DE102023136119A1

DE102023136119A1 - Magnetic switch for a vehicle starter

Info

Publication number: DE102023136119A1
Application number: DE102023136119.8A
Authority: DE
Inventors: Dejan Manfreda
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2023-12-20
Filing date: 2023-12-20
Publication date: 2025-06-26

Abstract

Ein Magnetschalter (1) für einen Fahrzeuganlasser umfasst mindestens eine Spule (2, 3) und einen Kanal (4), der sich durch die mindestens eine Spule (2, 3) in axialer Richtung (5) erstreckt. Die mindestens eine Spule (2, 3) wird auf einem Spulenhalter (6) getragen. Ein Gehäuse (7), das aus einem ferromagnetischen Material hergestellt ist, umgibt die mindestens eine Spule (2, 3) in radialer Richtung. Das Gehäuse (7) umfasst eine erste radial verlaufende Seitenwand (8), die eine axial verlaufende Öffnung (9) mit einem Innendurchmesser D1 aufweist, und ein Kolben (10) erstreckt sich durch die axial verlaufende Öffnung (9) hindurch mindestens teilweise in den Kanal (4) und ist dazu angeordnet, in axialer Richtung (5) zwischen einer ersten passiven Position, in welcher der Schalter (1) geöffnet und die mindestens eine Spule nicht bestromt ist, und einer zweiten Position, in welcher der Schalter (1) geschlossen ist, verschiebbar zu sein. Der Spulenhalter (6) weist eine radial nach innen gewandte Fläche (38) auf, die einen ausgesparten Abschnitt (39) umfasst, und eine Rückstellfeder (29) ist mindestens teilweise in einem radialen Spalt (30) zwischen dem ausgesparten Abschnitt (39) des Spulenhalters (6) und einer radial äußeren Fläche (25) des Kolbens (10) angeordnet.A magnetic switch (1) for a vehicle starter comprises at least one coil (2, 3) and a channel (4) extending through the at least one coil (2, 3) in the axial direction (5). The at least one coil (2, 3) is supported on a coil holder (6). A housing (7) made of a ferromagnetic material surrounds the at least one coil (2, 3) in the radial direction. The housing (7) comprises a first radially extending side wall (8) having an axially extending opening (9) with an inner diameter D1, and a piston (10) extends through the axially extending opening (9) at least partially into the channel (4) and is arranged to be displaceable in the axial direction (5) between a first passive position, in which the switch (1) is open and the at least one coil is not energized, and a second position in which the switch (1) is closed. The coil holder (6) has a radially inwardly facing surface (38) which includes a recessed portion (39), and a return spring (29) is at least partially arranged in a radial gap (30) between the recessed portion (39) of the coil holder (6) and a radially outer surface (25) of the piston (10).

Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL FIELD

Die Erfindung betrifft einen Magnetschalter für einen Fahrzeuganlasser.The invention relates to a magnetic switch for a vehicle starter.

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIKGENERAL STATE OF THE ART

Eine Motoranlassvorrichtung ist z. B. aus der US20120068796A1 bekannt. Der Anlasser umfasst ein „Sanftanlauf“-Motoreinschaltsystem. Der Zweck eines Sanftanlauf-Motoreinschaltsystems besteht darin, dass das Ritzel des Anlassers in das Hohlrad des Motors eingreift, bevor die volle elektrische Leistung an den Anlassermotor angelegt wird. Ein Elektromagnet dient dazu, das Ritzel axial zu bewegen, um mit dem Hohlrad in Eingriff zu kommen. Wenn das Ritzel während dieses Eingriffs an das Hohlrad anstößt, dreht ein kleines, durch den Elektromotor bereitgestelltes Drehmoment das Ritzel und ermöglicht diesem, richtig in das Hohlrad einzugreifen, bevor ein hoher Strom angelegt wird. An den Elektromotor wird erst dann ein hoher Strom angelegt, wenn die Zahnräder richtig ineinandergreifen, sodass eine Beschädigung der ineinandergreifenden Zahnräder verhindert werden kann.An engine starter device is, for example, from the US20120068796A1 known. The starter motor incorporates a "soft-start" motor engagement system. The purpose of a soft-start motor engagement system is to engage the starter pinion gear with the motor's ring gear before full electrical power is applied to the starter motor. An electromagnet serves to move the pinion gear axially to engage the ring gear. As the pinion gear abuts the ring gear during this engagement, a small amount of torque provided by the electric motor rotates the pinion gear, allowing it to properly mesh with the ring gear before a high current is applied. A high current is not applied to the electric motor until the gears are properly meshed, thus preventing damage to the meshing gears.

Zum Bereitstellen des Sanftanlaufs kann der Magnet des Anlassers mit zwei Spulen versehen sein, einer Einzugsspule und einer Haltespule. Bei Betrieb eines Anlassers, wenn der Zündschlüssel gedreht wird, werden die Einzugsspule und die Haltespule unter Strom gesetzt. Der durch die Einzugsspule fließende Strom gelangt zu dem Elektromotor, sodass der Elektromotor das Ritzel mit geringem Drehmoment dreht. Gleichzeitig üben die bestromten Spulen eine Kraft auf den Kolben des Magneten aus, sodass dieser axial bewegt wird. Durch die axiale Bewegung des Magnetkolbens wird ein Schalthebel betätigt, der das Ritzel in Richtung des Hohlrads verschiebt. Wenn der Magnetkolben an einen Anschlag anstößt, wird ein elektrischer Kontakt zwischen zwei Anschlüssen hergestellt, damit ein hoher Strom zu dem Motor fließen kann. Durch das Schließen der Anschlusskontakte wird die Einzugsspule kurzgeschlossen, sodass sie keine Kraft mehr auf den Kolben ausübt und die Position des Kolbens allein durch die Haltespule gehalten wird. Dies erfolgt, um eine übermäßige Wärmeentwicklung in der niederohmigen Einzugsspule zu vermeiden und um den Elektromotor effizient mit Leistung zu versorgen. Sobald der Motor anspringt, kehrt sich die Stromrichtung in der Einzugsspule um und die elektromagnetischen Kräfte, die in der Haltespule und der Einzugsspule erzeugt werden, heben sich gegenseitig auf, sodass das Ritzel durch die Kraft einer Rückstellfeder in dem Magneten aus dem Hohlrad ausgekuppelt wird. Die Rückstellfeder ist in der Regel zwischen dem Kolben und einem feststehenden Kolbenanschlag angeordnet und erstreckt sich in einen zentralen, axial verlaufenden Hohlraum des Kolbens, wie beispielsweise in DE102016225324A1 zu sehen ist. Aufgrund der räumlichen Begrenzungen weist eine solche Rückstellfeder typischerweise einen kleinen Durchmesser und damit eine hohe Federkonstante auf. Wenn die Rückstellfeder eine hohe Federkonstante aufweist, reduziert sich die Federkraft wesentlich, wenn sich der Kolben aus der aktiven Position mit geschlossenem Schalter zurückbewegt. Dieser Kraftabfall kann dazu führen, dass das Ritzel nicht vollständig in die gewünschte passive Ruheposition zurückgeführt wird. Das wiederum kann Geräusche, Ritzel- und Hohlradverschleiß und ein Versagen der Einwegkupplung verursachen, was zu einem Ausfall des Anlassers führt. Es ist auch bekannt, dass die Rückstellfeder axial außerhalb des Bereichs der Spulen liegt und den Kolben umgibt. Dies erfordert eine verlängerte Länge des Magnetkolbens.To provide soft start, the starter magneto may be equipped with two coils: a pull-in coil and a holding coil. When a starter is operating and the ignition key is turned, the pull-in coil and the holding coil are energized. The current flowing through the pull-in coil is fed to the electric motor, causing the electric motor to rotate the pinion gear with low torque. At the same time, the energized coils exert a force on the magneto piston, causing it to move axially. The axial movement of the magneto piston actuates a shift lever, which moves the pinion gear toward the ring gear. When the magneto piston hits a stop, an electrical contact is made between two terminals, allowing a high current to flow to the motor. Closing the terminal contacts short-circuits the pull-in coil, so that it no longer exerts a force on the piston, and the piston's position is held solely by the holding coil. This is done to avoid excessive heat buildup in the low-resistance pull-in coil and to efficiently supply power to the electric motor. Once the motor starts, the current direction in the pull-in coil reverses and the electromagnetic forces generated in the holding coil and the pull-in coil cancel each other out, so that the pinion is disengaged from the ring gear by the force of a return spring in the magnet. The return spring is usually arranged between the piston and a fixed piston stop and extends into a central, axially extending cavity of the piston, such as in DE102016225324A1 can be seen. Due to spatial limitations, such a return spring typically has a small diameter and thus a high spring constant. If the return spring has a high spring constant, the spring force is significantly reduced when the piston moves back from the active position with the switch closed. This force drop can result in the pinion not being fully returned to the desired passive rest position. This, in turn, can cause noise, pinion and ring gear wear, and failure of the one-way clutch, leading to starter failure. The return spring is also known to be axially outside the range of the coils and surround the piston. This requires an extended length of the solenoid piston.

