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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft ein Relais, insbesondere ein Startrelais für
Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren
zu seiner Herstellung nach der Gattung des Anspruchs 3.
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Aus
der Offenlegungsschrift
DE
199 51 166 A1 ist ein Relais für eine Startvorrichtung
von Brennkraftmaschinen bekannt, bei der ein Kupplungselement die
Schaltachse des Relais und den Magnetanker miteinander begrenzt
verschiebbar verbindet. Über dieses Kupplungselement werden
Verschweißungen der Kontaktbrücke mit den Schaltkontakten des
Relais beim Abschalten des Relais von dem durch die Ankerrückstellfeder
beschleunigten Magnetanker wieder aufgerissen.
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Aufgrund
der Herstellungs- und Montagetoleranzen des Startrelais und der
Startvorrichtung lässt sich ein ausreichend großer
Toleranzbereich mit einem festen, vorgegebenen Weg des Magnetankers bis
zum Ansprechen der Kupplung nur schwer realisieren. Bei einem zu
großen Abstand werden gegebenenfalls miteinander verschweißte
Kontakte nicht aufgerissen, weil der Magnetanker die Einspurvorrichtung über
einen Gabelhebel gegen Ruheanschlag drückt, bevor der Mitnehmer
des Magnetankers das Kupplungselement betätigen kann. Bei
zu kurzem Abstand erreicht der Magnetanker seine über das
Kupplungselement vorgegebene Ruhelage, bevor die Einspurvorrichtung
des Starters ausreichend sicher das Starterritzel aus den Zahnkranz
der Maschine ausgespurt hat.
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Gleiche
Nachteile ergeben sich auch bei der aus der
US-PS 6,552,638 B2 bekannten
Ausführung eines Startrelais. Dort ragt die Schaltachse
des Relais mit einem Kopf in eine axiale Bohrung des Relaisankers.
Beim Einschalten des Relais wird der Relaisanker zum Magnetjoch
hin bewegt und die Schaltachse wird nach einem Leerweg des Relaisankers von
einem quer zur Ankerbohrung eingesetzten Stift bis zum Erreichen
der Arbeitsstellung mitgenommen. Umgekehrt wird nach dem Abschalten
des Relais die Schaltachse von einer hinter deren Kopf am Relaisanker
angeformten Schulter mitgenommen, nachdem der Relaisanker den Leerweg
der so gebildeten Kupplung durchlaufen hat.
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Mit
der vorliegenden Lösung wird angestrebt, durch konstruktive
Maßnahmen die Kupplung so zu gestalten, dass der von ihr
vorgegebene Kupplungsweg zwischen Magnetanker und Schaltachse beim
Zusammenbau des Relais individuell einstellbar ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Relais mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruchs 1 hat gegenüber dem Stand der Technik
den Vorteil, dass durch eine individuelle Einstellung der Kupplung
ein sicheres Aufreißen miteinander verschweißter
Relaiskontakte unabhängig von den Fertigungs- und Montagetoleranzen
des Relais realisiert wird. Ein weiterer Vorteil besteht darin,
dass die Kupplung großteils innerhalb der Kontaktrückstellfeder
im Schalterdeckel des Relais angeordnet wird, so dass die Abmessungen
des Relais unverändert bleiben.
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Durch
die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen
ergeben sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der
im Hauptanspruch angegebenen Merkmale. Dabei ist in zweckmäßiger
Weise an der neuartigen Kupplung der Kopf des Stiftes mit einem
größeren Durchmesser als die axiale Bohrung der
Schaltachse zu versehen, so dass die Stirnseite der Schaltachse
einen Anschlag für den Kopf des Stiftes bildet. Dadurch
wird der Relaisanker in zweckmäßiger Weise im
Relais unverlierbar festgehalten, indem in der Ruhelage des Relais der
Relaisanker in axialer Richtung über den Mitnehmer und
den Stift gehalten wird, dessen Kopf dann an der Stirnseite der
Schaltachse aufliegt.
