EP2559046A1 - Startvorrichtung mit einem elektromagnetischen schalter sowie verfahren zum schalten des elektromagnetischen schalters - Google Patents

Startvorrichtung mit einem elektromagnetischen schalter sowie verfahren zum schalten des elektromagnetischen schalters

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Publication number
EP2559046A1
EP2559046A1 EP11714336A EP11714336A EP2559046A1 EP 2559046 A1 EP2559046 A1 EP 2559046A1 EP 11714336 A EP11714336 A EP 11714336A EP 11714336 A EP11714336 A EP 11714336A EP 2559046 A1 EP2559046 A1 EP 2559046A1
Authority
EP
European Patent Office
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contact
contact bridge
bridge
contacts
starting device
Prior art date
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Application number
EP11714336A
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English (en)
French (fr)
Other versions
EP2559046B1 (de
Inventor
Houman Ramezanian
Claus Kramer
Michael Froehlich-Schlapp
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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Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2559046A1 publication Critical patent/EP2559046A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2559046B1 publication Critical patent/EP2559046B1/de
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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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/06—Contacts characterised by the shape or structure of the contact-making surface, e.g. grooved
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/12—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage
    • H01H1/14—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage by abutting
    • H01H1/18—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage by abutting with subsequent sliding
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/12—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage
    • H01H1/14—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage by abutting
    • H01H1/20—Bridging contacts

Definitions

  • the invention relates to a starting device with an electromagnetic switch and a method for operating the electromagnetic switch.
  • This switch has two contacts, which are referred to there as contact pins. Both contacts are electrically conductively connected to each other by a movable contact bridge to supply current from the contact pin, which is connected to a positive pole of a starter battery, to a contact pin
  • FIG. 1 shows a starting device in a longitudinal section
  • FIG. 3 shows a side view of a contact bridge
  • FIG. 4 is a plan view of a contact bridge
  • Figure 5 shows three different cross-sections of the contact bridge according to the first
  • FIG. 6 shows a plan view of the contact of a bolt
  • FIG. 7 is a sectional view of a contact of a bolt according to FIG. 6,
  • FIG. 8 shows a side view of a contact pin 151 and a contact bridge according to a second exemplary embodiment
  • FIG. 9 shows a second side view of the second exemplary embodiment according to FIG. 8,
  • FIG. 10 is a side view of a third embodiment
  • Figure 11 shows a fourth embodiment of a switch with another
  • FIG. 13 shows a sixth embodiment of a pairing of contact pins with a contact bridge
  • FIG. 14 shows a seventh exemplary embodiment of a pairing of contact bridge and contact pin
  • FIG. 15 shows an eighth exemplary embodiment of a pairing of a contact bridge and two contact pins
  • FIG. 16 and FIG. 17 each show an alternative embodiment of a contact bridge
  • FIG. 18 and FIG. 19 two further alternatives for contact bridges
  • FIG. 20 shows a sectional illustration of a principle shown here
  • FIG. 21A shows a side view or sectional view of a further particularly advantageous combination of contact bridge and contact surface
  • Figure 21B is a view of a current transfer surface between contact bridge and
  • FIG. 21C shows a side view or sectional view of a further advantageous combination of contact bridge and contact surface
  • FIG. 22A is a diagram showing dependencies of various parameters.
  • FIG. 22B shows a half contact bridge with different dimensions, which are important for FIG. 21A.
  • FIG. 1 shows a starting device in a longitudinal section.
  • FIG. 1 shows a starting device 10.
  • This starting device 10 has, for example, a starter motor 13 and an electromagnetic switch 16, which is designed here as an engagement relay.
  • the starter motor 13 and the switch 16 are fixed to a common drive end plate 19.
  • the starter motor 13 is functionally to drive a starter pinion 22 when it is meshed in the ring gear 25 of the internal combustion engine, not shown here.
  • the starter motor 13 has a housing as a pole tube 28 which at its
  • Inner circumference carries pole pieces 31, which are each wrapped by a field winding 34. Instead of an electrical excitement comes one
  • the pole shoes 31 in turn surround an armature 37, which has an armature packet 43 constructed from fins 40 and an armature winding 49 arranged in grooves 46.
  • the armature package 43 is pressed onto a drive shaft 44.
  • a commutator 52 is further attached, which is constructed, inter alia, of individual commutator fins 55.
  • the commutator bars 55 are electrically connected in a known manner with the armature winding 49, that when energized
  • Commutator blades 55 by carbon brushes 58 results in a rotational movement of the armature 37 in the pole tube 28.
  • Starter motor 13 arranged power supply 61 supplies in the on state, both the carbon brushes 58 and the field winding 34 with power.
  • the drive shaft 44 is commutator side with a shaft journal 64 in one
  • a so-called sun gear 80 connects to the armature 37, which is part of a planetary gear 83.
  • the sun gear 80 is surrounded by a plurality of planetary gears 86, usually three planet gears 86, by means of
  • Rolling bearings 89 are supported on journals 92.
  • the planet gears 86 roll in a ring gear 95, which is mounted outside in the pole tube 28.
  • the planet wheels 86 are adjoined by a planetary carrier 98, in which the axle journals 92 are accommodated.
  • the planet carrier 98 is in turn in an intermediate storage 101 and a slide bearing arranged therein
  • the intermediate bearing 101 is designed cup-shaped, that in this both the planet carrier 98, and the planet wheels 86th
  • the ring gear 95 is arranged in the cup-shaped intermediate bearing 101, which is ultimately closed by a cover 107 relative to the armature 37.
  • the intermediate storage 101 is supported by his
  • the armature 37 has on the end facing away from the commutator 52 end of the drive shaft 44 has a further shaft journal 110, which is also received in a sliding bearing 113, from.
  • the sliding bearing 113 in turn is in a central bore of the
  • Planet carrier 98 recorded.
  • the planet carrier 98 is integral with the Output shaft 116 connected. This output shaft 116 is connected to her from
  • the output shaft 116 is divided into several sections: Thus, the section which is arranged in the sliding bearing 104 of the intermediate bearing 101, follows a section with a so-called
  • Spur gear 125 (internal toothing), which is part of a so-called shaft-hub connection.
  • This shaft-hub connection 128 in this case allows the axially rectilinear sliding of a driver 131.
  • This driver 131 is a sleeve-like extension which is integral with a cup-shaped outer ring 132 of the freewheel 137.
  • This freewheel 137 (Richtgesperre) consists of
  • the freewheel 137 allows a relative movement between inner ring 140 and outer ring 132 in one direction only.
  • the inner ring 140 is formed integrally with the starter pinion 22 and the helical teeth 143 (external helical teeth).
  • the switch 16 has a bolt 150 which carries an electrical contact 181 and which is connected to the positive terminal of an electric starter battery, which is not shown here. This bolt 150 and also a bolt 151 is passed through a relay cover 153.
  • This relay cover 153 terminates a relay housing 156, which is fastened by means of a plurality of fastening elements 159 (screws) on the drive end plate 19.
  • a pull-in winding 162 and a so-called holding coil 165 is further arranged.
  • the pull-in winding 162 and the holding winding 165 both cause an electromagnetic state when switched on
  • the armature 168 carries a push rod 174, which is moved in the direction of linear retraction of the armature 168 in the direction of a switching pin 177. With this movement of the push rod 174 to the shift pin 177 this is made its rest position in the direction of the contact 181 and a contact 180 moves, so that an attached to the contacts 180 and 181 end of the switching pin 177 contact bridge 184 connects both contacts 180 and 181 electrically. As a result, electric power is supplied from the bolt 150 via the contact bridge 184 and the bolt 151 to the power supply 61 and thus to the carbon brushes 58.
  • the starter motor 13 is energized.
  • the Heidelbergerl6 or the armature 168 but also has the task, with a tension member 187 to move the drive bearing plate 19 rotatably arranged lever.
  • This lever 190 commonly called
  • Running fork lever engages with two "tines" not shown here on its outer circumference two discs 193 and 194 to move a clamped between these driver ring 197 for freewheel 137 back against the resistance of the spring 200 and thereby complicatra the starter pinion 22 in the ring gear 25 ,
  • FIG. 2 further shows a contact release spring 220, which after the
  • the contact bridge 184 pushes back to its initial position.
  • the contact release spring 220 presses against a collar 223, which sits on the shift pin 177.
  • the contact bridge 184 has in its center a hole 226, with which the contact bridge 184 is supported on a sleeve portion 229 of an axially movable guide collar 232.
  • This guide collar 232 has between its outer contour and the switching pin 177 a substantially cylindrical cavity 235, in which in turn a compression spring 238 is supported.
  • This pressure spring 238 is supported on the end facing away from the contact bridge 184 of the switching pin 177 on a snap-on sleeve 241, which holds with snap elements 244 in a groove 247 stationary.
  • Between the armature 168 and the armature return 171 acts around the snap sleeve 241 around a further compression spring 250th
  • FIG. 3 shows a side view of the contact bridge 184.
  • This contact bridge 184 shows a central areal section 270 which has the hole 226 at its center (FIG. 4). From this central area section 270, which is perpendicular to the shift pin 177, radially outward from the center of the hole 226 outwards and thus from the shift pin 177 pioneering initially an outer area 273 section. Diametrically opposed to this first outer surface portion 273 is a second outer surface portion 276. Both outer planar sections 273 and 276 have an approximately circular contour. Compared with the central planar section 270, both outer planar sections 273 and 276 are deflected by the angle ⁇ . This angle ⁇ preferably has a value between 1 ° and 15 °, with 5 ° being preferred.
  • the outer laminar portions 273 and 276 have an edge 279 at their furthest from the center of the hole 226.
  • the contact bridge 184 that this consists of so-called electro-copper (E-Cu57). Furthermore, it is provided that the angle ⁇ is equal to 5 °, the hardness of the material between 100 to 130 HV 10 has (Vickers hardness measurement method). For the
  • Material thickness d are provided 2mm.
  • the length L of the contact bridge 184 is selected so that the contacting of the edges 279 takes place on the contacts 180 and 181.
  • the rigidity of the contact bridge 184 is between 150 N / mm and 250 N / mm.
  • FIG. 5 shows three different cross sections of the contact bridge 184.
  • the lower part of Figure 5 shows the widest cross-section 290 at the widest point of the outer surface portion 273.
  • the middle part of Figure 5 shows the cross section 293 at the junction between the outer surface portion 273 and the central surface portion 270. At this point is the Contact bridge 184 fitted.
  • the uppermost region of FIG. 5 shows the cross section 296, which is divided into two partial surfaces 297.
  • the cross section BB shows the cross section 296, which occurs at the widest point of the contact bridge 184 and is simultaneously cut centrally through the hole 226.