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Der erfindungsgemäße Magnet nach Anspruch 1 hat den Vorteil, dass eine Rückstellfeder mit geringer Federkonstante verwendet werden kann, ohne die axiale Länge des Magnetkolbens zu verlängern.The magnet according to the invention according to claim 1 has the advantage that a return spring with a low spring constant can be used without extending the axial length of the magnetic piston.

Gemäß der Erfindung umfasst ein Magnetschalter für einen Fahrzeuganlasser:

mindestens eine Spule und einen Kanal, der sich durch die mindestens eine Spule in axialer Richtung erstreckt,
wobei die mindestens eine Spule auf einem Spulenhalter getragen wird,
ein Gehäuse aus einem ferromagnetischen Material, das die mindestens eine Spule in radialer Richtung umgibt,
wobei das Gehäuse eine erste radial verlaufende Seitenwand, die eine axial verlaufende Öffnung mit einem Innendurchmesser D1 aufweist, umfasst,
einen Kolben, der sich durch die axial verlaufende Öffnung mindestens teilweise in den Kanal erstreckt und dazu angeordnet ist, in der axialen Richtung zwischen einer ersten passiven Position, in welcher der Schalter geöffnet ist und die mindestens eine Spule nicht bestromt ist, und einer zweiten Position, in welcher der Schalter geschlossen ist, verschiebbar zu sein,
wobei der Spulenhalter eine radial nach innen gewandte Fläche aufweist, die einen ausgesparten Abschnitt umfasst, und wobei eine Rückstellfeder mindestens teilweise in einem radialen Spalt zwischen dem ausgesparten Abschnitt des Spulenhalters und einer radial äußeren Fläche des Kolbens angeordnet ist.

According to the invention, a magnetic switch for a vehicle starter comprises:

at least one coil and a channel extending through the at least one coil in the axial direction,
wherein the at least one coil is carried on a coil holder,
a housing made of a ferromagnetic material which surrounds the at least one coil in the radial direction,
wherein the housing comprises a first radially extending side wall having an axially extending opening with an inner diameter D1,
a piston extending at least partially into the channel through the axially extending opening and arranged to be displaceable in the axial direction between a first passive position in which the switch is open and the at least one coil is not energized, and a second position in which the switch is closed,
wherein the spool holder has a radially inwardly facing surface including a recessed portion, and wherein a return spring is at least partially disposed in a radial gap between the recessed portion of the spool holder and a radially outer surface of the piston.

Die axiale Richtung ist die Bewegungsrichtung des Kolbens, und die radiale Richtung ist radial zu der axialen Richtung.The axial direction is the direction of movement of the piston, and the radial direction is radial to the axial direction.

Die mindestens eine Spule umfasst vorzugsweise eine Einzugsspule und eine Haltespule. Die Einzugsspule kann radial innerhalb der Haltespule angeordnet sein.The at least one coil preferably comprises a pull-in coil and a holding coil. The pull-in coil can be arranged radially within the holding coil.

Durch Anordnen der Rückstellfeder innerhalb des radialen Spalts zwischen dem ausgesparten Abschnitt des Spulenhalters und einer radial äußeren Fläche des Kolbens kann die Länge des Kolbens und/oder des Magneten gegenüber Konstruktionen des Stands der Technik, bei denen die Feder außerhalb des Spulenbereichs der Spulen angeordnet ist, reduziert werden. Der Spulenbereich ist der Bereich radial und axial innerhalb der Spule oder des Spulenhalters. Da die Feder radial außerhalb des Kolbens angeordnet ist, ist der Durchmesser der Feder im Vergleich zu einer Feder, die innerhalb eines zentralen Hohlraums des Kolbens angeordnet ist, groß. Dadurch kann die Federkonstante reduziert werden. Da sich die Rückstellfeder in einem ausgesparten Abschnitt des Spulenhalters befindet, müssen Teile des Magnetkreises nicht verändert werden, um die Rückstellfeder unterzubringen, was die Anzugs- und Haltekrafteigenschaften des Magnetschalters verbessert.By locating the return spring within the radial gap between the recessed portion of the coil holder and a radially outer surface of the plunger, the length of the plunger and/or magnet can be reduced compared to prior art designs in which the spring is located outside the coil region of the coils. The coil region is the area radially and axially inside the coil or coil holder. Because the spring is located radially outside the plunger, the diameter of the spring is large compared to a spring located within a central cavity of the plunger. This allows the spring constant to be reduced. Because the return spring is located in a recessed portion of the coil holder, parts of the magnetic circuit do not need to be altered to accommodate the return spring, which improves the pull-in and holding force characteristics of the magnetic switch.

Die Rückstellfeder weist eine Federkonstante k auf, wobei vorzugsweise k < 2 N/mm ist. Der Kolben kann einen ersten Kolbenabschnitt und einen axial benachbart zu dem ersten Kolbenabschnitt angeordneten zweiten Kolbenabschnitt umfassen, wobei sich der erste Kolbenabschnitt in der Position mit geschlossenem Schalter mindestens teilweise innerhalb der axial verlaufenden Öffnung des Gehäuses erstreckt. Der zweite Kolbenabschnitt erstreckt sich in der ersten passiven Position in den Kanal im Bereich der mindestens einen Spule. Der erste Kolbenabschnitt weist einen maximalen Außendurchmesser D2 auf und der zweite Kolbenabschnitt weist einen maximalen Außendurchmesser D3 auf, wobei der maximale Außendurchmesser D3 des zweiten Kolbenabschnitts kleiner ist als der maximale Außendurchmesser D2 des ersten Kolbenabschnitts, und wobei ein Übergang zwischen dem ersten Kolbenabschnitt und dem zweiten Kolbenabschnitt durch eine Stufe mit einer axial gerichteten Stoßfläche gebildet ist. Die Rückstellfeder ist mindestens teilweise in einem radialen Spalt zwischen dem ausgesparten Abschnitt des Spulenhalters und einer radial äußeren Fläche des zweiten Kolbenabschnitts angeordnet, und ein erstes Ende der Feder stößt an die Stoßfläche des Kolbens an. In einer bevorzugten Ausführungsform liegt das Verhältnis des maximalen Außendurchmessers D3 des zweiten Kolbenabschnitts zum maximalen Außendurchmesser D2 des ersten Kolbenabschnitts im Bereich 1,1 < D2/D3 < 1,5. Dieser Verhältnisbereich von D2 zu D3 ermöglicht eine ausreichende Reduzierung der Einzugskraft und lässt Platz für die Anordnung der Rückstellfeder, während gleichzeitig eine ausreichende Haltekraft in der Position mit geschlossenem Schalter erzielt wird, wenn nur die Haltespule bestromt ist.The return spring has a spring constant k, preferably k < 2 N/mm. The piston can comprise a first piston section and a second piston section arranged axially adjacent to the first piston section, wherein the first piston section, in the closed switch position, extends at least partially within the axially extending opening of the housing. In the first passive position, the second piston section extends into the channel in the region of the at least one coil. The first piston section has a maximum outer diameter D2 and the second piston section has a maximum outer diameter D3, wherein the maximum outer diameter D3 of the second piston section is smaller than the maximum outer diameter D2 of the first piston section, and wherein a transition between the first piston section and the second piston section is formed by a step with an axially directed abutment surface. The return spring is at least partially arranged in a radial gap between the recessed section of the coil holder and a radially outer surface of the second piston section, and a first end of the spring abuts the abutment surface of the piston. In a preferred embodiment, the ratio of the maximum outer diameter D3 of the second piston section to the maximum outer diameter D2 of the first piston section is in the range 1.1 < D2/D3 < 1.5. This ratio range of D2 to D3 allows for a sufficient reduction of the retraction force and leaves space for the arrangement of the return spring, while at the same time achieving a sufficient holding force in the closed switch position when only the holding coil is energized.

In einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich der zweite Kolbenabschnitt in der ersten passiven Position axial über die Länge der axial verlaufenden Öffnung des Gehäuses in den Kanal im Bereich der mindestens einen Spule. Auf diese Weise kann der zweite Kolbenabschnitt zwei Funktionen erfüllen, zum einen die Rückstellfeder zu tragen, und zum anderen erzielt er eine Reduktion der Einzugskraft durch Vergrößerung des Spalts zwischen dem Kolben und dem Innendurchmesser der Öffnung in der radial verlaufenden Seitenwand des ferromagnetischen Gehäuses, wenn sich der Kolben in der passiven Position befindet.In a preferred embodiment, the second piston portion, in the first passive position, extends axially over the length of the axially extending opening of the housing into the channel in the region of the at least one coil. In this way, the second piston portion can fulfill two functions: first, supporting the return spring, and second, reducing the retraction force by increasing the gap between the piston and the inner diameter of the opening in the radially extending sidewall of the ferromagnetic housing when the piston is in the passive position.

Es wäre möglich, die Einzugskraft durch einfaches Reduzieren der Windungszahl der Einzugsspule zu reduzieren, jedoch müsste dazu die Windungszahl der Haltespule reduziert werden, da die Haltespule und die Einzugsspule aneinander angepasst sein müssen, um ein Auskuppeln von Ritzel und Hohlrad nach dem Anlassen des Fahrzeugs zu ermöglichen. Die Haltespule benötigt jedoch eine bestimmte Anzahl von Windungen, um ausreichende Haltekraft zu erzeugen. Bei gleicher Windungszahl der Einzugsspule kann eine Reduktion der Einzugskraft dadurch erzielt werden, dass der Spalt zwischen dem Kolben und dem Innendurchmesser der Öffnung in der radial verlaufenden Seitenwand des ferromagnetischen Gehäuses vergrößert wird, wenn sich der Kolben in der passiven Position befindet. Die passive Position ist die Position, die der Kolben einnimmt, wenn die Spulen nicht bestromt sind. Dieser Luftspalt setzt dem magnetischen Fluss einen Widerstand entgegen und schwächt das Magnetfeld, sodass die Kraft, die auf den ferromagnetischen Kolben ausgeübt wird, abnimmt. Da der maximale Durchmesser D3 des zweiten Kolbenabschnitts kleiner ist als der maximale Außendurchmesser D2 des ersten Kolbenabschnitts und der zweite Kolbenabschnitt sich in einer passiven Position in den Kanal im Bereich der mindestens einen Spule erstreckt, d. h. er erstreckt sich axial an der radial verlaufenden Seitenwand des ferromagnetischen Gehäuses vorbei, gibt es bei der Bewegung des Kolbens aus der zweiten aktiven Position mit geschlossenem Schalter zurück in die erste passive Position keine Kante am Kolben, die an der radial verlaufenden Seitenwand des ferromagnetischen Gehäuses hängen bleiben kann.It would be possible to reduce the pull-in force by simply reducing the number of turns of the pull-in coil. However, this would require reducing the number of turns of the holding coil, as the holding coil and the pull-in coil must be matched to allow disengagement of the pinion and ring gear after the vehicle is started. However, the holding coil requires a certain number of turns to generate sufficient holding force. With the same number of turns of the pull-in coil, a reduction in the pull-in force can be achieved by increasing the gap between the piston and the inner diameter of the opening in the radial side wall of the ferromagnetic housing when the piston is in the passive position. The passive position is the position the piston assumes when the coils are not energized. This air gap opposes the magnetic flux and weakens the magnetic field, so that the force exerted on the ferromagnetic piston decreases. Since the maximum diameter D3 of the second piston section is smaller than the maximum outer diameter D2 of the first piston section and the second piston section extends in a passive position into the channel in the region of the at least one coil, i.e. it extends axially past the radially extending side wall of the ferromagnetic housing, there is no edge on the piston that can get caught on the radially extending side wall of the ferromagnetic housing when the piston moves from the second active position with the switch closed back to the first passive position.

In einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich der zweite Kolbenabschnitt in der ersten passiven Position axial über die Länge der axial verlaufenden Öffnung des Gehäuses in den Kanal im Bereich der mindestens einen Spule. Die Rückstellfeder kann sich daher in einer ersten passiven Position des Kolbens durch die axial verlaufende Öffnung hindurch erstrecken. Dadurch kann die Länge der Rückstellfeder vergrößert werden, ohne dass sich die Gesamtlänge des Kolbens erhöht, sodass die Federkonstante reduziert werden kann.In a preferred embodiment, the second piston section extends in the first In a passive position, the return spring extends axially over the length of the axially extending opening of the housing into the channel in the region of the at least one coil. The return spring can therefore extend through the axially extending opening in a first passive position of the piston. This allows the length of the return spring to be increased without increasing the overall length of the piston, so that the spring constant can be reduced.

In einer Ausführungsform der Erfindung stößt das zweite Ende der Rückstellfeder direkt oder indirekt über eine Unterlegscheibe an eine am Spulenhalter ausgebildete Stufe an. In einer anderen Ausführungsform umfasst die Magnetspule eine ferromagnetische Umgehungsvorrichtung in Form eines ferromagnetischen Rings, der in dem ausgesparten Abschnitt des Spulenhalters angeordnet ist, und ein zweites Ende der Rückstellfeder ist so angeordnet, dass es an den ferromagnetischen Ring anstößt.In one embodiment of the invention, the second end of the return spring abuts a step formed on the coil holder, directly or indirectly via a washer. In another embodiment, the solenoid coil comprises a ferromagnetic bypass device in the form of a ferromagnetic ring disposed in the recessed portion of the coil holder, and a second end of the return spring is arranged to abut the ferromagnetic ring.

Der Kolben erstreckt sich durch die ferromagnetische Umgehungsvorrichtung hindurch und in einer bevorzugten Ausführungsform kann eine radial innere Fläche der ferromagnetischen Umgehungsvorrichtung eine Gleitauflagefläche für den Kolben bilden. Der Außendurchmesser des zweiten Kolbenabschnitts kann die entsprechende Auflagefläche des Kolbens sein. Die ferromagnetische Umgehungsvorrichtung stellt eine feste Auflagefläche zum Aufrechterhalten der konzentrischen Position des Kolbens in dem Kanal bereit. Die Auflagefläche stellt insbesondere sicher, dass der erste Kolbenabschnitt nicht an der radial verlaufenden Seitenwand des Gehäuses hängen bleibt.The piston extends through the ferromagnetic bypass device, and in a preferred embodiment, a radially inner surface of the ferromagnetic bypass device can form a sliding bearing surface for the piston. The outer diameter of the second piston portion can be the corresponding bearing surface of the piston. The ferromagnetic bypass device provides a fixed bearing surface for maintaining the concentric position of the piston in the channel. In particular, the bearing surface ensures that the first piston portion does not catch on the radially extending sidewall of the housing.

Der ausgesparte Abschnitt Spulenhalters weist eine im Wesentlichen zylindrische, radial nach innen gewandte Fläche auf, die einen axial verlaufenden Kanal definiert, der im Wesentlichen den gleichen Querschnitt wie die axial verlaufende Öffnung aufweist. Der nicht ausgesparte Abschnitt der radial nach innen gewandten Fläche des Spulenhalters ist im Wesentlichen zylindrisch und weist einen kleineren Durchmesser als der Durchmesser D1 der axial verlaufenden Öffnung und der Durchmesser des ausgesparten Abschnitts auf.The recessed portion of the coil holder has a substantially cylindrical, radially inwardly facing surface defining an axially extending channel having substantially the same cross-section as the axially extending opening. The non-recessed portion of the radially inwardly facing surface of the coil holder is substantially cylindrical and has a smaller diameter than the diameter D1 of the axially extending opening and the diameter of the recessed portion.