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Für
eine individuelle Einstellung der Kupplung wird in vorteilhafter
Weise beim Zusammenbau des Relais die Länge des Stiftes
auf den in der Ruhelage vorgegebenen Abstand zwischen Schaltachse und
Anker-Mitnehmer zuzüglich der Länge der Schaltachse
einjustiert. In einfachster Weise wird dabei die Länge
des Stiftes an der Befestigungsstelle des Kopfes beziehungsweise
an der Befestigungsstelle des Mitnehmers einjustiert. Dabei ist
es vorteilhaft, wenn die Länge des Stiftes durch entsprechendes
Anprägen beziehungsweise Anstauchen des Kopfes am Stiftende
eingestellt wird. Alternativ dazu wird vorgeschlagen, die Länge
des Stiftes durch Aufsetzen und Befestigen des Kopfes am Ende des
Stiftes einzustellen. Als weitere Alternative wird zweckmäßigerweise
der Stift in ein Sackloch am relaisinneren Ende des Mitnehmers eingesetzt
und befestigt. Schließlich ist es gegebenenfalls vorteilhaft,
Mitnehmer, Stift und Kopf einzeln herzustellen, so dass bei ihrem
Zusammenbau die Länge des Stiftes einjustiert wird. Dazu
wird vorgeschlagen, dass in zweckmäßiger Weise
der Kopf am Stift und/oder der Stift am Mitnehmer durch Verschweißen,
vorzugsweise durch Reibschweißen, durch Verschrauben, vorzugsweise mit
Schneidgewinde oder durch Verstemmen, vorzugsweise nach dem Verschrauben
miteinander verbunden werden. In zweckmäßiger
Weise wird die Länge des Stiftes an einer vormontierten
Baueinheit aus Mitnehmer, Stift, Schaltachse, Kontaktdruckfeder,
Kontaktbrücke und Kopf einjustiert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird im Folgenden beispielsweise anhand der Figuren näher
erläutert. Es zeigen:
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1 ein
Startrelais für Brennkraftmaschinen im Längsschnitt
mit loser Kupplung der Schaltachse zum Relaisanker,
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2 eine
vormontierte Baueinheit des Relais aus einem Anker-Mitnehmer, der
Schaltachse und deren loser Kupplung,
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3 zeigt
die Teile aus 2 mit einem Stift und dessen
Kopf als Kupplung vor dem Zusammenfügen und
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4 zeigt verschiedene Fügestellen
zwischen Mitnehmer und Stift beziehungsweise zwischen Stift und
Kopf.
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Ausführungsformen
der Erfindung
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In 1 ist
ein Startrelais 10 für eine Startvorrichtung von
Brennkraftmaschinen in seinem konstruktiven Aufbau im Längsschnitt
dargestellt. Es hat eine Relaisspule 11, die einerseits über
einen Anschluss in einem Schalterdeckel 12 mit einem nicht dargestellten
Startschalter des Kraftfahrzeugs anzuschließen ist und
andererseits mit dem Gehäuse 13 des Startrelais 10 verbunden
ist. Die Relaisspule 11 wird zunächst in das topfförmige
Gehäuse 13 zusammen mit einer Führungshülse 14 aus
Messing und einem Magnetkern 15 eingesetzt. Am Boden des
Gehäuses 13 ist in einer Öffnung ein
Magnetanker 16 axial geführt aufgenommen, der
in die Relaisspule 11 eintaucht. In einer zentrischen Bohrung
des Magnetankers 16 ist ein Mitnehmer 17 befestigt,
dessen axial nach außen ragender Endbereich als so genanntes
Paddel mit einem nicht dargestellten Gabelhebel einer Startvorrichtung
zusammen wirkt. In einer Durchgangsöffnung des Magnetkerns 15 ist
eine Schaltachse 18 mittels einer Isolierstoffhülse 19 geführt.
Am äußeren Ende der Schaltachse 18 ist
eine Kontaktbrücke 20 axial verschiebbar aufgenommen. Das
Gehäuse 13 des Startrelais 10 wird von
dem Schalterdeckel 12 abgeschlossen. Die in den Innenraum
des Schalterdeckels 12 ragenden Enden zweier Kontaktbolzen 21 sind
als Schaltkontakte 21a ausgebildet, die mit der Kontaktbrücke 20 zusammenwirken.