  • FIG. 6 shows a plan view of the contact 180 of the bolt 151.
  • the bolt 151 shown there is equipped with a contact 180 whose contact surface 300 has a corrugation which is an annular corrugation 310 (elevations).
  • This contact surface 300 or its corrugation is such that, as shown in Figure 7, in the
  • This corrugated contour may be, for example, a sinusoidal profile or a similar profile with a wave shape, i. H.
  • the corrugation illustrated here is an annular corrugation 310, that is to say the corrugated contour 303 or its "peaks and valleys" are coaxially oriented around the center line 306 of the bolt 151 in the example.
  • FIG. 8 a contact bridge 184, as is known from FIG. 4, is paired with a contact pin 151 whose contact surface 300 does not consist of an annular corrugation 310 but of a straight corrugation 309, FIG in section 8 drawn section line IX-IX is shown in Figure 9. Accordingly, there is shown the section through the contact pin 151, the associated bolt head 152 and the contact 180. As shown there in section, it recognizes there the Geradriffelung 309, on which the edge 279 of the contact bridge 184 is arranged. With reference to Figure 8 is located there as different sections in the
  • Designation V 184 the speed, ie the movement of the contact bridge
  • Section 270 in a short movement in the direction of the arrow with the
  • the first embodiment and also the second embodiment show an electromagnetic switch 16 for a starting device 10, said electromagnetic switch 16 has two contacts 180 and 181, which are electrically conductively connected to each other by a movable contact bridge 184. It is thereby provided that at least one of the two contacts 180 or 181 preferably has a contact surface 300 firmly connected to a contact pin 151 or 150. In this case, the contact surface 300 has elevations, which preferably lie substantially in one plane. An electrical contact between the contact bridge 184 and the contact edge 279 of the contact bridge 184 is arranged so that these from the
  • the straight corrugation 309 should ideally be designed as sinusoidal longitudinal corrugation.
  • the hardness of the contact 180 or 181 should be less than or equal to the hardness of the contact bridge 184. This is to ensure that not the contact bridge 184 but the contacts 180 and 181 wear out.
  • Figure 10 shows a third embodiment of a contact bridge 184, as is known from Figure 4 and a contact 180, the contact surface 300 is at least substantially planar.
  • the contact bridge 184 moves as in the embodiment of Figure 8 accordingly. Ie. the edge 279 moves transversely to the marked longitudinal axis 312 of the contact pin 151. In this case, the edge scrapes 279 along the contact surface 300. Macroscopically, the contact surface between the contact bridge 184 and the contact surface 300 results in a line shape.
  • FIG. 10 accordingly shows an electromagnetic switch 16 for a starting device 10 with two contacts 180, 181, which are electrically conductively connected to each other by a movable contact bridge 184, wherein at least one of the two contacts 180 or 181 preferably one with a contact pin 151 has fixed contact surface 300. It is envisaged that the
  • Contact surface 300 is at least substantially planar and an electrical contact between contact bridge 184 and contact 180, 181 giving edge 279 of the contact bridge 184 is arranged so that from the impact on the contact surface 300 is substantially a line contact between contact 180, 181 and contact bridge 184th allows.
  • a further definition of the manner in which the contact bridge 184 and the contact 180 or the contact 180 and the outer planar section 276 are oriented relative to one another may be indicated with reference to FIG.
  • an angle ⁇ may be indicated which, for example, lies in the plane formed by the longitudinal axis 312 and the central axis of the hole 226 (FIG. 4). This central axis of the hole 226 has the
  • Designation 315 and coincides with the axis of movement of the shift pin 177, see also Figure 2.
  • an electromagnetic switch 16 is for a
  • Starting device 10 is provided with two contacts 180 and 181, which are electrically conductively connected to each other by a movable contact bridge 184, wherein at least one of the two contacts 180 or 181 preferably having a contact pin 151, 150 fixedly connected contact surface 300, wherein one for contact 180 directed surface 318 of the contact bridge 184 and a longitudinal axis 312 of a contact pin 151 between them a directed to a central axis 315 of the switch 16 angle ß include, which is greater than 90 °.
  • This definition applies to the rest position or up to the position of the switching bridge 184, in which the contact bridge 184, the surface 300 just does not touch or powerless.
  • FIG. 11 shows a fourth exemplary embodiment of a switch 16. Since the details of the switch of Figure 11 differ from those of the switch according to Figure 2 only in a few details, only these differences will be discussed below.
  • the contact bridge 184 according to FIG. 2 has outer planar sections 276 and 273, which are inclined or bent in the direction of the contacts 180 and 181, the outer planar sections 276 and 273 of the contact bridge 184 are not connected to the contacts 180 and 180, respectively 181 inclined, but inclined away from them.
  • the angle of inclination ⁇ has a different sign compared with the exemplary embodiment according to FIG. 2 and the central areal section 270.
  • the angle ⁇ is defined here as an angle which is arranged between the contact 180 directed surface 318 of the contact bridge 184 and a longitudinal axis 312 of a contact pin 151.
  • the angle ß is oriented in such a way that it lies in a plane which is out of the
  • the angle ß is directed radially outward and is greater than 90 °. With respect to the angle ß is provided that this is between 91 ° and 120 °.
  • Size indication refers to the position of the contact bridge 184 in the rest position, or before it touches the contact surface 180.
  • the contacts 180 and 181 are designed such that they have an edge 320 which, from the moment when the contact bridge 184 impinges on the contact surface 300, moves relative to the central axis 315 between the contact bridge 184 and Contact 180 or 181 causes.
  • angle ⁇ is provided that this has a value between -1 ° and -30 °.
  • the choice of the angle is dependent on the coefficient of friction between the contact partners. Here, in the case where it is a high coefficient of friction, that the angle can be rather smaller, while at low coefficients of friction the angle is rather large.
  • the fifth embodiment according to FIG. 12 shows, in a basic representation, two contact bolts 150 and 151 which, with their contact surfaces 300, belong to the outer planar sections 273 and 276 are oriented.
  • the length of the contact bridge 184 transverse to the central axis 315 is greater than the outermost distance of the two contact pins 151 and 150 to each other. Accordingly, the outer laminar portions 273 and 276 respectively do not scrape at one of their edges against the surfaces 300 of the contact pins 150 and 151. In this case, the contact bridge 184 switches against sharp edges 330 of the contacts 180 and 181, respectively.
  • FIG. 14 shows a seventh exemplary embodiment of a pairing of contact bridge 184 and contact pins 151 and 150, respectively. This seventh
  • Embodiment is a modification of the embodiment of Figure 13 and differs from this in that the contact bridge 184 no longer protrudes beyond the outermost contours of the two contact surfaces 300 and contact pins 151 and 150, respectively. Again, the contact bridge 184 switches against an angled edge 333 of the contact pins 150 and 151th
  • FIG. 15 shows a further, eighth exemplary embodiment of a pairing of a contact bridge 184 and two contact pins 150 and 151, respectively.
  • Both contact pins 151 and 150 have in the region of their bolt heads 152 directed towards each other two bevels 336. Although these two bevels 336 are substantially directed to each other, but not parallel to each other.
  • a contact bridge 184 is present whose length is shorter than the largest distance of the chamfers 336 to each other, but greater than the smallest distance between the two bevels 336 to each other. In this
  • Embodiment scrapes an edge 279 of the outer laminar portions 273 and 276 at the bevels 336th
  • FIG. 16 shows a contact bridge 184 in a further alternative
  • This contact bridge also has a central areal section 270 and two outer areal sections 273 and 276, respectively.
  • the central area 270 also has a hole 226 in its center on.
  • the edges 279 are in contrast, for example, to the embodiment of Figure 3 and Figure 4 is not round, but straight.
  • the outer planar sections 273 and 279 are also shown at an angle ⁇ to the central planar section 270 analogous to the embodiment of Figure 3 and Figure 4.
  • the contact bridge 184 can have two outer planar sections 273 and 276, which in contrast to the exemplary embodiment according to FIG. 16 are slotted in such a way that the respective planar sections are designed as two lugs 340 ,
  • designation flags would be for example also the designation
  • Figure 18 shows a contact bridge 184, which is designed substantially rectangular. In turn, it has a central planar section 270 and two outer planar sections 276 and 273. Central in the planar section 270, in turn, a hole 226 is arranged. While a top view can be seen in FIG. 18a, a sectional view of the contact bridge 184 is shown in FIG. 18b. This sectional view shows the bending of the outer flat sections 273 and 276 by the angle a. To influence or increase the flexibility of the outer planar sections 273 and 276, these are connected via notches 350 with the central planar section 270. The notches may, as here in the example, be arranged on both sides of the surface of the contact bridge 184, but also, if appropriate, alternatively on one side. These notches 350 are here designed as semicircular corrugations to reduce the cross section and reduce the flexural rigidity of the contact bridge 184.
  • a further contact bridge 184 is shown in a plan view and a sectional view.
  • Contact bridge 184 need not, as shown in Figure 18, are introduced to the outer contour. It can also recesses in the preferably rectangular shaped contact bridge 184 are introduced. In Figure 19, two circular recesses 353 are exemplified, the reduce the cross section. The recesses may have any shape, for. B. be executed rectangular or rounded.
  • FIG. 20 shows a contact bridge 184 in longitudinal section.
  • This contact plate in turn has a central areal section 270 and two outer areal sections 273 and 276.
  • the central planar section 270 in turn has a hole 226, as have the previous embodiments for contact bridges 184 also.
  • This contact bridge 184 consists of several layers.
  • a first layer is a carrier layer 400 and a second layer attached to this carrier layer 400 is a contact layer 403.
  • the properties are optimized by forming the contact bridge 184 of a plurality of layers.
  • the first layer namely the backing layer 400, has favorable properties as a retaining, stability and elasticity-imparting element.
  • the contact layer 403 has optimized properties with regard to the contact between contact bridge 184 and contact 180 or 181.
  • the carrier layer 400 consists of a copper or a silver alloy or steel or bronze or brass.
  • the contact layer 403 it is provided that it consists of a copper, tin, gold or silver alloy or a metal-metal oxide composite material.
  • these are also made of electro-copper and have a hardness between 100 and 130 HV10.
  • edges 279 and 320 With respect to the edges 279 and 320, it is provided that this has a radius of ⁇ 0.3 mm. This leads to a "chisel effect", so that the edges 279 and 320 at the opposite contact interfering layers remove. Contacting properties are thereby significantly improved.
  • the edges 279 and 320 moreover have the advantage that ice layers formed by possible atmospheric moisture in the switch are broken on the contacts 180 and 181, respectively.
  • the corresponding metal sheet preferably has a thickness of between 1 and 4 mm.
