch neutrale Wicklung mit zwei zueinander parallel verlaufenden Leitern (27a, 27b) um die Längsachse (x) des Relais (10) herum angeordnet ist, und dass die Enden der zwei Leiter (27a, 27b) miteinander verbunden sind.
2. Einrückrelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Leiter (27a, 27b) und deren Endverbindung (27c) aus einem durchgehend und entsprechend gebogenen Widerstandsdraht bestehen.
3. Einrückrelais nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiter (27a,
27b) des vorzugsweise blanken Widerstandsdrahtes mit Abstand voneinander am Wicklungsträger (12) der Relaiswicklung (11) fixiert sind.
4. Einrückrelais nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandselement (26) an der dem Umschaltkontakt (20) zugewandten
Stirnseite des Wicklungsträgers (12) fixiert ist.
5. Einrückrelais nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandselement (26) konzentrisch innerhalb der Relaiswicklung (11) in einer stirnseitig offenen Ringkammer (35) des Wicklungsträgers (12) angeordnet ist.
6. Einrückrelais nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Leiter (27a, 27b) des Widerstandselementes (26) konzentrisch zueinander parallel verlaufen, durch einen am Boden der Ringkammer (35) axial vorspringenden Steg (35a) voneinander beabstandet sind sowie in einer die
Ringkammer (35) ausfüllenden Vergussmasse (28) eingebettet und/oder von einem Deckel (36) verschlossen sind.
7. Einrückrelais nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandselement (26) unter einem Deckel (36a) fixiert, vorzugsweise in
Kunststoffmaterial (39), zumindest in mehreren Kunststoffabschnitten (39a) eingespritzt ist, und dass der Deckel (36a) in die Ringkammer (35) des Wicklungsträgers (12) einsetzbar ist und einen die freien Leiterenden (27c) aufnehmenden Durchbruch (42) aufweist.
8. Einrückrelais nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden blanken Leiter (27a, 27b) des Widerstandselementes (26) auf der Rückseite des Deckels (36a) konzentrisch zueinander parallel verlaufen und durch einen am Deckel angeformten, axial vorspringenden Steg (41) voneinander beabstandet sind.
9. Einrückrelais nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden zueinander parallel verlaufenden Leiter (27a, 27b) in einem Winkel α > 180° und vorzugsweise α < 360° um die Längsachse (x) des Relais (10) herum, insbesondere mit gleichförmiger Krümmung angeordnet sind.
10. Einrückrelais nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Leiter (27a, 27b) bei einem Winkel α > 360° gewindeartig um die Längsachse (x) des Relais (10) in einer Isolierstoffhülse (43) eingespritzt sind, die vorzugsweise an der Innenseite des Wicklungsträgers (12) axial eingesetzt ist.
11. Einrückrelais nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Winkel α > 360° die beiden Leiter (27a, 27b) im Bereich ihrer axial abgewinkelten freien Enden (27c) um mehr als eine Leiterdicke, vorzugsweise um 1,5 Leiterdicken zu einer axial versetzten Abkröpfung (27e) gebogen sind.
12. Einrückrelais nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Leiter (27a, 27b) bei einem Winkel α > 360° in mehrere Windungen spiralig mit Abstand zueinander verlaufen.
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