Der Magnetschalter kann ferner einen Kolben aus einem ferromagnetischen Material umfassen, der einen zylindrischen Abschnitt mit einer zentralen Öffnung aufweist, durch die sich der Kolben erstreckt, wobei sich der zylindrische Abschnitt von einem axialen Ende des Spulenhalters mit konstantem Querschnitt zu einer axialen Endfläche des Kolbenanschlags erstreckt, die einer axialen Stirnfläche des Kolbens gegenüberliegt. Die axiale Endfläche des Kolbenanschlags erstreckt sich bis zu der zentralen Öffnung, wobei sich der zylindrische Abschnitt im Bereich der mindestens einen Spule in den Kanal erstreckt und einen sich von dieser erstreckenden radialen Flansch aufweist, der eine zweite Seitenwand bildet, die zusammen mit dem Gehäuse den Bereich der mindestens einen Spule umschließt. Der Kolbenanschlag bildet somit einen Teil des Magnetkreises des Magneten, wobei sich der zylindrische Abschnitt des Kolbenanschlags innerhalb des Spulenhalters ohne einen radialen Spalt zum Spulenhalter erstreckt, wodurch in der aktiven Position des Kolbens, in der nur die Haltespule bestromt ist, eine ausreichende elektromagnetische Kraft auf den Kolben erzeugt werden kann.The magnetic switch may further comprise a piston made of a ferromagnetic material, having a cylindrical portion with a central opening through which the piston extends, wherein the cylindrical portion extends from an axial end of the coil holder with a constant cross-section to an axial end face of the piston stop, which is opposite an axial end face of the piston. The axial end face of the piston stop extends to the central opening, wherein the cylindrical portion extends into the channel in the region of the at least one coil and has a radial flange extending therefrom, which forms a second side wall that, together with the housing, encloses the region of the at least one coil. The piston stop thus forms part of the magnetic circuit of the magnet, wherein the cylindrical portion of the piston stop extends within the coil holder without a radial gap to the coil holder, whereby a sufficient electromagnetic force can be generated on the piston in the active position of the piston, in which only the holding coil is energized.

In der Position mit geschlossenem Schalter ist die radiale Außenfläche des ersten Kolbenabschnitts unmittelbar der Innenfläche der axial verlaufenden Öffnung des Gehäuses zugewandt. Mit anderen Worten ist zwischen dem ersten Kolbenabschnitt und der axial verlaufenden Öffnung des Gehäuses keine Hülse vorhanden. Dies hat den Effekt, dass der Spalt zwischen der radial äußeren Fläche des ersten Kolbenabschnitts und der inneren Fläche der axial verlaufenden Öffnung des Gehäuses minimiert werden kann, um die elektromagnetische Kraft auf den Kolben in der aktiven Position zu erhöhen, wenn nur die Haltespule bestromt ist. Dieser radiale Spalt beträgt vorzugsweise weniger als 1 mm.In the closed switch position, the radially outer surface of the first piston portion directly faces the inner surface of the axially extending opening of the housing. In other words, there is no sleeve between the first piston portion and the axially extending opening of the housing. This has the effect of minimizing the gap between the radially outer surface of the first piston portion and the inner surface of the axially extending opening of the housing to increase the electromagnetic force on the piston in the active position when only the holding coil is energized. This radial gap is preferably less than 1 mm.

Es sei darauf hingewiesen, dass bei gleicher Magnetschalterausgestaltung die Einzugskraft reduziert werden kann, indem einfach der Außendurchmesser D2 des ersten Kolbenabschnitts vergrößert und der Innendurchmesser D1 der Öffnung in der radial verlaufenden Seitenwand des Gehäuses entsprechend vergrößert wird, wodurch D1 > D2.It should be noted that, with the same magnetic switch design, the pull-in force can be reduced by simply increasing the outer diameter D2 of the first piston section and correspondingly increasing the inner diameter D1 of the opening in the radial side wall of the housing, whereby D1 > D2.

In einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich der Spulenbereich, der die mindestens eine Spule enthält, axial über eine Länge L1 zwischen einem ersten Spulenende nahe der radial verlaufenden Seitenwand des Gehäuses und einem zweiten distalen Spulenende, und der zweite Kolbenabschnitt erstreckt sich in der ersten passiven Position über eine Länge L2 in den Spulenbereich, wobei L2 > 0,1 x L1 ist. Der zweite Kolbenabschnitt mit dem im Vergleich zum ersten Kolbenabschnitt reduzierten Durchmesser erstreckt sich daher im Wesentlichen in den Spulenbereich in der Aussparung des Spulenhalters, sodass eine wesentliche Länge der Rückstellfeder im Spulenbereich untergebracht werden kann.In a preferred embodiment, the coil region containing the at least one coil extends axially over a length L1 between a first coil end near the radially extending side wall of the housing and a second distal coil end, and the second piston portion extends, in the first passive position, over a length L2 into the coil region, where L2 > 0.1 x L1. The second piston portion, with the reduced diameter compared to the first piston portion, therefore extends substantially into the coil region in the recess of the coil holder, so that a substantial length of the return spring can be accommodated in the coil region.

In einer weiteren Ausführungsform erstreckt sich der zweite Kolbenabschnitt in der zweiten Position mit geschlossenem Schalter über eine Länge L3 in den Spulenbereich, wobei L3 > 0,5 x L1 ist. Der zweite Kolbenabschnitt ist dabei im Spulenbereich zylindrisch und der Außendurchmesser des zweiten Kolbenabschnitts ist entlang einer radial nach innen gewandten Fläche des Magnetschalters gleitend angeordnet. Die radial nach innen gewandte Fläche könnte die eines Spulenhalters sein, der die mindestens eine Spule hält und den Kanal definiert, durch den der Kolben in axialer Richtung läuft.In a further embodiment, the second piston section extends in the second position with the switch closed over a length L3 into the coil area, where L3 > 0.5 x L1. The second piston section is cylindrical in the coil area and the outer diameter of the second piston section is along a radially inward facing surface of the magnetic switch. The radially inward-facing surface could be that of a coil holder that holds the at least one coil and defines the channel through which the piston moves in the axial direction.

Der Spulenhalter kann aus einem Polymermaterial hergestellt sein.The spool holder may be made of a polymer material.

Der erste und/oder der zweite Kolbenabschnitt können im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet sein. Der Querschnitt des Kolbens im zweiten Kolbenabschnitt kann massiv sein, d. h. ohne Hohlräume. Wenn sich der Kolben in der Position mit geschlossenem Schalter befindet und nur die Haltespule bestromt ist, reduziert der massive Querschnitt des zweiten Kolbenabschnitts den Widerstand gegen den Fluss des magnetischen Flusses, sodass mehr Kraft auf den Kolben ausgeübt wird, um den Kolben in der Position mit geschlossenem Schalter zu halten.The first and/or second piston portions may be substantially cylindrical. The cross-section of the piston in the second piston portion may be solid, i.e., without cavities. When the piston is in the closed switch position and only the holding coil is energized, the solid cross-section of the second piston portion reduces the resistance to the flow of magnetic flux, so that more force is exerted on the piston to hold the piston in the closed switch position.

Der Magnetschalter umfasst ferner zwei Anschlüsse, wobei der Kolben mit einer Kontaktplatte verbunden ist, die einen elektrischen Pfad zwischen den beiden Anschlüssen herstellt, wenn sich der Kolben in der Position mit geschlossenem Schalter befindet. Das Verbinden des elektrischen Pfads zwischen den beiden Anschlüssen lässt einen hohen Strom direkt zum Anlassermotor fließen.The solenoid switch further includes two terminals, with the plunger connected to a contact plate that creates an electrical path between the two terminals when the plunger is in the closed switch position. Connecting the electrical path between the two terminals allows a high current to flow directly to the starter motor.

Die Kontaktplatte kann über eine Kontaktfeder, die den Kontakt in axialer Richtung vorspannt, auf dem Kolben montiert sein, sodass sich die Kontaktplatte axial relativ zu dem Kolben bewegen kann, um einen sanften Kontakt mit den Anschlüssen herzustellen. Es sei darauf hingewiesen, dass beim ersten Schließen des Schalters nur die Haltespule aktiviert wird und sich der Kolben durch das Zusammendrücken der Kontaktfeder noch 1-2 mm in axialer Richtung zu den Anschlüssen bewegt. Die Position mit geschlossenem Schalter im Sinne dieser Anmeldung ist die Endposition, die der Kolben einnimmt, wenn der Kontakt einen elektrischen Pfad zwischen den beiden Anschlüssen verbindet und die Haltespule bestromt ist.The contact plate can be mounted on the plunger via a contact spring that preloads the contact in the axial direction, allowing the contact plate to move axially relative to the plunger to establish gentle contact with the terminals. It should be noted that when the switch is first closed, only the holding coil is activated, and the plunger continues to move an additional 1-2 mm in the axial direction toward the terminals due to the compression of the contact spring. The "closed switch" position, as defined in this application, is the final position assumed by the plunger when the contact establishes an electrical path between the two terminals and the holding coil is energized.