  • a method for switching the electromagnetic switch 16 wherein it has two contacts 180 and 181, which are connected by a movable contact bridge 184.
  • a movable contact bridge 184 When contacting the contact bridge 184 with at least one of the two contacts 180 and 181 acts a scrape movement between the contact bridge 184 and the
  • the edge 279 serves to scrape on the surface of the contacts 180 and 181, thereby creating friction and ultimately converting energy.
  • the energy to be converted is the kinetic energy of the contact bridge 184 and the moving during the switching operation parts, such as the switching pin 177, the snap sleeve 241, compression spring 238, Guide collar 232, collar 223. This kinetic energy is generated by the switching pin 177, the snap sleeve 241, compression spring 238, Guide collar 232, collar 223. This kinetic energy is generated by the
  • Figure 21 A shows a side or sectional view of the contact bridge 184, which makes an electrical connection with the contact 180 of the bolt 151.
  • the contact 180 or its contact surface 300 has a corrugation (elevations), which is an annular corrugation 310.
  • This contact surface 300 or its corrugation is such that, in the cross-sectional view results in a wavy contour.
  • This corrugated contour may be, for example, a sinusoidal profile or a similar profile with a wave shape, i. H.
  • the corrugation shown here is an annular corrugation 310, that is to say the corrugated contour 303 or its "peaks and valleys" are in the example preferably oriented coaxially around the center line 306 of the pin 151. It is envisaged that the contact bridge 184 slides or rubs along an edge 420 of the wave-shaped contour 303 when switching or contacting with its outer areal section 276.
  • Flank here means that it is a flat section of the
  • the planar section of the wave-shaped contour 303 is preferably arranged in three spatial dimensions.
  • a contact surface between the surface 318 and the contact surface 300 resulting from the contact between the contact bridge 184 and the contact 180 is crescent-shaped, so that a width of the contact surface at its ends (crescent ends) is narrower than between the two ends. This leads to an easier release of the surface 318 and the surface of the contacts 180, 181 and thus to a slight release of possibly cohesive connection.
  • the sickle shape adjusts itself during the switching and normally becomes larger when the surface 318 slides over the contact surface 300. This is due to the self-adjusting rolling motion.
  • the surface 318 is always flatter in the course of the contacts 180, 181, so that the sickle shape is larger in the switching process.
  • the contact bridge 184, with its contact surface 180, 181 directed surface 318 on the wavy contour 303 perform a combined movement, which is both sliding and rolling. As a result, upon release of the surface 318 from the surface of the contact 180, 181 - especially when possibly welding the
  • FIG. 21B shows which general shape and position forms a common current transfer surface 500 (contact surface) between contact bridge 184 and contact 180.
  • the current transfer surface 500 (contact surface) has a sickle shape.
  • a minimum line 512 separates an inner edge 506 from an edge 420 (outer edge).
  • the current transition surface 500 may also intersect the arcuate maximum line 503, or be at its original position (eg, through wear). However, the largest part of the current transition surface 500 is still - viewed from the longitudinal axis 312 - beyond the maximum line 503 or beyond their original position.
  • the contact bridge 184 makes contact with the contact 180.
  • the contact 180 does not have an annular corrugation 310 with a plurality of corrugated contours 303, as in FIG. 21B, but also a contact 180, which is at least partially round, with a circular plateau 515 which extends radially outwards an at least partially round edge 420 (outer edge) drops.
  • a current transfer surface 500 (contact surface) having sickle shape is formed.
  • the contact 180 may also be provided with only one shaft in the outer region of the contact 180. Also in this case, as shown in Fig. 21B, a current transfer surface 500 (contact surface) having sickle shape is formed.
  • FIG. 22A shows a diagram in which, depending on a
  • Constriction ratio and a lever arm ratio the bending stress is shown in the constriction area.
  • the constriction area is the area of the contact bridge 184, which is the waisted shown in Figure 5
  • Section 293 corresponds. In principle, this applies to all in cross section
  • Constriction ratio V considered. V is the quotient of the width BE to the width B184. To avoid bouncing or to prevent and in friction,
  • Cross section 293 is greater than 20 N / mm2. Furthermore, the bending stress S should be less than 100N / mm 2. It is desirable for the necking ratio V to be less than or equal to 75%, preferably greater than 25%. A ratio between 70% and 35% has proven particularly favorable.
  • electromagnetic switch of a starting device 10 with two contacts 180, 181, which are electrically conductively connected to each other by a movable contact bridge 184, wherein when contacting the contact bridge 184 with at least one of the two contacts 180, 181 acts a scraping movement between the contact bridge 184 and a contact surface 300 of the at least one contact 180, 181, wherein the contact surface 300 has elevations lying substantially in one plane and the contact bridge 184 an outer planar portion 276th has, wherein the contact bridge 184 in a switching position with its outer flat portion 276 at a portion of the wavy contour 303 slides or rubs, which faces away from a central axis 315 of the switch 16.
  • the method is configured in such a way that the contact bridge 180 slides or rubs against an edge 420 of a wave-shaped contour 303, preferably an annular corrugation 310, when it makes contact with its outer planar section 276.
  • Thrust load also a tensile load.
  • the tensile load also a tensile load.

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  • Electromagnetism (AREA)
  • Contacts (AREA)

Abstract

Startvorrichtung mit einem elektromagnetischen Schalter (16), mit zwei Kontakten (180, 181), die durch eine bewegliche Kontaktbrücke (184) elektrisch leitfähig miteinander verbindbar sind, wobei zumindest einer der beiden Kontakte (180, 181) eine mit einem Kontaktbolzen (150, 151) verbundene Kontaktoberfläche (300) aufweist, wobei die Kontaktoberfläche (300) Erhebungen mit einer wellenförmigen Kontur (303) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die im wesentlichen in einer Ebene liegen und die Kontaktbrücke (184) einen äußeren flächigen Abschnitt (276) hat, wobei die Kontaktbrücke (184) in einer Schaltposition mit ihrem äußeren flächigen Abschnitt (276) an einem Abschnitt der wellenförmigen Kontur (303) gleitet bzw. reibt, der mit seiner Oberfläche von einer zentralen Achse (315) des Schalters (16) abgewandt ist, wobei die wellenförmigen Kontur (303) Teil einer Ringriffelung (310) ist und eine Stromübergangsfläche (500) zwischen der Fläche (318) und der Kontaktoberfläche (300) sichelförmig ist. Verfahren zum Schalten eines elektromagnetischen Schalters einer Startvorrichtung (10), mit zwei Kontakten (180, 181), die durch eine bewegliche Kontaktbrücke (184) elektrisch leitfähig miteinander verbunden werden, wobei beim Kontaktieren der Kontaktbrücke (184) mit zumindest einem der beiden Kontakte (180, 181) eine Reibbewegung zwischen der Kontaktbrücke (184) und einer Kontaktoberfläche (300) des zumindest einen Kontakts (180, 181) wirkt, wobei die Kontaktoberfläche (300) Erhebungen aufweist, die im wesentlichen in einer Ebene liegen und die Kontaktbrücke (184) einen äußeren flächigen Abschnitt (276) hat, wobei die Kontaktbrücke (184) in einer Schaltposition mit ihrem äußeren flächigen Abschnitt (276) an einem Abschnitt der wellenförmigen Kontur (303) gleitet bzw. reibt, der von einer zentralen Achse (315) des Schalters (16) abgewandt ist, wobei sich beim Gleiten eine Fläche (318) über die Kontaktoberfläche (300) eine Stromübergangsfläche (500) einstellt, die sichelförmig ist.

Description

Beschreibung Titel
Startvorrichtung mit einem elektromagnetischen Schalter sowie Verfahren zum Schalten des elektromagnetischen Schalters
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Startvorrichtung mit einem elektromagnetischen Schalter sowie ein Verfahren zum Betreiben des elektromagnetischen Schalters.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 195 49 179 AI ist ein
elektromagnetischer Schalter (Einrückrelais) für eine Startvorrichtung bekannt. Dieser Schalter weist zwei Kontakte auf, die dort als Kontaktbolzen bezeichnet sind. Beide Kontakte werden durch eine bewegliche Kontaktbrücke elektrisch leitfähig miteinander verbunden, um Strom vom Kontaktbolzen, der mit einem Pluspol einer Starterbatterie verbunden ist, zu einem Kontaktbolzen
weiterzuleiten und dadurch elektrisches Potential an einen Startermotor, der dort nicht näher gezeigt ist, zu führen. Aus der DE 10 2004 017 160 AI ist ein weiteres Relais für Startvorrichtungen bekannt. Dieses Relais weist eine sogenannte selbstfedernde Kontaktbrücke auf, bei der nach der Kontaktgabe zwischen Kontaktbrücke und den Gegenkontakten durch die Elastizität der Kontaktbrücke eine Querkraft zwischen der Kontaktbrücke bzw. deren
Oberfläche und den Gegenkontakten entsteht.
Demgegenüber soll die Kontaktierung zwischen Kontaktbrücke und
Gegenkontakten weiter verbessert werden.
Offenbarung der Erfindung Mit der vorgeschlagenen Lösung wird angestrebt, zwischen der Kontaktoberfläche der Kontakte und der Oberfläche der Kontaktbrücke eine schabende Bewegung zwischen den beiden Kontakt gebenden Oberflächen zu erzeugen und dadurch Verschmutzungen und anderes durch die
Schaltbewegung zu entfernen.