Das innere Ende der Schaltachse 18 steht in der Ruhelage
des Relais dem relaisinneren Ende des Mitnehmers 17 mit
einem Abstand a (s. 2) gegenüber. Im Schalterdeckel 12 befindet
sich eine Kontaktrückstellfeder 22, die sich einerseits
am Boden des Schalterdeckels 12 und andererseits an einer
am äußeren Ende der Schaltachse 18 befestigten Stützscheibe 23 abstützt.
In einer axialen Sackbohrung 24 des Magnetkerns 15 ist
eine Kontaktdruckfeder 25 angeordnet, die sich einerseits über
eine Isolierkappe 26 an der Kontaktbrücke 20 und
andererseits auf der Stirnseite der Isolierhülse 19 abstützt. Zwischen
dem Magnetanker 16 und dem Magnetkern 15 ist eine
Ankerrückstellfeder 27 eingesetzt, die sich einerseits
an der Stirnseite des Magnetkerns 15 und andererseits am
Boden eines Sacklochs 28 im Magnetanker 16 abstützt.
Alle drei Federn sind vorgespannt, wobei die stärker vorgespannte
Kontaktrückstellfeder 22 die Kontaktbrücke 20 entgegen
der Vorspannung der Kontaktdruckfeder 25 in die Ruhelage
drückt.
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Die
Schaltachse 18 ist zum Magnetanker 16 begrenzt
verschiebbar gekoppelt, indem der Mitnehmer 17 an seinem
relaisinneren Ende einen Stift 29 trägt, der durch
eine axiale Bohrung 30 der Schaltachse 18 hindurchgeführt
ist und an seinem über die Schaltachse 18 hinaus
ragenden Ende mit einem Kopf 29a versehen ist, der mit
dem Ende der Schaltachse 18 zusammenwirkt. Aus 1 ist
erkennbar, dass in der Ruhelage des Startrelais 10 der
Kopf 29a des Stiftes 29 auf der Stirnseite der
Schaltachse 18 aufliegt, indem der Kopf 29a des
Stiftes 29 einen größeren Durchmesser
hat als die axiale Bohrung 30 der Schaltachse 18.
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Bei
der Herstellung des Startrelais 10 wird eine in 2 dargestellte
Baueinheit 40 vormontiert, die aus dem Mitnehmer 17,
dem Stift 29 mit seinem Kopf 29a, der Schaltachse 18 mit
der Isolierstoffhülse 19, der Kontaktbrücke 20 mit
der Isolierkappe 26, der Stützscheibe 23 und
der eingesetzten Kontaktdruckfeder 25 besteht. Zum Ausgleich
der Fertigungstoleranzen dieser Teile wird über die Länge
des Stiftes 29 der vorgegebene Abstand a zwischen Schaltachse 18 und
Mitnehmer 17 in der Ruhelage des Startrelais 10 einjustiert.
Diese Einjustierung erfolgt entweder an der Verbindungsstelle des
Stiftes 29 mit seinem Kopf 29a oder an der Verbindungsstelle
des Stiftes 29 mit dem Mitnehmer 17. Die Länge
des Stiftes 29 wird dabei auf die Länge der Schaltachse 18 zuzüglich
des vorgegebenen Abstandes a zwischen Schaltachse 18 und
Mitnehmer 17 eingestellt.
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Das
Einjustieren der vormontierten Baueinheit 40 aus 2 auf
den vorgegebenen Abstand a kann dabei auf verschiedene Art und Weise
erfolgen. So ist in 1 ein vorgefertigerter Stift 29 mit
samt seinem fertig ausgebildeten Kopf 29a mit seinem freien
Ende in eine Bohrung des Mitnehmers 17 axial eingepresst
und verstemmt. Alternativ dazu ist es möglich, Mitnehmer 17 und
Stift 29 einstückig auszubilden und zum Einjustieren
des Abstandes a gemäß 2 den Kopf 29a an
einem verlängerten Endabschnitt des Stiftes 29 anzuprägen
beziehungsweise anzustauchen.