In einem weiteren Aspekt ist ein Fahrzeuganlasser bereitgestellt, der einen Elektromotor und einen Magnetschalter gemäß dem Vorstehenden umfasst, wobei der Kolben des Magnetschalters mit einem Hebel verbunden ist, der zum axialen Bewegen eines mit dem Elektromotor verbundenen Ritzels angeordnet ist.In another aspect, a vehicle starter is provided comprising an electric motor and a solenoid switch according to the above, wherein the plunger of the solenoid switch is connected to a lever arranged to axially move a pinion connected to the electric motor.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Ausführungsformen sollen nun in ausschließlich beispielhafter Weise und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen weiter beschrieben werden; wobei:

1 eine Seitenschnittansicht eines Magnetschalters in einer ersten passiven Position gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist.
2 eine Seitenschnittansicht eines Magnetschalters in einer Position mit geschlossenem Schalter gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist.
2 eine Seitenschnittansicht eines Magnetschalters in einer Position mit geschlossenem Schalter gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist.
4 eine Teilschnittseitenansicht eines Fahrzeuganlassers gemäß der Erfindung ist.

Embodiments will now be further described by way of example only and with reference to the accompanying drawings, in which:

1 is a side sectional view of a magnetic switch in a first passive position according to an embodiment of the invention.
2 is a side sectional view of a magnetic switch in a switch-closed position according to an embodiment of the invention.
2 is a side sectional view of a magnetic switch in a switch-closed position according to another embodiment of the invention.
4 is a partially sectional side view of a vehicle starter according to the invention.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION

Nun zu 1 und 2. Ein Magnetschalter gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung umfasst eine Einzugsspule 2 und eine Haltespule 3. Die Haltespule ist der Darstellung nach radial außerhalb der Einzugsspule angeordnet, jedoch wäre eine andere Anordnung der Spulen möglich. Durch die Spulen 2, 3 erstreckt sich in axialer Richtung 5 ein Kanal 4. Die Spulen 2, 3 werden von einem Spulenhalter 6 getragen, der aus einem nicht ferromagnetischen Material, vorzugsweise einem Polymermaterial, hergestellt sein kann. Ein Gehäuse 7 aus einem ferromagnetischen Material umschließt die mindestens eine Spule 2, 3 in radialer Richtung. Das Gehäuse umfasst eine erste, radial verlaufende Seitenwand 8, die eine axial verlaufende kreisförmige Öffnung 9 mit einem Innendurchmesser D1 aufweist. Die Seitenwand 8 ist an einer axialen Seite der Spulen 2, 3 positioniert.Now to 1 and 2 . A magnetic switch according to a first embodiment of the invention comprises a pull-in coil 2 and a holding coil 3. The holding coil is shown arranged radially outside the pull-in coil, but a different arrangement of the coils would be possible. A channel 4 extends through the coils 2, 3 in the axial direction 5. The coils 2, 3 are carried by a coil holder 6, which can be made of a non-ferromagnetic material, preferably a polymer material. A housing 7 made of a ferromagnetic material encloses the at least one coil 2, 3 in the radial direction. The housing comprises a first, radially extending side wall 8, which has an axially extending circular opening 9 with an inner diameter D1. The side wall 8 is positioned on an axial side of the coils 2, 3.

Ein Kolben 10 erstreckt sich durch die axial verlaufende Öffnung 9 mindestens teilweise in den Kanal 4 und ist dazu angeordnet, in der axialen Richtung 5 zwischen einer ersten passiven Position (in 1 gezeigt), in welcher der Schalter offen ist und die mindestens eine Spule nicht bestromt ist, und einer zweiten Position (in 2 gezeigt), in welcher der Schalter geschlossen ist, verschiebbar zu sein. Das Gehäuse 7 bildet zusammen mit dem Kolben 10 und einem Kolbenanschlag 13, ebenfalls aus ferromagnetischem Material hergestellt, einen Teil eines Pfads des Magnetkreises.A piston 10 extends through the axially extending opening 9 at least partially into the channel 4 and is arranged to move in the axial direction 5 between a first passive position (in 1 shown), in which the switch is open and the at least one coil is not energized, and a second position (in 2 shown), in which the switch is closed. The housing 7, together with the piston 10 and a piston stop 13, also made of ferromagnetic material, forms part of a path of the magnetic circuit.

Der Kolben 10 umfasst einen ersten Kolbenabschnitt 11 und einen axial benachbart zu dem ersten Kolbenabschnitt 11 angeordneten zweiten Kolbenabschnitt 12. Wie aus 2 und 3 ersichtlich ist, erstreckt sich der erste axial verlaufende Kolbenabschnitt 11 in der Position mit geschlossenem Schalter mindestens teilweise axial innerhalb der axial verlaufenden Öffnung 9 der Gehäuseseitenwand 8. Der zweite Kolbenabschnitt 12 erstreckt sich in der in 1 gezeigten ersten passiven Position axial im Wesentlichen über die Länge der axial verlaufenden Öffnung 9 der Gehäuseseitenwand 8 in den Kanal 4 im Bereich der mindestens einen Spule 2,3. Die Länge der axial verlaufenden Öffnung 9 entspricht der Dicke der Gehäuseseitenwand 8 im Bereich der Öffnung 9. Der erste Kolbenabschnitt 11 weist einen maximalen Außendurchmesser D2 und der zweite Kolbenabschnitt einen maximalen Außendurchmesser D3 auf. Der maximale Außendurchmesser D3 des zweiten Kolbenabschnitts 12 ist kleiner als der maximale Außendurchmesser D2 des ersten Kolbenabschnitts 11, und ein Übergang zwischen dem ersten Kolbenabschnitt 11 und dem zweiten Kolbenabschnitt 12 ist durch eine Stufe 31 mit einer axial gerichteten Stoßfläche 40 gebildet.The piston 10 comprises a first piston section 11 and a second piston section 12 arranged axially adjacent to the first piston section 11. As can be seen from 2 and 3 As can be seen, the first axially extending piston section 11 in the closed switch position extends at least partially axially within the axially extending opening 9 of the housing sides wall 8. The second piston section 12 extends in the 1 shown first passive position axially substantially over the length of the axially extending opening 9 of the housing side wall 8 into the channel 4 in the region of the at least one coil 2, 3. The length of the axially extending opening 9 corresponds to the thickness of the housing side wall 8 in the region of the opening 9. The first piston section 11 has a maximum outer diameter D2 and the second piston section has a maximum outer diameter D3. The maximum outer diameter D3 of the second piston section 12 is smaller than the maximum outer diameter D2 of the first piston section 11, and a transition between the first piston section 11 and the second piston section 12 is formed by a step 31 with an axially directed abutment surface 40.

Gemäß der Erfindung weist der Spulenhalter 6 eine radial nach innen gewandte Fläche 38 auf, die einen ausgesparten Abschnitt 39 umfasst, und eine Rückstellfeder 29 ist mindestens teilweise in einem radialen Spalt 30 zwischen dem ausgesparten Abschnitt 39 des Spulenhalters 6 und einer radial äußeren Fläche 25 des Kolbens 10 angeordnet. Durch Anordnen der Rückstellfeder 29 innerhalb des radialen Spalts 30 zwischen dem ausgesparten Abschnitt 39 des Spulenhalters 6 und einer radial äußeren Fläche 25 des Kolbens 10 kann die Länge des Kolbens 10 und/oder des Magneten gegenüber Auslegungen des Stands der Technik, bei denen die Feder 29 außerhalb des Spulenbereichs angeordnet ist, reduziert werden. Da die Rückstellfeder 29 radial außerhalb des Kolbens 10 angeordnet ist, ist der Durchmesser der Feder 29 im Vergleich zu einer Feder, die innerhalb eines zentralen Hohlraums des Kolbens angeordnet ist, groß. Dadurch kann die Federkonstante reduziert werden. Die Rückstellfeder 29 weist eine Federkonstante k auf, wobei vorzugsweise k < 2 N/mm ist. Da sich die Rückstellfeder 29 in einem ausgesparten Abschnitt des Spulenhalters 6 befindet, müssen Teile des Magnetkreises nicht verändert werden, um die Rückstellfeder 29 unterzubringen, was die Einzugs- und Haltekrafteigenschaften des Magnetschalters verbessert. In einer bevorzugten Ausführungsform liegt das Verhältnis des maximalen Außendurchmessers D3 des zweiten Kolbenabschnitts 12 zum maximalen Außendurchmesser D2 des ersten Kolbenabschnitts 11 im Bereich 1,1 < D2/D3 < 1,5. Dieser Verhältnisbereich von D2 zu D3 ermöglicht eine ausreichende Reduzierung der Einzugskraft und lässt Platz für die Anordnung der Rückstellfeder, während gleichzeitig eine ausreichende Haltekraft in der Position mit geschlossenem Schalter erzielt wird, wenn nur die Haltespule bestromt ist.According to the invention, the coil holder 6 has a radially inward-facing surface 38 including a recessed portion 39, and a return spring 29 is at least partially disposed within a radial gap 30 between the recessed portion 39 of the coil holder 6 and a radially outer surface 25 of the piston 10. By disposing the return spring 29 within the radial gap 30 between the recessed portion 39 of the coil holder 6 and a radially outer surface 25 of the piston 10, the length of the piston 10 and/or the magnet can be reduced compared to prior art designs in which the spring 29 is disposed outside the coil area. Because the return spring 29 is disposed radially outside the piston 10, the diameter of the spring 29 is large compared to a spring disposed within a central cavity of the piston. This allows the spring constant to be reduced. The return spring 29 has a spring constant k, preferably k < 2 N/mm. Since the return spring 29 is located in a recessed section of the coil holder 6, parts of the magnetic circuit do not need to be modified to accommodate the return spring 29, which improves the pull-in and holding force characteristics of the magnetic switch. In a preferred embodiment, the ratio of the maximum outer diameter D3 of the second piston section 12 to the maximum outer diameter D2 of the first piston section 11 is in the range 1.1 < D2/D3 < 1.5. This ratio range of D2 to D3 enables a sufficient reduction in the pull-in force and leaves space for the arrangement of the return spring, while at the same time achieving sufficient holding force in the closed switch position when only the holding coil is energized.