Kurze Beschreibungen der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Figuren näher erläutert: Es zeigen
Figur 1 eine Startvorrichtung in einem Längsschnitt,
Figur 2 einen Längsschnitt durch den elektromagnetischen Schalter gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
Figur 3 eine Seitenansicht einer Kontaktbrücke,
Figur 4 eine Draufsicht einer Kontaktbrücke,
Figur 5 drei verschiedene Querschnitte der Kontaktbrücke gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel aus den Figuren 3 und 4,
Figur 6 eine Draufsicht auf den Kontakt eines Bolzens,
Figur 7 eine Schnittdarstellung eines Kontakts eines Bolzens gemäß Figur 6,
Figur 8 eine Seitenansicht eines Kontaktbolzens 151 und einer Kontaktbrücke gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
Figur 9 eine zweite Seitenansicht des zweiten Ausführungsbeispiels gemäß Figur 8,
Figur 10 eine Seitenansicht eines dritten Ausführungsbeispiels,
Figur 11 ein viertes Ausführungsbeispiel eines Schalters mit einer anderen
Position der Kontaktbrücke,
Figur 12 prinzipiell ein fünftes Ausführungsbeispiel als Abwandlung des
Ausführungsbeispiels nach Figur 2,
Figur 13 ein sechstes Ausführungsbeispiel einer Paarung von Kontaktbolzen mit einer Kontaktbrücke,
Figur 14 ein siebtes Ausführungsbeispiel einer Paarung von Kontaktbrücke und Kontaktbolzen, Figur 15 ein achtes Ausführungsbeispiel einer Paarung aus einer Kontaktbrücke und zwei Kontaktbolzen,
die Figur 16 und die Figur 17 zeigen je ein alternatives Ausführungsbeispiel einer Kontaktbrücke,
Figur 18 und Figur 19 zwei weitere Alternativen für Kontaktbrücken,
Figur 20 zeigt eine Schnittdarstellung einer hier prinzipiell dargestellten
Kontaktbrücke,
Figur 21A eine Seitenansicht bzw. Schnittdarstellung einer weiteren besonders vorteilhaften Kombination aus Kontaktbrücke und Kontaktoberfläche,
Figur 21B eine Ansicht einer Stromübergangsfläche zwischen Kontaktbrücke und
Kontakt,
Figur 21C eine Seitenansicht bzw. Schnittdarstellung einer weiteren vorteilhaften Kombination aus Kontaktbrücke und Kontaktoberfläche,
Figur 22A ein Diagramm, in dem Abhängigkeiten verschiedener Parameter dargestellt sind,
Figur 22B eine halbe Kontaktbrücke mit verschiedenen Maßen, die für Figur 21A von Bedeutung sind.
Ausführungsformen der Erfindung
Figur 1 zeigt eine Startvorrichtung in einem Längsschnitt. In der Figur 1 ist eine Startvorrichtung 10 dargestellt. Diese Startvorrichtung 10 weist beispielsweise einen Startermotor 13 und einen elektromagnetischen Schalter 16 auf, der hier als Einrückrelais gestaltet ist. Der Startermotor 13 und der Schalter 16 sind an einem gemeinsamen Antriebslagerschild 19 befestigt. Der Startermotor 13 dient funktionell dazu, ein Andrehritzel 22 anzutreiben, wenn es im Zahnkranz 25 der hier nicht dargestellten Brennkraftmaschine eingespurt ist. Der Startermotor 13 weist als Gehäuse ein Polrohr 28 auf, das an seinem
Innenumfang Polschuhe 31 trägt, die jeweils von einer Erregerwicklung 34 umwickelt sind. Statt einer elektrischen Erregung kommt auch eine
permanentmagnetische Erregung des Ständers in Frage. Die Polschuhe 31 umgeben wiederum einen Anker 37, der ein aus Lamellen 40 aufgebautes Ankerpaket 43 und eine in Nuten 46 angeordnete Ankerwicklung 49 aufweist. Das Ankerpaket 43 ist auf eine Antriebswelle 44 aufgepresst. An dem dem Andrehritzel 22 abgewandten Ende der Antriebswelle 44 ist des weiteren ein Kommutator 52 angebracht, der u.a. aus einzelnen Kommutatorlamellen 55 aufgebaut ist. Die Kommutatorlamellen 55 sind in bekannter Weise mit der Ankerwicklung 49 derartig elektrisch verbunden, dass sich bei Bestromung der
Kommutatorlamellen 55 durch Kohlebürsten 58 eine Drehbewegung des Ankers 37 im Polrohr 28 ergibt. Eine zwischen dem Einspurrelais 16 und dem
Startermotor 13 angeordnete Stromzuführung 61 versorgt im Einschaltzustand sowohl die Kohlebürsten 58 als auch die Erregerwicklung 34 mit Strom. Die Antriebswelle 44 ist kommutatorseitig mit einem Wellenzapfen 64 in einem
Gleitlager 67 abgestützt, welches wiederum in einem Kommutatorlagerdeckel 70 ortsfest gehalten ist. Der Kommutatordeckel 70 wiederum wird mittels Zuganker 73, die über den Umfang des Polrohrs 28 verteilt angeordnet sind (Schrauben, beispielsweise 2, 3 oder 4 Stück) im Antriebslagerschild 19 befestigt. Es stützt sich dabei das Polrohr 28 am Antriebslagerschild 19 ab, und der
Kommutatorlagerdeckel 70 am Polrohr 28.
In Antriebsrichtung schließt sich an den Anker 37 ein sogenanntes Sonnenrad 80 an, das Teil eines Planetengetriebes 83 ist. Das Sonnenrad 80 ist von mehreren Planetenrädern 86 umgeben, üblicherweise drei Planetenräder 86, die mittels
Wälzlager 89 auf Achszapfen 92 abgestützt sind. Die Planetenräder 86 wälzen in einem Hohlrad 95 ab, das im Polrohr 28 außenseitig gelagert ist. In Richtung zur Abtriebsseite schließt sich an die Planetenräder 86 ein Planetenträger 98 an, in dem die Achszapfen 92 aufgenommen sind. Der Planetenträger 98 wird wiederum in einem Zwischenlager 101 und einem darin angeordneten Gleitlager
104 gelagert. Das Zwischenlager 101 ist derartig topfförmig gestaltet, dass in diesem sowohl der Planetenträger 98, als auch die Planetenräder 86
aufgenommen sind. Des Weiteren ist im topfförmigen Zwischenlager 101 das Hohlrad 95 angeordnet, das letztlich durch einen Deckel 107 gegenüber dem Anker 37 geschlossen ist. Auch das Zwischenlager 101 stützt sich mit seinem
Außenumfang an der Innenseite des Polrohrs 28 ab. Der Anker 37 weist auf dem vom Kommutator 52 abgewandten Ende der Antriebswelle 44 einen weiteren Wellenzapfen 110 auf, der ebenfalls in einem Gleitlager 113 aufgenommen ist, ab. Das Gleitlager 113 wiederum ist in einer zentralen Bohrung des
Planetenträgers 98 aufgenommen. Der Planetenträger 98 ist einstückig mit der Abtriebswelle 116 verbunden. Diese Abtriebswelle 116 ist mit ihrem vom
Zwischenlager 101 abgewandten Ende 119 in einem weiteren Lager 122, welches im Antriebslagerschild 19 befestigt ist, abgestützt. Die Abtriebswelle 116 ist in verschiedene Abschnitte aufgeteilt: So folgt dem Abschnitt, der im Gleitlager 104 des Zwischenlagers 101 angeordnet ist, ein Abschnitt mit einer sogenannten
Geradverzahnung 125 (Innenverzahnung), die Teil einer sogenannten Wellen- Nabe-Verbindung ist. Diese Welle-Nabe-Verbindung 128 ermöglicht in diesem Fall das axial geradlinige Gleiten eines Mitnehmers 131. Dieser Mitnehmer 131 ist ein hülsenartiger Fortsatz, der einstückig mit einem topfförmigen Außenring 132 des Freilaufs 137 ist. Dieser Freilauf 137 (Richtgesperre) besteht des
Weiteren aus dem Innenring 140, der radial innerhalb des Außenrings 132 angeordnet ist. Zwischen dem Innenring 140 und dem Außenring 132 sind Klemmkörper 138 angeordnet. Diese Klemmkörper 138 verhindern in
Zusammenwirkung mit dem Innen- und dem Außenring eine Relativdrehung zwischen dem Außenring und dem Innenring in einer zweiten Richtung. Mit anderen Worten: Der Freilauf 137 ermöglicht eine Relativbewegung zwischen Innenring 140 und Außenring 132 nur in eine Richtung. In diesem
Ausführungsbeispiel ist der Innenring 140 einstückig mit dem Andrehritzel 22 und dessen Schrägverzahnung 143 (Außenschrägverzahnung) ausgeführt.
Der Vollständigkeit halber sei hier noch auf den Einspurmechanismus
eingegangen (Fig. 1 und Fig. 2). Der Schalter 16 weist einen Bolzen 150 auf, der einen elektrischen Kontakt 181 trägt und der an den Pluspol einer elektrischen Starterbatterie, die hier nicht dargestellt ist, angeschlossen ist. Dieser Bolzen 150 und auch ein Bolzen 151 ist durch einen Relaisdeckel 153 hindurchgeführt.
Dieser Relaisdeckel 153 schließt ein Relaisgehäuse 156 ab, das mittels mehrerer Befestigungselemente 159 (Schrauben) am Antriebslagerschild 19 befestigt ist. Im Schalterl6 ist weiterhin eine Einzugswicklung 162 und eine sogenannte Haltewicklung 165 angeordnet. Die Einzugswicklung 162 und die Haltewicklung 165 bewirken beide jeweils im eingeschalteten Zustand ein elektromagnetisches
Feld, welches sowohl das Relaisgehäuse 156 (aus elektromagnetisch leitfähigem Material), einen linear beweglichen Anker 168 und einen Ankerrückschluss 171 durchströmt. Der Anker 168 trägt eine Schubstange 174, die beim linearen Einzug des Ankers 168 in Richtung zu einem Schaltbolzen 177 bewegt wird. Mit dieser Bewegung der Schubstange 174 zum Schaltbolzen 177 wird dieser aus seiner Ruhelage in Richtung zum Kontakt 181 und einem Kontakt 180 bewegt, so dass eine am zu den Kontakten 180 und 181 Ende des Schaltbolzens 177 angebrachte Kontaktbrücke 184 beide Kontakte 180 und 181 elektrisch miteinander verbindet. Dadurch wird vom Bolzen 150 elektrische Leistung über die Kontaktbrücke 184 und den Bolzen 151 hinweg zur Stromzuführung 61 und damit zu den Kohlebürsten 58 geführt. Der Startermotor 13 wird dabei bestromt.
Der Schalterl6 bzw. der Anker 168 hat aber darüber hinaus auch die Aufgabe, mit einem Zugelement 187 einen dem Antriebslagerschild 19 drehbeweglich angeordneten Hebel zu bewegen. Dieser Hebel 190, üblicherweise als
Gabelhebel ausgeführt, umgreift mit zwei hier nicht dargestellten„Zinken" an ihrem Außenumfang zwei Scheiben 193 und 194, um einen zwischen diesen eingeklemmten Mitnehmerring 197 zum Freilauf 137 hin gegen den Widerstand der Feder 200 zu bewegen und dadurch das Andrehritzel 22 in dem Zahnkranz 25 einzuspuren.