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3 zeigt
als weitere Alternative zum Einjustieren der vormontierten Baueinheit 40 eine
Ausführung, bei der Stift 29 und Kopf 29a einfach
herstellbare Einzelteile sind. Hierbei kann der Stift mit seinen
Enden stirnseitig am Mitnehmer 17 einerseits und am Kopf 29a andererseits
zum Beispiel durch Reibschweißen befestigt werden. Auch
hierbei wird zum Einjustieren des Abstandes a die Länge
des Stiftes beim Zusammenfügen eingestellt.
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In 4a bis 4d sind
verschiedene Formen der Verbindung zwischen Mitnehmer 17 und
Stift 29 einerseits sowie zwischen Stift 29 und
Kopf 29a andererseits dargestellt. So ist bei der Lösung 4a der Stift 29 mit
seinem hinteren Ende 29b mit einem Gewinde versehen, mit
dem er in eine Gewindebohrung 31 des Mitnehmers 17 mehr
oder weniger weit einzuschrauben ist. Nach dem Einjustieren des
Abstandes a aus 2 werden Mitnehmer 17 und
Stift 29 an der Verbindungsstelle gegen Lösen
miteinander verstemmt. Gemäß Lösung 4b wird
das hintere Ende 29b des Stiftes 29 zu einem Dreikant 32 geprägt, dessen
Spitzen mit einem selbstschneidenden Gewinde versehen werden. Dieser
Dreikant 32 wird in ein entsprechend großes Dreikant-Sackloch 33 des Mitnehmers 17 eingesetzt
und nach dem Einjustieren des Abstandes a aus 2 wird
der Stift 29 durch Verdrehen am Mitnehmer 17 fixiert,
indem sich die Dreikantspitzen des Stiftes 29 in die Wandungen
des Dreikant-Sackloches 33 eingraben. Alternativ dazu kann
das hintere Ende 29b des Stiftes 29 auch durch Reibschweißen
in einer entsprechend engen Bohrung des Mitnehmers 17 mit
der erforderlichen Länge befestigt werden. Das Stiftende 29b sowie
die Gewindebohrung 31 können allgemein als Polygon
ausgebildet sein. Gemäß Lösung 4c wird
das verlängerte vordere Ende 29c des Stiftes 29 mit
einem Gewindeabschnitt versehen, auf den ein Kopf 29a mit
entsprechend großem Muttergewinde 34 zum Einstellen
der erforderlichen Stiftlänge aufgeschraubt wird. Nach dem
Einjustieren der so vorgefertigten Baueinheit gemäß 2 oder 3 werden
Stift 29 und Kopf 29a miteinander verstemmt. Alternativ
kann auch hier der Gewindeabschnitt am vorderen Ende 29b des
Stiftes 29 zu einem Dreikant verformt werden, der gemäß Lösung 4b in
ein entsprechend großes Dreikantloch im Kopf 29a eingesetzt
und dann durch Verdrehen fixiert wird. Gemäß Lösung 4d wird
das Ende 29e des vorderen Gewindeabschnittes am Stift 29 nach
dem Einjustieren der Stiftlänge gestaucht und dadurch der Kopf 29a am
Stift 29 fixiert. Alternativ dazu kann auch am vorderen
Ende 29c der Stift 29 in eine entsprechend enge
Bohrung im Kopf 29a eingepresst und gegebenenfalls durch
Reibschweißen fixiert werden. Anstelle einer Reibschweißung
können Mitnehmer 17, Stift 29 und Kopf 29a auch
nach dem Einjustieren des Abstandes a an ihren Fügestellen
mittels Laser miteinander verschweißt werden.
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Nach
dem Einjustieren der vorgefertigten Baueinheit 40 nach 2 wird
diese in die Durchgangsbohrung des Magnetkernes 15 eingesetzt
und danach die Ankerrückstellfeder 27 und der
Magnetanker 16 auf dem Mitnehmer 17 geschoben.
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Alternativ
dazu ist es gegebenenfalls zweckmäßig, bei der
Vormontage der Baueinheit 40 vor dem Einjustieren auch
noch den Magnetkern 15 auf die Schaltachse 18 lose
aufzuschieben und den Magnetanker 16 mitsamt der Ankerrückstellfeder 27 auf den
Mitnehmer 17 aufzusetzen und schließlich dieses
Gebilde mitsamt der Führungshülse 14 und
der Relaisspule 11 in das Gehäuse 13 des
Startrelais 10 einzusetzen und zu fixieren. Anschließend
daran wird der Abstand a einjustiert und schließlich noch der
Schalterdeckel 12 mit seinem Kontaktbolzen 21 und
mit der Kontaktrückstellfeder 22 auf die Gehäuseöffnung
aufgesetzt und durch Verstemmen dort fixiert.