Der erste Kolbenabschnitt 11 und der zweite Kolbenabschnitt 12 weisen eine im Wesentlichen zylindrische Form auf, wobei der Querschnitt des Kolbens 12 in dem zweiten Kolbenabschnitt in der dargestellten Ausführungsform massiv, d. h. ohne Hohlräume, ist. Wenn sich der Kolben in der Position mit geschlossenem Schalter befindet und nur die Haltespule bestromt ist, reduziert der massive zweite Kolbenabschnitt 12 den Widerstand gegen den Fluss des magnetischen Flusses, sodass mehr Kraft auf den Kolben ausgeübt wird, um den Kolben in der Position mit geschlossenem Schalter zu halten. Die Rückstellfeder 29 ist in einem radialen Spalt 30 zwischen der Außenfläche 25 des Kolbens 10 und der inneren Spule 2 angeordnet, sodass die Rückstellfeder 29 den zweiten Kolbenabschnitt 12 umgibt. Ferner ist ein erstes Ende der Feder 29 so angeordnet, dass es an einem Übergang zwischen dem ersten Kolbenabschnitt 11 und dem zweiten Kolbenabschnitt 12 an die Stufe 31 des Kolbens 10 anstößt, und das zweite Ende der Feder 29 ist so angeordnet, dass es an einen stationären Teil des Magnetschalters 1 anstößt.The first piston portion 11 and the second piston portion 12 have a substantially cylindrical shape, with the cross-section of the piston 12 in the second piston portion being solid, i.e., without cavities, in the illustrated embodiment. When the piston is in the closed-switch position and only the holding coil is energized, the solid second piston portion 12 reduces the resistance to the flow of magnetic flux, so that more force is exerted on the piston to hold the piston in the closed-switch position. The return spring 29 is arranged in a radial gap 30 between the outer surface 25 of the piston 10 and the inner coil 2, so that the return spring 29 surrounds the second piston portion 12. Furthermore, a first end of the spring 29 is arranged to abut the step 31 of the piston 10 at a transition between the first piston portion 11 and the second piston portion 12, and the second end of the spring 29 is arranged to abut a stationary part of the magnetic switch 1.

Bei gleicher Windungszahl der Einzugsspule wird eine Reduktion der Einzugskraft dadurch erzielt, dass der Spalt 14 zwischen dem maximalen Außendurchmesser D3 und dem Innendurchmesser D1 der Öffnung 9 in der radial verlaufenden Seitenwand 8 des ferromagnetischen Gehäuses vergrößert wird, wenn sich der Kolben 10 in der passiven Position befindet. Dieser Luftspalt 14 setzt dem magnetischen Fluss einen Widerstand entgegen und schwächt das Magnetfeld, sodass die Kraft, die auf den ferromagnetischen Kolben 10 ausgeübt wird, abnimmt. Wenn der Kolben aus der in 2 gezeigten zweiten Position mit geschlossenem Schalter in die in 1 gezeigte erste Schalterposition zurückkehrt, sind am Kolben keine Kanten vorhanden, die im Bereich der Öffnung 9 an der Gehäuseseitenwand 8 hängen bleiben können. Der zweite Kolbenabschnitt 12 ist somit frei von Kerben oder Nuten. Ferner ist keine Hülse erforderlich, um die innere Öffnung 9 in der radial verlaufenden Seitenwand 8 des Gehäuses 7 abzudecken, um zu verhindern, dass der Kolben 10 an der Seitenwand 8 hängen bleibt. Die radiale Außenfläche 19 des ersten Kolbenabschnitts 11 kann daher in der Position mit geschlossenem Schalter aus 2 und 3 unmittelbar der radial nach innen gewandten Fläche 20 der axial verlaufenden Öffnung 9 der Gehäuseseitenwand 8 zugewandt sein.With the same number of windings of the pull-in coil, a reduction in the pull-in force is achieved by increasing the gap 14 between the maximum outer diameter D3 and the inner diameter D1 of the opening 9 in the radially extending side wall 8 of the ferromagnetic housing when the piston 10 is in the passive position. This air gap 14 opposes the magnetic flux and weakens the magnetic field, so that the force exerted on the ferromagnetic piston 10 decreases. When the piston is moved from the 2 shown second position with the switch closed to the position shown in 1 shown first switch position, there are no edges on the piston that can get caught in the area of the opening 9 on the housing side wall 8. The second piston section 12 is thus free of notches or grooves. Furthermore, no sleeve is required to cover the inner opening 9 in the radially extending side wall 8 of the housing 7 to prevent the piston 10 from getting caught on the side wall 8. The radial outer surface 19 of the first piston section 11 can therefore be made of 2 and 3 directly facing the radially inwardly facing surface 20 of the axially extending opening 9 of the housing side wall 8.

Der erste und der zweite Kolbenabschnitt 11, 12 bilden einen Teil des Hauptkolbenkörpers 15, der eine axiale Stirnfläche 16 aufweist, die einer gegenüberliegenden axialen Stirnfläche 17 des Kolbenanschlags 13 zugewandt ist und/oder an diese anstößt, wenn sich der Kolben 10 in der Position mit geschlossenem Schalter aus 2 befindet. Der Kolbenanschlag 13 umfasst einen zylindrischen Abschnitt 44, der radial im Bereich der mindestens einen Spule 2, 3 angeordnet ist, und einen radialen Flansch 18, der sich von dort aus erstreckt und eine zweite Seitenwand 18 bildet, die zusammen mit dem Gehäuse 7 den Bereich der mindestens einen Spule 2, 3 umschließt. Ein Spulenbereich 24, der die Haltespule 3 und die Einzugsspule 2 enthält, erstreckt sich axial über eine Länge L1 zwischen einem ersten Spulenende 22, das sich in der Nähe der radial verlaufenden Seitenwand 8 des Gehäuses 7 befindet, und einem zweiten, distalen Spulenende 23.The first and second piston sections 11, 12 form part of the main piston body 15, which has an axial end face 16 facing and/or abutting an opposite axial end face 17 of the piston stop 13 when the piston 10 is in the switch-closed position. 2 The piston stop 13 comprises a cylindrical section 44, which is arranged radially in the region of the at least one coil 2, 3, and a radial flange 18, which extends from there and forms a second side wall 18 which, together with the housing 7, encloses the area of the at least one coil 2, 3. A coil area 24, which contains the holding coil 3 and the pull-in coil 2, extends axially over a length L1 between a first coil end 22, which is located near the radially extending side wall 8 of the housing 7, and a second, distal coil end 23.