Die Figur 2 zeigt des Weiteren eine Kontaktlösefeder 220, die nach der
Stromabschaltung bezüglich Haltewicklung 165 die Kontaktbrücke 184 in ihre Ausgangsstellung zurückdrückt. Die Kontaktlösefeder 220 drückt hierzu gegen einen Bund 223, der auf dem Schaltbolzen 177 sitzt. Die Kontaktbrücke 184 weist in ihrem Zentrum ein Loch 226 auf, mit dem sich die Kontaktbrücke 184 an einem Hülsenabschnitt 229 eines axial beweglichen Führungskragens 232 abstützt. Dieser Führungskragen 232 weist zwischen seiner Außenkontur und dem Schaltbolzen 177 einen im Wesentlichen zylindrischen Hohlraum 235 auf, in dem sich wiederum eine Druckfeder 238 abstützt. Diese Druckfeder 238 stützt sich an dem von der Kontaktbrücke 184 abgewandten Ende des Schaltbolzens 177 an einer Schnapphülse 241 ab, die sich mit Schnappelementen 244 in einer Nut 247 ortsfest hält. Zwischen dem Anker 168 und dem Ankerrückschluss 171 wirkt um die Schnapphülse 241 herum eine weitere Druckfeder 250.
In Figur 3 ist eine Seitenansicht der Kontaktbrücke 184 dargestellt. Diese Kontaktbrücke 184 zeigt einen zentralen flächigen Abschnitt 270, der in seiner Mitte das Loch 226 aufweist (Figur 4). Von diesem zentralen flächigen Abschnitt 270, der senkrecht zum Schaltbolzen 177 steht, schließen sich radial von der Mitte des Lochs 226 ausgehend nach außen und damit an sich vom Schaltbolzen 177 wegweisend zunächst ein äußerer flächiger Abschnitt 273 an. Diametral diesem ersten äußeren flächigen Abschnitt 273 entgegengesetzt ist ein zweiter äußerer flächiger Abschnitt 276 angeordnet. Beide äußeren flächigen Abschnitte 273 und 276 weisen eine in etwa kreisförmige Kontur auf. Gegenüber dem zentralen flächigen Abschnitt 270 sind beide äußeren flächigen Abschnitte 273 und 276 um den Winkel α ausgelenkt. Dieser Winkel α hat vorzugsweise einen Wert zwischen 1° und 15°, wobei 5° bevorzugt werden. Die äußeren flächigen Abschnitte 273 und 276 weisen an ihrer vom Mittelpunkt des Lochs 226 am weitesten entfernten Stelle eine Kante 279 auf.
Als spezielles Ausführungsbeispiel ist für die Kontaktbrücke 184 vorgesehen, dass diese aus sogenanntem Elektrokupfer besteht (E-Cu57). Des Weiteren ist vorgesehen, dass der Winkel α gleich 5° ist, die Härte des Materials zwischen 100 bis 130 HV 10 aufweist (Härtemessverfahren nach Vickers). Für die
Materialstärke d sind 2mm vorgesehen. Die Länge L der Kontaktbrücke 184 ist so gewählt, dass die Kontaktierung der Kanten 279 auf den Kontakten 180 bzw. 181 erfolgt. Die Steifigkeit der Kontaktbrücke 184 liegt zwischen 150 N/mm und 250 N/mm.
In der Figur 5 sind drei verschiedene Querschnitte der Kontaktbrücke 184 dargestellt. Der untere Teil der Figur 5 zeigt den breitesten Querschnitt 290 an der breitesten Stelle des äußeren flächigen Abschnitts 273. Der mittlere Teil der Figur 5 zeigt den Querschnitt 293 an der Übergangsstelle zwischen äußerem flächigen Abschnitt 273 und zentralem flächigen Abschnitt 270. An dieser Stelle ist die Kontaktbrücke 184 tailliert. Der oberste Bereich der Figur 5 zeigt den Querschnitt 296, der in zwei Teilflächen 297 geteilt ist. Der Querschnitt B-B zeigt den Querschnitt 296, der an der breitesten Stelle der Kontaktbrücke 184 auftritt und gleichzeitig zentral durch das Loch 226 geschnitten ist. Die Figuren 2, 3, 4, 5 zeigen demgemäß, dass die Kontaktbrücke 184 mittels eines Schaltbolzens 177 in einem Lager in der Gestalt eines Führungskragens 232 geführt ist und die Kontaktbrücke 184 zwischen dem Schaltbolzen 177 und der Kante 279 einen Bereich mit dem größten Querschnitt 290 und zwischen dem Bereich mit dem größten Querschnitt 290 und dem Schaltbolzen 177 einen Bereich verringerten Querschnitts 293 aufweist. Bezüglich der unterschiedlichen Querschnitte 290, 293 und 297 ist vorgesehen, dass für die Summe der Querschnitte 297 gelten soll, dass diese größer oder gleich dem Querschnitt 293 sind. Figur 6 zeigt eine Draufsicht auf den Kontakt 180 des Bolzens 151. Wie dort zu erkennen ist, ist der dort dargestellte Bolzen 151 mit einem Kontakt 180 ausgestattet, dessen Kontaktoberfläche 300 eine Riffelung aufweist, die eine Ringriffelung 310 (Erhebungen) ist. Diese Kontaktoberfläche 300 bzw. deren Riffelung ist dergestalt, dass sich, wie in Figur 7 dargestellt, in der
Querschnittsansicht eine gewellte Kontur ergibt. Diese gewellte Kontur kann beispielsweise ein sinusförmiges Profil oder ein ähnliches Profil mit Wellengestalt sein, d. h. eines mit„Tälern und Bergen" sein. Die hier dargestellte Riffelung ist eine Ringriffelung 310, d. h. die gewellte Kontur 303 bzw. deren„Berge und Täler" sind im Beispiel koaxial um die Mittellinie 306 des Bolzens 151 orientiert.
Im Rahmen des zweiten Ausführungsbeispiels, Figur 8 und folgende, ist eine Kontaktbrücke 184, wie sie aus Figur 4 bekannt ist, mit einem Kontaktbolzen 151 gepaart, dessen Kontaktoberfläche 300 nicht aus einer Ringriffelung 310 besteht, sondern aus einer Geradriffelung 309, Figur 8. Die in Figur 8 eingezeichnete Schnittlinie IX-IX ist in Figur 9 dargestellt. Dementsprechend ist dort der Schnitt durch den Kontaktbolzen 151, den dazugehörigen Bolzenkopf 152 und den Kontakt 180 gezeigt. Wie dort im Schnitt dargestellt ist, erkennt man dort die Geradriffelung 309, auf der die Kante 279 der Kontaktbrücke 184 angeordnet ist. Mit Bezug zur Figur 8 ist dort eingezeichnet, wie verschiedene Abschnitte beim
Schalten, d. h. Kontaktieren zwischen Kontaktbrücke 184 und dem Kontakt 180 bewegt werden. So zeigt der Pfeil am rechten Rand der Figur 8 mit der
Bezeichnung V184 die Geschwindigkeit, d. h. die Bewegung der Kontaktbrücke
184 zur Herstellung des Kontakts zwischen Kontakt 180 und Kontaktbrücke 184. Nach dem Auftreffen der Kante 279 auf dem Kontakt 180 bewegt sich die Kante
279 durch die Bewegung der Kontaktbrücke 184 und den Neigungswinkel α zwischen dem äußeren flächigen Abschnitt 273 und dem zentralen flächigen
Abschnitt 270 in einer kurzen Bewegung in Richtung des Pfeils mit der
Bezeichnung V279. Mit Bezug zu Figur 9 bedeutet dies ein Gleiten der Kante 279 in Richtung zum Betrachter auf der Geradriffelung 209. Das erste Ausführungsbeispiel und auch das zweite Ausführungsbeispiel zeigen einen elektromagnetischen Schalter 16 für eine Startvorrichtung 10, wobei dieser elektromagnetische Schalter 16 zwei Kontakte 180 und 181 aufweist, die durch eine bewegliche Kontaktbrücke 184 elektrisch leitfähig miteinander verbindbar sind. Es ist dabei vorgesehen, dass zumindest einer der beiden Kontakte 180 bzw. 181 vorzugsweise eine mit einem Kontaktbolzen 151 bzw. 150 fest verbundene Kontaktoberfläche 300 aufweist. Dabei weist die Kontaktoberfläche 300 Erhebungen auf, die vorzugsweise im Wesentlichen in einer Ebene liegen. Ein elektrischer Kontakt zwischen Kontaktbrücke 184 und der Kontakt gebenden Kante 279 der Kontaktbrücke 184 ist so angeordnet, dass diese ab dem
Auftreffen auf der Kontaktoberfläche 300 im Wesentlichen eine
Mehrfachpunktberührung zwischen Kontakt 180, 181 und Kontaktbrücke 184 ermöglicht. Je nach Orientierung der Geradriffelung 309 bzw. Relativlage der einzelnen Erhebungen der Geradriffelung 309 zur Kante 279 kann zunächst auch nur eine Einfach-Punktberührung zwischen Kontakt 180 bzw. 181 und
Kontaktbrücke 184 möglich sein.
Die Geradriffelung 309 soll idealerweise als sinusförmige Längsriffelung ausgeführt sein. Bezüglich der Zusammenwirkung von Kontakt 180 bzw. 181 und der Kontaktbrücke 184 soll gelten, dass die Härte des Kontakts 180 bzw. 181 kleiner oder gleich wie Härte der Kontaktbrücke 184 ist. Damit soll sichergestellt sein, dass nicht die Kontaktbrücke 184, sondern die Kontakte 180 bzw. 181 verschleißen.
Figur 10 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel aus einer Kontaktbrücke 184, wie sie aus Figur 4 bekannt ist und einem Kontakt 180, dessen Kontaktoberfläche 300 zumindest im Wesentlichen eben ist. Die Kontaktbrücke 184 bewegt sich wie im Ausführungsbeispiel nach Figur 8 entsprechend. D. h. die Kante 279 bewegt sich quer zur eingezeichneten Längsachse 312 des Kontaktbolzens 151. Dabei schabt die Kante 279 entlang der Kontaktoberfläche 300. Makroskopisch betrachtet ergibt sich für die Berührungsfläche zwischen Kontaktbrücke 184 und der Kontaktoberfläche 300 eine Linienform. Das Ausführungsbeispiel nach Figur 10 zeigt dementsprechend einen elektromagnetischen Schalter 16 für eine Startvorrichtung 10 mit zwei Kontakten 180, 181, die durch eine bewegliche Kontakt- Brücke 184 elektrisch leitfähig miteinander verbunden werden, wobei zumindest einer der beiden Kontakte 180 oder 181 vorzugsweise eine mit einem Kontaktbolzen 151 fest verbundene Kontaktoberfläche 300 aufweist. Es ist dabei vorgesehen, dass die
Kontaktoberfläche 300 zumindest im Wesentlichen eben ist und eine elektrischen Kontakt zwischen Kontaktbrücke 184 und Kontakt 180, 181 gebende Kante 279 der Kontaktbrücke 184 so angeordnet ist, dass diese ab dem Auftreffen auf der Kontaktoberfläche 300 im Wesentlichen eine Linienberührung zwischen Kontakt 180, 181 und Kontaktbrücke 184 ermöglicht.