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Zum
Einstellen der so genannte Abrandreserve muss nunmehr ein entsprechender
Abstand A zwischen Magnetkern 15 und Magnetanker 16 in
der Ruhelage des Relais gemäß 1 einjustiert
werden. Zu diesem Zweck wird der Mitnehmer 17 nach rechts
bewegt. Nachdem dabei der Abstand a durchlaufen ist, wird die Schaltachse 18 mit
der Kontaktbrücke 20 soweit angehoben, bis sie
an den Schaltkontakten 21a anliegt. Nun wird der Mitnehmer 17 nochmals
um den Weg der Abrandreserve weiter nach rechts gedrückt.
Außerdem wird nun der Magnetanker 16 gegen den
Magnetkern 15 gedrückt bis er dort stirnseitig
aufliegt. In dieser Position werden Mitnehmer 17 und Magnetanker 16 miteinander
am hinteren Ende des Magnetankers 16 verstemmt. Mit dem
Loslassen des Magnetankers 16 wird dieser nunmehr durch
die Ankerrückstellfeder 27 in seine Ruhelage gemäß 1 bewegt.
Der Abstand A zwischen Magnetkern 15 und Magnetanker 16 ist
dabei um das Maß der Abrandreserve größer
als der Abstand a zwischen Mitnehmer 17 und Schaltachse 18 gemäß 2.
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Die
durch den Stift 29 mit dem Kopf 29a bewirkte lose
Kopplung bewirkt eine auf den Abstand a begrenzte axiale Verschiebbarkeit
von Magnetanker 16 und Schaltachse 18 zueinander.
Durch diese lose Kopplung wird einerseits der Magnetanker 16 in
der Ruhelage festgehalten. Andererseits wird dadurch beim Abschalten
des Startrelais 10 eine mögliche Verschweißung
der Kontaktbrücke 20 an den Schaltkontakten 21a bei
zu großer Strombelastung an kleinen Bereichen der Kontakte
wieder aufgerissen. Dabei wird zunächst mit dem Abschalten
des Startrelais 10 der Magnetanker 16 durch die
Kraft der Ankerrückstellfeder 27 auf seinem Weg
in die Ruhelage beschleunigt, indem er zunächst unbehindert
den Weg bis zum Abstand a zwischen Schaltachse 18 und Mitnehmer 17 zurücklegt.
Mit der dabei aufgenommen kinetischen Energie wird nun die Schaltachse 18 vom Kopf 29a des
Stiftes 29 über den Mitnehmer 17 vom Magnetanker 16 mitgenommen.
Mit Hilfe dieser kinetischen Energie und der zusätzlichen
Kraft der Kontaktrückstellfeder 22 wird eine Verschweißung
der Schaltkontakte 21a mit der Kontaktbrücke 20 zuverlässig
aufgerissen. Die Kontaktbrücke 20 wird sodann
in die Ruhelage gedrückt, in der sich die Isolierkappe 26 der
Kontaktbrücke 20 am Boden der Sacklochbohrung 24 im
Magnetkern 15 abstützt.
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Die
Erfindung ist nicht auf das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel
beschränkt, da der konstruktive Aufbau des Startrelais 10 insbesondere
bezüglich des Magnetkerns 15 und Magnetankers 16 variable
ist. Dabei kann gegebenenfalls der Mitnehmer 17 ganz entfallen
und der Stift 29 unmittelbar am Magnetanker 16 gefestigt
werden. So ist die Erfindung auch ganz allgemein an Relais realisierbar,
deren Magnetanker lediglich Schaltkontakte betätigen, die
gegebenenfalls zwangsweise über den Stift 29 und
seinen Kopf 29a vom Magnetanker 16 beim Abschalten
des Relais geöffnet werden müssen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19951166
A1 [0002]
- - US 6552638 B2 [0004]