Der Kolbenanschlag ist aus einem ferromagnetischen Material gefertigt. Der zylindrische Abschnitt 44 weist eine zentrale Öffnung 45 auf, durch die sich der Kolben 10 erstreckt, und der zylindrische Abschnitt 44 erstreckt sich von einem axialen Ende des Spulenhalters 6 mit konstantem Querschnitt zu einer axialen Endfläche 17 des Kolbenanschlags 13, die einer axialen Stirnfläche 16 des Kolbens zugewandt ist. Die axiale Endfläche 17 des Kolbenanschlags erstreckt sich zu der zentralen Öffnung 45, und der zylindrische Abschnitt 44 erstreckt sich in den Kanal 4 im Bereich der mindestens einen Spule 2, 3. Der Kolbenanschlag 13 bildet somit einen Teil des Magnetkreises des Magneten, wobei sich der zylindrische Abschnitt 44 des Kolbenanschlags 13 innerhalb des Spulenhalters 6 ohne einen radialen Spalt zum Spulenhalter 6 erstreckt, wodurch in der aktiven Position des Kolbens 10, in der nur die Haltespule bestromt ist, eine ausreichende elektromagnetische Kraft auf den Kolben erzeugt werden kann.The piston stop is made of a ferromagnetic material. The cylindrical section 44 has a central opening 45 through which the piston 10 extends, and the cylindrical section 44 extends from an axial end of the coil holder 6 with a constant cross-section to an axial end face 17 of the piston stop 13, which faces an axial end face 16 of the piston. The axial end face 17 of the piston stop extends to the central opening 45, and the cylindrical section 44 extends into the channel 4 in the region of the at least one coil 2, 3. The piston stop 13 thus forms part of the magnetic circuit of the magnet, with the cylindrical section 44 of the piston stop 13 extending within the coil holder 6 without a radial gap to the coil holder 6, whereby a sufficient electromagnetic force can be generated on the piston in the active position of the piston 10, in which only the holding coil is energized.

Der zweite Kolbenabschnitt 12 erstreckt sich passiv in den Kanal 4 im Bereich der Spulen 2, 3. Wie in 1 zu sehen ist, erstreckt sich der zweite Kolbenabschnitt in der ersten passiven Position über eine Länge L2 in den Spulenbereich, wobei L2 > 0,1 x L1 ist. In der in 1 bis 3 gezeigten Ausführungsform erstreckt sich der zweite Kolbenabschnitt 12 in der zweiten Position mit geschlossenem Schalter über eine Länge L3 in den Spulenbereich 24, wobei L3 > 0,5 x L1 ist. Der zweite Kolbenabschnitt 12 ist dabei im Spulenbereich 24 zylindrisch ausgebildet, und die Außendurchmesserfläche 25 des zweiten Kolbenabschnitts 12 ist entlang einer radial nach innen gewandten Fläche 26 des Magnetschalters 1 gleitend angeordnet. In der Ausführungsform in 3 ist die radial nach innen gewandte Fläche 26 durch den die Spulen 2, 3 haltenden Spulenhalter 6 gebildet, der den Kanal definiert, durch den der Kolben in axialer Richtung 6 läuft.The second piston section 12 extends passively into the channel 4 in the area of the coils 2, 3. As in 1 As can be seen, the second piston section in the first passive position extends over a length L2 into the coil area, where L2 > 0.1 x L1. 1 to 3 In the embodiment shown, the second piston section 12 extends in the second position with the switch closed over a length L3 into the coil region 24, where L3 > 0.5 x L1. The second piston section 12 is cylindrical in the coil region 24, and the outer diameter surface 25 of the second piston section 12 is arranged to slide along a radially inwardly facing surface 26 of the magnetic switch 1. In the embodiment in 3 the radially inwardly facing surface 26 is formed by the coil holder 6 holding the coils 2, 3, which defines the channel through which the piston runs in the axial direction 6.

In der in 1 und 2 gezeigten Ausführungsform umfasst der Magnetschalter 1 eine ferromagnetische Umgehungsvorrichtung 27. Die ferromagnetische Umgehungsvorrichtung 27 ist als ferromagnetischer Ring 27 ausgebildet, der radial zwischen der Innenspule 2 und dem Kolben 10 angeordnet ist, wobei die radial innere Fläche 28 der ferromagnetischen Umgehungsvorrichtung 27 eine Gleitauflagefläche für den Kolben 10 bildet. Die Außendurchmesserfläche des zweiten Kolbenabschnitts 12 ist die entsprechende Auflagefläche des Kolbens 10. Die ferromagnetische Umgehungsvorrichtung 27 stellt eine feste Auflagefläche zur Aufrechterhaltung der konzentrischen Position des Kolbens 10 im Kanal 4 bereit. Insbesondere stellt die Auflagefläche sicher, dass der erste Kolbenabschnitt 11 nicht an der radial verlaufenden Seitenwand 8 des Gehäuses 7 hängen bleibt.In the 1 and 2 In the embodiment shown, the magnetic switch 1 comprises a ferromagnetic bypass device 27. The ferromagnetic bypass device 27 is designed as a ferromagnetic ring 27 which is arranged radially between the inner coil 2 and the piston 10, wherein the radially inner surface 28 of the ferromagnetic bypass device 27 forms a sliding support surface for the piston 10. The outer diameter surface of the second piston section 12 is the corresponding support surface of the piston 10. The ferromagnetic bypass device 27 provides a fixed support surface for maintaining the concentric position of the piston 10 in the channel 4. In particular, the support surface ensures that the first piston section 11 does not catch on the radially extending side wall 8 of the housing 7.

In der Ausführungsform aus 1 und 2 stellt die ferromagnetische Umgehungsvorrichtung 27 eine axial gerichtete Stoßfläche für das zweite Ende der Rückstellfeder 29 bereit. In der Ausführungsform aus 3 stellt der Spulenhalter eine axiale Stoßfläche für das zweite Ende der Rückstellfeder 29 bereit.In the embodiment from 1 and 2 the ferromagnetic bypass device 27 provides an axially directed abutment surface for the second end of the return spring 29. In the embodiment of 3 the spool holder provides an axial abutment surface for the second end of the return spring 29.

Ein radialer Spalt 21 zwischen dem Außendurchmesser D2 des ersten Kolbenabschnitts 11 und dem Innendurchmesser D1 der Öffnung 9 in der radial verlaufenden Seitenwand 8 ist minimiert, um den Widerstand gegen den Fluss des magnetischen Flusses zu reduzieren, wenn sich der Kolben in der (Einzugs-) Position mit geschlossenem Schalter aus 2 befindet. Dieser radiale Spalt 21 beträgt vorzugsweise weniger als 1 mm. Dieser kleine Spalt kann dadurch erreicht werden, dass auf eine Hülse in dem radialen Spalt verzichtet wird, sodass die radial nach außen gewandte Fläche des ersten Kolbenabschnitts 11 unmittelbar der radial nach innen gewandten Fläche der Öffnung 9 zugewandt ist. Der erste Kolbenabschnitt 11 erstreckt sich in axialer Richtung 5 etwa über die Dicke der Seitenwand 8.A radial gap 21 between the outer diameter D2 of the first piston section 11 and the inner diameter D1 of the opening 9 in the radially extending side wall 8 is minimized in order to reduce the resistance to the flow of the magnetic flux when the piston is in the (retracted) position with the switch closed from 2 This radial gap 21 is preferably less than 1 mm. This small gap can be achieved by omitting a sleeve in the radial gap, so that the radially outward-facing surface of the first piston section 11 faces directly the radially inward-facing surface of the opening 9. The first piston section 11 extends in the axial direction 5 approximately over the thickness of the side wall 8.