Anhand von Figur 8 kann eine weitere Definition für die Art und Weise, wie hier die Kontaktbrücke 184 und der Kontakt 180 bzw. der Kontakt 180 und der äußere flächige Abschnitt 276 zueinander orientiert sind, angegeben werden. So kann zwischen dem äußeren flächigen Abschnitt 276 und der Längsachse 312 des Kontaktbolzens 151 ein Winkel ß angegeben werden, der beispielsweise in der Ebene liegt, die durch die Längsachse 312 und die zentrale Achse des Loches 226 (Figur 4) gebildet ist. Diese zentrale Achse des Loches 226 hat die
Bezeichnung 315 und deckt sich mit der Bewegungsachse des Schaltbolzens 177, siehe auch Figur 2.
Gemäß dieser Definition ist ein elektromagnetischer Schalter 16 für eine
Startvorrichtung 10 vorgesehen, mit zwei Kontakten 180 und 181, die durch eine bewegliche Kontaktbrücke 184 elektrisch leitfähig miteinander verbunden werden, wobei zumindest einer der beiden Kontakte 180 oder 181 vorzugsweise eine mit einem Kontaktbolzen 151, 150 fest verbundene Kontaktoberfläche 300 aufweist, wobei eine zum Kontakt 180 gerichtete Fläche 318 der Kontaktbrücke 184 und einer Längsachse 312 eines Kontaktbolzens 151 zwischen sich einen zu einer zentralen Achse 315 des Schalters 16 gerichteten Winkel ß einschließen, der größer als 90° ist. Diese Definition gilt für die Ruhestellung bzw. bis zu der Position der Schaltbrücke 184, in der die Kontaktbrücke 184 die Oberfläche 300 gerade nicht bzw. kraftlos berührt. Bezüglich des Winkels ß ist vorgesehen, dass dieser zwischen 91° und 105°, vorzugsweise um 95° beträgt. In Figur 11 ist ein viertes Ausführungsbeispiel eines Schalters 16 dargestellt. Da sich die Einzelheiten des Schalters nach Figur 11 von denen des Schalters gemäß Figur 2 nur in wenigen Einzelheiten unterscheiden, ist nur auf diese Unterschiede nachfolgend eingegangen.
Während die Kontaktbrücke 184 gemäß Figur 2 äußere flächige Abschnitte 276 bzw. 273 aufweist, die in Richtung zu den Kontakten 180 bzw. 181 geneigt bzw. gebogen sind, so sind die äußeren flächigen Abschnitte 276 und 273 der Kontaktbrücke 184 nicht zu den Kontakten 180 bzw. 181 geneigt, sondern von diesen weggeneigt. Der Neigungswinkel α weist dementsprechend verglichen mit dem Ausführungsbeispiel nach Figur 2 und dem zentralen flächigen Abschnitt 270 ein anderes Vorzeichen auf. Der Winkel ß ist hier definiert als Winkel, der zwischen der zum Kontakt 180 gerichteten Fläche 318 der Kontaktbrücke 184 und einer Längsachse 312 eines Kontaktbolzens 151 angeordnet ist. Der Winkel ß ist dabei derartig orientiert, dass dieser in einer Ebene liegt, die aus der
Längsachse 312 und der zentralen Achse 315 gebildet ist. Der Winkel ß ist dabei nach radial außen gerichtet und ist größer als 90°. Bezüglich des Winkels ß ist vorgesehen, dass dieser zwischen 91° und 120° beträgt. Auch diese
Größenangabe bezieht sich auf die Lage der Kontaktbrücke 184 in Ruhestellung, bzw. bevor diese die Kontaktoberfläche 180 berührt. Im Beispiel gemäß Figur 11 sind beispielsweise die Kontakte 180 bzw. 181 derartig gestaltet, dass diese eine Kante 320 aufweisen, die ab dem Moment, in dem die Kontaktbrücke 184 auf die Kontaktoberfläche 300 auftrifft, eine Relativbewegung quer zur zentralen Achse 315 zwischen Kontaktbrücke 184 und Kontakt 180 bzw. 181 bewirkt. In diesem Fall schabt eine Kante 320 des Kontakts 180 bzw. 181 an der Kontaktbrücke
184.
Bezüglich des Winkels α ist vorgesehen, dass dieser einen Wert zwischen -1° und -30° aufweist. Die Wahl des Winkels ist dabei abhängig vom Reibwert zwischen den Kontaktpartnern. Hier gilt für den Fall, dass es sich um einen hohen Reibwert handelt, dass der Winkel eher kleiner sein kann, während bei niedrigen Reibwerten der Winkel eher groß ist.
Das fünfte Ausführungsbeispiel gemäß Figur 12 zeigt in prinzipieller Darstellung zwei Kontaktbolzen 150 und 151, die mit ihren Kontaktoberflächen 300 zu den äußeren flächigen Abschnitten 273 und 276 orientiert sind. Die Länge der Kontaktbrücke 184 quer zur zentralen Achse 315 ist dabei größer als der äußerste Abstand der beiden Kontaktbolzen 151 bzw. 150 zueinander. Die äußeren flächigen Abschnitte 273 bzw. 276 schaben demnach nicht mit einer ihrer Kanten gegen die Oberflächen 300 der Kontaktbolzen 150 bzw. 151. In diesem Fall ist es so, dass die Kontaktbrücke 184 gegen scharfe Kanten 330 der Kontakte 180 bzw. 181 schaltet.
In Abwandlung des Ausführungsbeispiels nach Figur 12 schaltet die
Kontaktbrücke 184 gemäß Figur 13 nicht gegen äußerste Kanten der
Kontaktbolzen 151 bzw. 150, sondern gegen abgewinkelte Kanten 333.
In Figur 14 ist ein siebtes Ausführungsbeispiel einer Paarung von Kontaktbrücke 184 und Kontaktbolzen 151 bzw. 150 dargestellt. Dieses siebte
Ausführungsbeispiel ist eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels nach Figur 13 und unterscheidet sich von diesem dadurch, dass die Kontaktbrücke 184 nicht mehr über die äußersten Konturen der beiden Kontaktoberflächen 300 bzw. Kontaktbolzen 151 bzw. 150 ragt. Auch hier schaltet die Kontaktbrücke 184 gegen eine abgewinkelte Kante 333 der Kontaktbolzen 150 bzw. 151.
In Figur 15 ist ein weiteres, achtes Ausführungsbeispiel einer Paarung aus einer Kontaktbrücke 184 und zwei Kontaktbolzen 150 bzw. 151 dargestellt. Beide Kontaktbolzen 151 bzw. 150 weisen im Bereich ihrer Bolzenköpfe 152 zueinander gerichtet zwei Abschrägungen 336 auf. Diese beiden Abschrägungen 336 sind zwar im Wesentlichen zueinander gerichtet, jedoch nicht zueinander parallel. Eine Kontaktbrücke 184 ist vorhanden, deren Länge kürzer ist als der größte Abstand der Abschrägungen 336 zueinander, aber größer als der kleinste Abstand der beiden Abschrägungen 336 zueinander. In diesem
Ausführungsbeispiel schabt eine Kante 279 der äußeren flächigen Abschnitte 273 bzw. 276 an den Abschrägungen 336.
In Figur 16 ist eine Kontaktbrücke 184 in einem weiteren alternativen
Ausführungsbeispiel dargestellt. Auch diese Kontaktbrücke weist einen zentralen flächigen Abschnitt 270 und zwei äußere flächige Abschnitte 273 bzw. 276 auf. Der zentrale flächige Abschnitt 270 weist in seiner Mitte ebenfalls ein Loch 226 auf. Die Kanten 279 sind im Gegensatz beispielsweise zum Ausführungsbeispiel nach Figur 3 und Figur 4 nicht rund ausgeführt, sondern gerade. Die äußeren flächigen Abschnitte 273 bzw. 279 sind analog zum Ausführungsbeispiel nach Figur 3 und Figur 4 ebenfalls mit einem Winkel α zum zentralen flächigen Abschnitt 270 gezeigt.
Alternativ zur Ausführung gemäß Figur 16 kann, wie in Figur 17 dargestellt, die Kontaktbrücke 184 zwei äußere flächige Abschnitte 273 bzw. 276 aufweisen, die im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel nach Figur 16 derartig geschlitzt sind, dass die jeweiligen flächigen Abschnitte als zwei Fahnen 340 gestaltet sind. Statt der Bezeichnung Fahnen wäre beispielsweise auch die Bezeichnung
Blechlappen geeignet.
Figur 18 zeigt eine Kontaktbrücke 184, die im Wesentlichen rechteckig gestaltet ist. Sie weist wiederum einen zentralen flächigen Abschnitt 270 und zwei äußere flächige Abschnitte 276 und 273 auf. Zentral im flächigen Abschnitt 270 ist wiederum ein Loch 226 angeordnet. Während in Figur 18a eine Draufsicht zu erkennen ist, ist in Figur 18b eine Schnittansicht der Kontaktbrücke 184 dargestellt. Diese Schnittansicht zeigt die Abwinklung der äußeren flächigen Abschnitte 273 und 276 um den Winkel a. Zur Beeinflussung bzw. Steigerung der Nachgiebigkeit der äußeren flächigen Abschnitte 273 und 276 sind diese über Kerben 350 mit dem zentralen flächigen Abschnitt 270 verbunden. Die Kerben können, wie hier im Beispiel, beidseitig der Fläche der Kontaktbrücke 184 angeordnet sein, aber auch gegebenenfalls alternativ einseitig. Diese Kerben 350 sind hier als halbkreisförmige Sicken zur Verringerung des Querschnitts und Verringerung der Biegesteifigkeit der Kontaktbrücke 184 ausgeführt.
Gemäß der Darstellung in Figur 19a und 19b ist eine weitere Kontaktbrücke 184 in einer Draufsicht und einer Schnittdarstellung dargestellt. Die Einschnürungen zur Verringerung des Querschnitts bzw. Verringerung der Biegesteifigkeit der
Kontaktbrücke 184 müssen nicht, wie gemäß in Figur 18 dargestellt, an der Außenkontur eingebracht werden. Es können auch Aussparungen in die vorzugsweise rechteckig ausgebildete Kontaktbrücke 184 eingebracht werden. In Figur 19 sind beispielhaft zwei kreisförmige Aussparungen 353 dargestellt, die den Querschnitt verringern. Die Aussparungen können eine beliebige Form haben, z. B. rechteckig oder abgerundet ausgeführt sein.
In der Figur 20 ist eine Kontaktbrücke 184 im Längsschnitt dargestellt. Diese Kontaktplatte weist wiederum einen zentralen flächigen Abschnitt 270 sowie zwei äußere flächige Abschnitte 273 und 276 auf. Der zentrale flächige Abschnitt 270 hat wiederum ein Loch 226, wie es die vorhergehenden Ausführungsbeispiele für Kontaktbrücken 184 ebenfalls aufweisen. Diese Kontaktbrücke 184 besteht aus mehreren Schichten. Eine erste Schicht ist eine Trägerschicht 400 und eine auf dieser Trägerschicht 400 befestigte zweite Schicht ist eine Kontaktschicht 403. bei der hier ausgeführten Kontaktbrücke 184 sind durch die Ausbildung der Kontaktbrücke 184 aus mehreren Schichten die Eigenschaften optimiert. So weist die erste Schicht, nämlich die Trägerschicht 400, günstige Eigenschaften als haltendes, Stabilität und Elastizität gebendes Element auf. Dagegen hat die Kontaktschicht 403 hinsichtlich der Kontaktgabe zwischen Kontaktbrücke 184 und Kontakt 180 bzw. 181 optimierte Eigenschaften. Es ist vorgesehen, dass die Trägerschicht 400 aus einer Kupfer- oder einer Silberlegierung oder Stahl oder Bronze oder Messing besteht. Für die Kontaktschicht 403 ist vorgesehen, dass diese aus einer Kupfer-, Zinn-, Gold- oder Silberlegierung oder einem Metall- Metalloxid- Verbundwerkstoff besteht.
Für die Kontakte 180 bzw. 183 der Kontaktbolzen 151 bzw. 150 soll im
Allgemeinen gelten, dass diese ebenfalls aus Elektrokupfer bestehen und eine Härte zwischen 100 und 130 HV10 aufweisen.
Durch die Form der Kontaktbrücke 184 beispielsweise nach Figur 4
CEinschnürung"), Figur 16, Figur 17, Figur 18 und Figur 19 wird die
Federsteifigkeit gegenüber bisher bekannten Kontaktbrücken verringert. Dies führt zu einer größeren elastischen Verformung beim Verbinden der Kontakte 180 bzw. 181 mit den bereits beschriebenen Vorteilen erhöhter Dämpfung und der Zerstörung einer entstandenen Oxidschicht.
Bezüglich der Kanten 279 bzw. 320 ist vorgesehen, dass diese einen Radius von <0,3mm aufweist. Dies führt zu einem„Meißel- Effekt", so dass die Kanten 279 bzw. 320 beim jeweils gegenüberliegenden Kontakt störende Schichten entfernen. Kontaktierungseigenschaften werden dadurch erheblich verbessert. Im Bereich der Kanten 279 bzw. 320 kommt es hier vorzugsweise zu einer Flächen- bzw. linienmäßig sehr kleinen stoffschlüssigen Verbindung aufgrund von Einschaltlichtbögen. Durch Aufreißen dieser stoffschlüssigen Verbindungen erfährt die jeweilige Kante 279 bzw. 320 eine immer wieder neue Schärfung, wodurch auch nach wiederholtem Schalten Kennlinien oder Punktkontakt zwischen Kante und Gegenkontakt bestehen bleibt. Die Kanten 279 und 320 haben darüber hinaus den Vorteil, dass durch eventuelle Luftfeuchtigkeit im Schalter gebildete Eisschichten auf den Kontakten 180 bzw. 181 durchbrochen werden.
Bezüglich der Materialstärke der Kontaktbrücke 184 ist im Allgemeinen vorgesehen, dass das entsprechende Blech vorzugsweise eine Stärke zwischen 1 und 4mm aufweist.
Des Weiteren ist ein Verfahren zum Schalten des elektromagnetischen Schalters 16 vorgesehen, wobei dieser zwei Kontakte 180 bzw. 181 aufweist, die durch eine bewegliche Kontaktbrücke 184 verbunden werden. Beim Kontaktieren der Kontaktbrücke 184 mit zumindest einem der beiden Kontakte 180 bzw. 181 wirkt eine Schabebewegung zwischen der Kontaktbrücke 184 und der
Kontaktoberfläche 300 des Kontakts 181 bzw. 180. Entweder gleitet die
Kontaktbrücke mit ihrer Oberfläche in Gestalt einer Kante 279 über die
Kontaktoberfläche 300 des Kontakts 180 bzw. 181, oder die Kontaktoberfläche 300 des Kontakts 180 bzw. 181 mit ihrer Oberflächengestalt einer Kante 320 gleitet über die Kontaktbrücke 184. Eine eventuelle stoffschlüssige Verbindung zwischen der Kontaktbrücke 184 und den Kontakten 180 bzw. 181 soll im Lösefall durch eine Schubkraftbelastung in der stoffschlüssigen Verbindung (Verschweißung) gelöst werden. Die Schubkraftbelastung wirkt in der
Stromübergangsfläche 500.
Die Kante 279 dient dazu, auf der Oberfläche der Kontakte 180 und 181 zu schaben bzw. zu scheuern, dadurch Reibung zu erzeugen und letztlich Energie umzuwandeln. Die umzuwandelnde Energie ist die Bewegungsenergie der Kontaktbrücke 184 und der während des Schaltvorgangs bewegten Teile, wie beispielsweise der Schaltbolzen 177, die Schnapphülse 241, Druckfeder 238, Führungskragen 232, Bund 223. Diese Bewegungsenergie wird durch die
Reibung der Kontaktbrücke 184 auf den Kontakten 180 und 181 die
Bewegungsenergie soweit abbauen, dass ein Zurückprellen der Kontaktbrücke 184 im Wesentlichen nicht mehr vorkommt und dadurch die Neigung zur Bildung von Lichtbögen zwischen den Kontakten 180 und 181 und der Kontaktbrücke 184 zumindest stark verringert ist.
Figur 21 A zeigt eine Seiten- bzw. Schnittansicht auf die Kontaktbrücke 184, die mit dem Kontakt 180 des Bolzens 151 eine elektrische Verbindung herstellt. Wie dort zu erkennen ist, weist der Kontakt 180 bzw. dessen Kontaktoberfläche 300 eine Riffelung (Erhebungen) auf, die eine Ringriffelung 310 ist. Diese Kontaktoberfläche 300 bzw. deren Riffelung ist dergestalt, dass sich, in der Querschnittsansicht eine gewellte Kontur ergibt. Diese gewellte Kontur kann beispielsweise ein sinusförmiges Profil oder ein ähnliches Profil mit Wellengestalt sein, d. h. eines mit„Tälern und Bergen" sein, siehe auch Figur 6. Die hier dargestellte Riffelung ist eine Ringriffelung 310, d. h. die gewellte Kontur 303 bzw. deren„Berge und Täler" sind im Beispiel vorzugsweise koaxial um die Mittellinie 306 des Bolzens 151 orientiert. Es ist vorgesehen, dass die Kontaktbrücke 184 beim Schalten bzw. Kontaktgeben mit ihrem äußeren flächigen Abschnitt 276 an einer Flanke 420 der wellenförmigen Kontur 303 entlang gleitet bzw. reibt. Flanke bedeutet hier, dass es sich um einen flächigen Abschnitt der
wellenförmigen Kontur 303 handelt, der von der zentralen Achse 315 des Schalters 16 abgewandt ist. Der flächigen Abschnitt der wellenförmigen Kontur 303 ist vorzugsweise in drei Raumdimensionen angeordnet. Eine sich auf Grund der Kontaktgabe zwischen der Kontaktbrücke 184 und dem Kontakt 180 ergebende Berührungsfläche zwischen der Fläche 318 und der Kontaktoberfläche 300 ist sichelförmig, so dass eine Breite der Berührungsfläche an deren Enden (Sichelenden) schmaler als zwischen den beiden Enden ist. Dies führt zu einem leichteren Lösen der Fläche 318 und der Oberfläche der Kontakte 180, 181 und damit zu einem leichten Lösen von evtl. stoffschlüssiger Verbindung. Die Sichelform stellt sich dabei beim Schalten ein und wird beim Gleiten der Fläche 318 über die Kontaktoberfläche 300 normalerweise größer. Dies rührt von der sich einstellenden Abwälzbewegung her. Die Fläche 318 liegt im Verlauf immer flacher zu den Kontakten 180, 181, so dass im Schaltverlauf die Sichelform größer wird. Die Kontaktbrücke 184 kann mit ihrer zum Kontakt 180, 181 gerichteten Fläche 318 auf der wellenförmigen Kontur 303 eine kombinierte Bewegung durchführen, die sowohl Gleiten als auch Abwälzen ist. Dadurch wird beim Lösen der Fläche 318 von der Oberfläche des Kontaktes 180, 181 - vor allem beim evtl. Verschweißen der
Kontaktpartner - nicht nur eine Schubkraftbelastung sondern auch eine
Zugkraftbelastung wirken, die z. B. auf der Seite der Stromübergangsfläche 500 wirkt, die zu einer Längsachse 312 des Kontaktbolzens 150, 151 gerichtet ist. Die
Ortsangabe„Längsachse 312 des Kontaktbolzens 150, 151" wäre bei anders ausgeführten Kontakten gleichbedeutend mit deren Zentrum.
In Figur 21B ist dargestellt, welche allgemeine Gestalt und Lage eine gemeinsame Stromübergangsfläche 500 (Berührungsfläche) zwischen Kontaktbrücke 184 und Kontakt 180 ausbildet. Die Stromübergangsfläche 500 (Berührungsfläche) weist eine Sichelform auf. Zwischen der Stromübergangsfläche 500 und der Längsachse 312, die im eingezeichneten Mittelpunkt angeordnet ist, liegt zumindest eine bogenförmige Maximallinie 503, die im Beispiel eine Trennlinie zwischen einer Innenflanke 506 und einer Flanke 420 (Außenflanke) bildet. In einem Tiefpunkt 509 trennt eine Minimallinie 512 eine Innenflanke 506 von einer Flanke 420 (Außenflanke).
Alternativ kann die Stromübergangsfläche 500 auch die bogenförmige Maximallinie 503 schneiden bzw. an deren ursprünglicher Position (z. B. durch Verschleiß) sein. Der größte Teil der Stromübergangsfläche 500 liegt aber dennoch - von der Längsachse 312 aus betrachtet - jenseits der Maximallinie 503 bzw. jenseits ihrer ursprünglichen Position.