4 zeigt einen Fahrzeuganlasser, wobei der Kolben 10 des Magnetschalters 1 mit einem Hebel 37 verbunden ist, der zur axialen Bewegung eines mit dem Elektromotor 34 verbundenen Ritzels 37 angeordnet ist. Wenn ein Zündschlüssel gedreht wird, werden sowohl die Einzugsspule 2 als auch die Haltespule 3 bestromt und das Ritzel 37 wird mit einem Hohlrad eines Motors in Eingriff gebracht. Wenn der Kolben 10 die Position mit geschlossenem Schalter erreicht, wird die Einzugsspule 2 wirksam kurzgeschlossen und nur die Haltespule 3 bestromt, wobei die Eingriffsposition des Ritzels 37 und des Hohlrads des Motors erhalten bleibt. Der Magnetschalter 1 umfasst zwei Anschlüsse 32, und der Kolben 10 ist mit einer Kontaktplatte 33 verbunden, die einen elektrischen Pfad zwischen den beiden Anschlüssen 32 herstellt, wenn sich der Kolben 10 in der Position mit geschlossenem Schalter befindet. Das Verbinden des elektrischen Pfads zwischen den beiden Anschlüssen 32 lässt einen hohen Strom direkt zum Anlassermotor 34 fließen, sodass das Ritzel 37 das Hohlrad des Motors antreiben kann. Die Kontaktplatte 33 kann über eine Kontaktfeder 35, welche die Kontaktplatte 33 in der axialen Richtung 5 vorspannt, an dem Kolben 10 montiert sein, sodass sich der Kontakt axial relativ zu dem Kolben 10 bewegen kann, um einen sanften Kontakt mit den Anschlüssen 32 herzustellen. Wenn der Schalter erstmals geschlossen wird, wird nur die Haltespule 3 aktiviert, und der Kolben 10 bewegt sich aufgrund der Kompression der Feder 35 um weitere 1-2 mm in axialer Richtung 5 zu den Anschlüssen 32. Durch Reduzieren der Einzugskraft wird das Risiko einer Beschädigung des Ritzels und des Hohlrads beim Eingriff reduziert. 4 shows a vehicle starter, wherein the plunger 10 of the solenoid switch 1 is connected to a lever 37 arranged for axial movement of a pinion 37 connected to the electric motor 34. When an ignition key is turned, both the pull-in coil 2 and the holding coil 3 are energized, and the pinion 37 is engaged with a ring gear of a motor. When the plunger 10 reaches the switch-closed position, the pull-in coil 2 is effectively short-circuited and only the holding coil 3 is energized, maintaining the engaged position of the pinion 37 and the motor ring gear. The solenoid switch 1 comprises two terminals 32, and the plunger 10 is connected to a contact plate 33 that establishes an electrical path between the two terminals 32 when the plunger 10 is in the switch-closed position. Connecting the electrical path between the two terminals 32 allows a high current to flow directly to the starter motor 34, allowing the pinion 37 to drive the motor's ring gear. The contact plate 33 can be connected to the contact spring 35. which preloads the contact plate 33 in the axial direction 5, may be mounted on the piston 10 so that the contact can move axially relative to the piston 10 to make smooth contact with the terminals 32. When the switch is first closed, only the holding coil 3 is activated, and the piston 10 moves a further 1-2 mm in the axial direction 5 toward the terminals 32 due to the compression of the spring 35. By reducing the pull-in force, the risk of damage to the pinion and ring gear during engagement is reduced.

BEZUGSZEICHENLISTELIST OF REFERENCE SYMBOLS

11: MagnetschalterMagnetic switch
22: Einzugsspulefeed spool
33: HaltespuleHolding coil
44: Kanalchannel
55: Axialrichtungaxial direction
66: Spulenhalterspool holder
77: GehäuseHousing
88: GehäuseseitenwandHousing side panel
99: Öffnungopening
1010: KolbenPistons
1111: Erster KolbenabschnittFirst piston section
1212: Zweiter KolbenabschnittSecond piston section
1313: KolbenanschlagPiston stop
1414: Spaltgap
1515: KolbenkörperPiston body
1616: Axiale StirnflächeAxial face
1717: Axiale EndflächeAxial end face
1818: Seitenwandside wall
1919: Radiale AußenflächeRadial outer surface
2020: Radial nach innen gewandte FlächeRadially inward-facing surface
2121: Radialer SpaltRadial gap
2222: Erstes SpulenendeFirst coil end
2323: Zweites SpulenendeSecond coil end
2424: SpulenbereichCoil area
2525: KolbenflächePiston area
2626: Radial nach innen gewandte FlächeRadially inward-facing surface
2727: Ferromagnetische UmgehungsvorrichtungFerromagnetic bypass device
2828: Radial nach innen gewandte FlächeRadially inward-facing surface
2929: FederFeather
3030: Radialer SpaltRadial gap
3131: StufeLevel
3232: AnschlussConnection
3333: KontaktplatteContact plate
3434: MotorMotor
3535: FederFeather
3636: Hebellever
3737: Ritzelpinion
3838: Radial innere Fläche des HaltersRadial inner surface of the holder
3939: Ausgesparter AbschnittRecessed section
4040: StoßflächeImpact surface
4141: FlächeArea
4242: StufeLevel
4343: Unterlegscheibewasher
4444: Zylindrischer AbschnittCylindrical section
4545: Zentrale ÖffnungCentral opening
D1D1: Innendurchmesser der ÖffnungInner diameter of the opening
D2D2: Maximaler Außendurchmesser des ersten KolbenabschnittsMaximum outer diameter of the first piston section
D3D3: Maximaler Außendurchmesser des zweiten KolbenabschnittsMaximum outer diameter of the second piston section

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES CONTAINED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 20120068796A1 [0002]
DE 102016225324A1 [0003]

Claims

A magnetic switch (1) for a vehicle starter, the magnetic switch (1) comprising: at least one coil (2, 3) and a channel (4) extending through the at least one coil (2, 3) in the axial direction (5), wherein the at least one coil (2, 3) is supported on a coil holder (6); a housing (7) made of a ferromagnetic material that radially surrounds the at least one coil (2, 3), wherein the housing (7) comprises a first radially extending side wall (8) having an axially extending opening (9) with an inner diameter D1; a piston (10) extending through the axially extending opening (9) at least partially into the channel (4) and arranged to move in the axial direction (5) between a first passive position, in which the switch (1) is open and the at least one coil is not energized, and a second position, in which the switch (1) is closed; to be displaceable, wherein the coil holder (6) has a radially inward-facing surface (38) comprising a recessed portion (39), and a return spring (29) is arranged at least partially in a radial gap (30) between the recessed portion (39) of the coil holder (6) and a radially outer surface (25) of the piston (10).

Magnetic switch (1) after Claim 1 , wherein the piston (10) comprises a first piston section (11) and a second piston section (12) arranged axially adjacent to the first piston section (11), wherein the first piston section (11) in the position with the switch closed extends at least partially into the axially extending opening (9) of the housing (7), wherein the second piston section (12) in the first passive position extends into the channel (4) in the region of the at least one coil (2, 3), wherein the first piston section (11) has a maximum outer diameter D2, wherein the second piston section (12) has a maximum outer diameter D3, wherein the maximum outer diameter D3 of the second piston section (12) is smaller than the maximum outer diameter D2 of the first piston section (11), and a transition between the first piston section (11) and the second piston section (12) is formed by a step (31) with an axially directed abutment surface (40), wherein the return spring (29) is at least partially in a radial gap (30) is arranged between the recessed portion (39) of the coil holder (6) and a radially outer surface (25) of the second piston portion (12) and a first end of the return spring (29) abuts the abutment surface (40) of the piston (10).

Magnetic switch (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the return spring (29) extends through the axially extending opening (9) in a first passive position of the piston (10).

Magnetic switch (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the second end of the return spring (29) abuts directly or indirectly via a washer (43) against a step (42) formed on the coil holder (6).

Magnetic switch (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the recessed portion (39) of the coil holder (6) has a substantially cylindrical radially inwardly facing surface (41) which defines an axially extending channel with a cross-section substantially the same as that of the axially extending opening (9).

Magnetic switch (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the non-recessed section of the radially inwardly facing surface (38) of the coil holder (6) is substantially cylindrical and has a smaller diameter than the diameter D1 of the axially extending opening (9) and the diameter of the recessed section (39).

Magnetic switch (1) according to one of the Claims 1 until 5 , characterized in that the electromagnet comprises a ferromagnetic bypass device (27) in the form of a ferromagnetic ring (27) arranged in the recessed portion (39) of the coil holder (6), and a second end of the return spring (29) is arranged to abut the ferromagnetic ring (27).

Magnetic switch (1) after Claim 6 , characterized in that the piston (10) extends through the ferromagnetic bypass device (27) and a radially inner surface (26) of the ferromagnetic bypass device (27) forms a sliding bearing surface (26) for the piston (10).

Magnetic switch (1) according to one of the preceding claims, characterized in that a piston stop (13) made of a ferromagnetic material comprises a cylindrical portion (44) with a central opening (45) through which the piston (10) extends, the cylindrical portion (44) extending from an axial End of the coil holder (6) with a constant cross-section extends to an axial end face (17) of the piston stop (13), which faces an axial end face (16) of the piston (10), wherein the axial end face (17) extends to the central opening (45), wherein a portion (44) extends into the channel (4) in the region of the at least one coil (2, 3) and has a radial flange extending therefrom, which forms a second side wall (18) which, together with the housing (7), encloses the region of the at least one coil (2, 3).

Magnetic switch (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the second piston section (12) in the first passive position extends axially over the length of the axially extending opening (9) of the housing (7) into the channel (4) in the region of the at least one coil (2, 3).

Magnetic switch (1) according to one of the preceding claims, characterized in that in the position with the switch closed, the radially outer surface (19) of the first piston section faces directly the inner surface of the axially extending opening of the housing (7).

Magnetic switch (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the magnetic switch (1) further comprises two terminals (32), the piston (10) being connected to a contact plate (33) which connects an electrical path between the two terminals (32) when the piston (10) is in the closed switch position.