Gemäß Figur 21C kontaktiert die Kontaktbrücke 184 den Kontakt 180. Der Kontakt 180 weist hier nicht wie in Figur 21 B eine Ringriffelung 310 mit mehreren gewellten Konturen 303 auf, sondern einen ebenso zumindest abschnittsweise runden Kontakt 180 mit einem runden Plateau 515, das radial außen mittels einer zumindest abschnittsweise runden Flanke 420 (Außenflanke) abfällt. Auch in diesem Fall entsteht wie in Figur 21B gezeigt, eine Stromübergangsfläche 500 (Berührungsfläche) mit Sichelform. Wie in Figur 21C mittels einer strichpunktierten Linie gezeigt, kann der Kontakt 180 auch nur mit einer Welle im Außenbereich des Kontakts 180 versehen sein. Auch in diesem Fall entsteht wie in Figur 21B gezeigt, eine Stromübergangsfläche 500 (Berührungsfläche) mit Sichelform.
Je kleiner der Winkel α ist, desto größer ist der Bogenwinkel der
Stromübergangsfläche 500 (Berührungsfläche). Bei einem eher großen Winkel (Figur 21A) ist der Bogenwinkel klein, beispielsweise 30°, bei einem eher kleinen Winkel ist der Bogenwinkel groß, beispielsweise 140°.
In Figur 22A ist ein Diagramm dargestellt, in dem in Abhängigkeit von einem
Einschnürungsverhältnis und einem Hebelarmverhältnis die Biegespannung im Einschnürungsbereich dargestellt ist. Der Einschnürungsbereich ist dabei der Bereich der Kontaktbrücke 184, der dem in Figur 5 dargestellten taillierten
Querschnitt 293 entspricht. Im Grundsatz gilt dies für alle im Querschnitt
reduzierten Kontaktbrücken 184, wie dies beispielsweise auch in den Figuren 16 bis 19 dargestellt ist. Die dort dargestellten drei Kurven K25, K50 und K75 stehen für unterschiedliche Parameter. Bei der Kurve K25 ist ein Hebelarmverhältnis von 25% dargestellt, bei K50 ist ein Hebelarmverhältnis von 50% dargestellt, bei K 75 ist ein Hebelarmverhältnis von 75% dargestellt.„Hebelarmverhältnis" bedeutet, dass mit Bezug zu Figur 22B ein Verhältnis von LH/L = Vi = 25% ist. Je größer das Hebelarmverhältnis ist, desto größer ist bei gleicher Belastung mit einer Kraft die Spannung S im Querschnitt 293. Des Weiteren ist das
Einschnürungsverhältnis V berücksichtigt. V ist der Quotient aus der Breite BE zur Breite B184. Um Prellen zu vermeiden bzw. zu verhindern und in Reib-,
Gleitbewegung umzuwandeln ist vorgesehen, dass die Biegespannung S im
Querschnitt 293 größer als 20 N/mm2 ist. Des Weiteren soll die Biegespannung S kleiner als 100N/mm2 sein. Für das Einschnürungsverhältnis V ist erwünscht, dass dieses kleinergleich 75%, dabei vorzugsweise größer als 25% ist. Als besonders günstig hat sich ein Verhältnis zwischen 70% und 35% herausgestellt.
Es ist des Weiteren vorgesehen ein Verfahren zum Schalten eines
elektromagnetischen Schalters einer Startvorrichtung 10 vorgesehen, mit zwei Kontakten 180, 181, die durch eine bewegliche Kontaktbrücke 184 elektrisch leitfähig miteinander verbunden werden, wobei beim Kontaktieren der Kontaktbrücke 184 mit zumindest einem der beiden Kontakte 180, 181 eine Schabebewegung zwischen der Kontaktbrücke 184 und einer Kontaktoberfläche 300 des zumindest einen Kontakts 180, 181 wirkt, wobei die Kontaktoberfläche 300 Erhebungen aufweist, die im wesentlichen in einer Ebene liegen und die Kontaktbrücke 184 einen äußeren flächigen Abschnitt 276 hat, wobei die Kontaktbrücke 184 in einer Schaltposition mit ihrem äußeren flächigen Abschnitt 276 an einem Abschnitt der wellenförmigen Kontur 303 gleitet bzw. reibt, der von einer zentralen Achse 315 des Schalters 16 abgewandt ist.
Das Verfahren ist so ausgestaltet, dass die Kontaktbrücke 180 beim Kontaktgeben mit ihrem äußeren flächigen Abschnitt 276 an einer Flanke 420 einer wellenförmigen Kontur 303 vorzugsweise einer Ringriffelung 310 entlang gleitet bzw. reibt.
Es ist vorgesehen, dass eine stoffschlüssige Verbindung zwischen der Kontaktbrücke 184 und einem Kontakt 180, 181 durch eine Schubkraftbelastung in der
stoffschlüssigen Verbindung gelöst wird. Vorzugsweise wirkt neben der
Schubkraftbelastung auch eine Zugbelastung. Vorzugsweise wird die
Schubkraftbelastung und die Zugbelastung von einer Wälzbewegung des äußeren Abschnitts 276 der Kontaktbrücke 184 auf der Kontaktoberfläche 300 überlagert.

Claims

Ansprüche
1. Startvorrichtung mit einem elektromagnetischen Schalter (16), mit zwei Kontakten (180, 181), die durch eine bewegliche Kontaktbrücke (184) elektrisch leitfähig miteinander verbindbar sind, wobei zumindest einer der beiden Kontakte (180, 181) eine mit einem Kontaktbolzen (150, 151) verbundene Kontaktoberfläche (300) aufweist, wobei die Kontaktoberfläche (300) mindestens eine Erhebung mit einer wellenförmigen Kontur (303) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die im
wesentlichen in einer Ebene liegt und die Kontaktbrücke (184) einen äußeren flächigen
Abschnitt (276) hat, wobei die Kontaktbrücke (184) in einer Schaltposition mit ihrem äußeren flächigen Abschnitt (276) an einem Abschnitt der wellenförmigen Kontur (303) gleitet bzw. reibt, der mit seiner Oberfläche von einer zentralen Achse (315) des Schalters (16) abgewandt ist und eine Stromübergangsfläche (500) zwischen der Fläche (318) und der Kontaktoberfläche (300) sichelförmig ist.
2. Startvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Stromübergangsfläche (500) und einer Längsachse (312) des Kontaktbolzens (150, 151) eine bogenförmige Maximallinie (503) liegt oder die Stromübergangsfläche (500) die bogenförmige Maximallinie (503) schneidet, wobei die Maximallinie (503) eine
Trennlinie zwischen einer Innenflanke (506) und einer Flanke (420, Außenflanke) einer gewellten Kontur (303) des Kontakts (180, 181) oder die höchste Linie einer wellenförmigen Kontur ist.
3. Startvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass eine zum Kontakt (180, 181) gerichtete Fläche (318) der Kontaktbrücke (184) und eine Längsachse (312) eines Kontaktbolzens (150, 151) zwischen sich einen zu einer zentralen Achse (315) des Schalters (16) gerichteten Winkel einschließen, der größer als 90° ist, wobei der Winkel zwischen 91° und 105° ist, vorzugsweise um 95° beträgt.
4. Startvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Kontaktbrücke (184) mittels eines Schaltbolzens (177) in einem Lager geführt ist und die Kontaktbrücke (184) zwischen dem Schaltbolzen (177) und einer Kante (279) einen Bereich mit dem größten Querschnitt (290) und zwischen dem Bereich mit dem größten Querschnitt (290) und dem Schaltbolzen (177) einen Bereich verringerten Querschnitts (293) aufweist.
5. Startvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Kontaktbrücke (184) aus einem senkrecht zum Schaltbolzen (177) orientierten zentralen flächigen Abschnitt (270) besteht, an den sich vom
Schaltbolzen (177) wegweisend zumindest ein äußerer flächiger Abschnitt (273; 276) anschließt, wobei zwischen dem zentralen und dem äußeren flächigen Abschnitt (273; 276) ein Winkel (a) vorhanden ist, der ungleich 180° ist.
6. Startvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass zumindest einer der beiden Kontakte (180, 181) eine Härte aufweist, die kleiner als oder gleich einer Härte der Kontaktbrücke (184) ist.
7. Startvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass ein Reibbeiwert zwischen der Kontaktbrücke (184) und dem zumindest einen Kontakt (180, 181) einen Wert zwischen 0,1 und 2, vorzugsweise zwischen 0,6 und 1 hat.
8. Startvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Kante (279) einen Radius von kleiner 0,3 mm aufweist.
9. Startvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Kontaktbrücke (184) ein Blech ist, welches vorzugsweise eine Blechstärke (d) zwischen 1 und 4 mm aufweist.
10. Verfahren zum Schalten eines elektromagnetischen Schalters einer
Startvorrichtung (10), mit zwei Kontakten (180, 181), die durch eine bewegliche Kontaktbrücke (184) elektrisch leitfähig miteinander verbunden werden, wobei beim Kontaktieren der Kontaktbrücke (184) mit zumindest einem der beiden Kontakte (180, 181) eine Reibbewegung zwischen der Kontaktbrücke (184) und einer
Kontaktoberfläche (300) des zumindest einen Kontakts (180, 181) wirkt, wobei die Kontaktoberfläche (300) mindestens eine Erhebung aufweist, die im wesentlichen in einer Ebene liegt und die Kontaktbrücke (184) einen äußeren flächigen Abschnitt (276) hat, wobei die Kontaktbrücke (184) in einer Schaltposition mit ihrem äußeren flächigen Abschnitt (276) an einem Abschnitt der wellenförmigen Kontur (303) gleitet bzw. reibt, der mit seiner Oberfläche von einer zentralen Achse (315) des Schalters (16) abgewandt ist, wobei sich beim Gleiten über die Kontaktoberfläche (300) eine
Stromübergangsfläche (500) einstellt, die sichelförmig ist.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktbrücke (180) beim Kontaktgeben mit ihrem äußeren flächigen Abschnitt (276) an einer Flanke (420) einer wellenförmigen Kontur (303) einer Ringriffelung (310) entlang gleitet bzw. reibt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stromübergangsfläche (500) eine Sichelform aufweist, wobei zwischen der
Stromübergangsfläche (500) und einer Längsachse (312) eine bogenförmige
Maximallinie (503) liegt oder die Stromübergangsfläche (500) die bogenförmige Maximallinie (503) schneidet.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine stoffschlüssige Verbindung zwischen der Kontaktbrücke (184) und einem Kontakt (180, 181) durch eine Schubkraftbelastung in der stoffschlüssigen Verbindung gelöst wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktbrücke (184) mit ihrer zum Kontakt (180, 181) gerichteten Fläche (318) auf der wellenförmigen Kontur (303) eine kombinierte Bewegung durchführt, die sowohl Gleiten als auch Abwälzen ist.
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