B E S C H R E I B U N G

Einspurrelais und Starter

Die Erfindung bezieht sich auf ein Einspurrelais für den Starter einer Brennkraftmaschine mit einer Relaiswicklung, mit einem Anker, mit dem ein Hebel zum Einspuren eines Ritzels von einem Starter in einen Zahnkranz der Brennkraftmaschine betätigbar ist und mit einem Umschalter am Anker, der in Ruhelage einen ersten Stromkreis zum langsamen Anfahren des Starters über einen Widerstand schließt und nach Bestromung der Relaiswicklung den Starter in einem zweiten Stromkreis direkt an die elektrische Stromversorgung schaltet, um die Brennkraftmaschine nach Einspuren des Ritzels mit maximaler elektrischer Energie anzutreiben. Die Erfindung bezieht sich ferner auf einen Starter für eine Brennkraftmaschine mit einem Einspurrelais, insbesondere mit oben beschriebenen Merkmalen, mit einer Ritzelverdreheinrichtung, wobei die Ritzelverdreheinrichtung den Umschalter mit einem Widerstand zum langsamen Anfahren des Starters umfasst.

Es sind einstufige und zweistufige Starter als elektrische Maschinen zum Starten einer Brennkraftmaschine bekannt. Ein einstufiges System weist eine Einzugswicklung und eine Haltewicklung auf. Mit der Einspurwicklung wird der Anker und das daran bewegbare Ritzel eingespurt und mit der Haltewicklung im eingespurten Zustand gehalten. Die Einspurwicklung erzeugt einen höheren Magnetfluss als die Haltewicklung, sodass durch die Kombi- nation von Einzugs- und Haltewicklung die Relaiserwärmung insgesamt gegenüber dem Starter mit lediglich einer Einzugswicklung reduziert wird.

Ein zweistufiger Starter arbeitet mit einer langsamen Ritzelandreh- bzw. Verdreheinrichtung in der ersten Stufe. In der ersten Stufe wird der Strom am Starter durch einen geschalteten elektrischen Widerstand reduziert und in der zweiten Stufe liegt der Starter an der elektrischen Stromversorgung di- rekt an und dreht somit maximal.

Ein zweistufiges System hat gewöhnlich nur eine Einzugswicklung und keine separate Haltewicklung. Der Widerstand für die erste Stufe ist in neueren Entwicklungen als Widerstandsdraht mäanderförmig in der Relaiswicklung integriert oder außen angeordnet.

Der folgende Stand der Technik ist hierfür beispielsweise bekannt.

Die EP 0 953 200 B1 beschreibt ein Einrückrelais für einen Starter einer Brennkraftmaschine mit einem Schalter als Umschaltkontakt, der in der Ruhelage den Startermotor zum sanften Anlaufen über einen Widerstand und in der Arbeitslage direkt an die elektrische Versorgung schaltet, wobei dann der Widerstand abgeschaltet ist. Der Widerstand ist mäanderförmig als Widerstandsdraht integriert oder an der Außenseite von der Einzugswicklung angeordnet.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Einspurrelais und einen Starter der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass das Einspurrelais einfach aufgebaut ist und eine Relaiserwärmung reduziert ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch den Gegenstand der Patentansprüche 1 und 7 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Ein wesentlicher Erfindungsgedanke ist, den Widerstand außerhalb der Relaiswicklung anzuordnen, um somit das Erwärmungsverhalten im Relais zu reduzieren und den Widerstand auf eine kompakte Baugröße zu konzentrieren.

Die Aufgabe wird mit einem Einspurrelais dadurch gelöst, das der erste Stromkreis einen kompakten Widerstand aus Widerstandsmaterial aufweist, der räumlich von der Relaiswicklung getrennt ist. Somit ergibt sich eine ein- fache Konstruktion, da dass Widerstandsmaterial einfach anzuordnen ist und nicht kompliziert innerhalb und außerhalb der Relaiswicklung integriert werden muss. Dies schafft eine vereinfachte Fertigung mit hohem rationalisierendem Potential. Die Erwärmung eines Widerstandsdrahts gemäß dem Stand der Technik hatte den Nachteil, dass diese bei zu hohen Strömen schmelzen kann, damit elektrisch leitend wird und unter Umständen eine elektrische Verbindung zur Relaiswicklung eingehen kann, was zu einer Fehlansteuerung des Starters führen könnte und somit zu einem Totalausfall des Startsystems. Durch die räumliche Trennung des Widerstands lässt sich der notwendige Verdrehstrom durch Einstellen des Widerstandes einfach einstellen.

Gemäß einer die Erfindung weiterbildenden Ausführungsform ist der Widerstand am Umschalter ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass der Widerstand von der Relaiswicklung getrennt ist und eine Erwärmung der Relaiswicklung nicht direkt bewirkt, sodass ein Durchbrennen des Widerstands keinen direkten Einfluss auf die Relaiswicklung hat. Ein Durchbrennen des Widerstands gegenüber dem Stand der Technik mit gewickeltem Widerstandsdraht wird auch dadurch verhindert, dass ein kompaktes, dickeres Widerstandsmaterial eingesetzt wird.

Um den schaltenden, beweglichen Anker möglichst gewichtsparend und somit leicht mit einer Kontaktplatte auszubilden, die die beiden Stromkreise, den ersten und den zweiten, jeweils schaltet, ist der Widerstand ortsfest am Umschalter angeordnet. Von der Kontaktplatte am Anker wird somit der erste Stromkreis mit dem ortsfesten Widerstand geschlossen. Die Kontaktplatte des Ankers schließt dann auch nach einem Ausfahren den zweiten Stromkreis.

Um den Widerstand vor einer thermischen Erwärmung der Relaiswicklung vom Einspurrelais zu schützen, ist bevorzugt der Widerstand alternativ beweglich am Anker zum Umschalten angeordnet, wobei der Widerstand nur im ersten Stromkreis leitet und im zweiten Strom ein elektrisch gut leitendes Material, insbesondere eine Kontaktplatte, geschaltet ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Widerstand als Platte und darauf eine leitende Kontaktplatte am Anker befestigt ausgebildet, wobei die Kontaktplatte an die Kontakte des zweiten Stromkreises angepasst ist. Eine solche Ausführungsform ist eine kompakte und einfache Bauweise aus wenigen Bauelementen.

Um eine Erwärmung der Relaiswicklung zu reduzieren, ist die Relaiswicklung mit einer Einzugs- und einer Haltewicklung ausgebildet. Somit wird durch ein externes Vorsteuerrelais die Einzugswicklung und gleichzeitig ein niedriger Verdrehstrom für den Starter angesteuert und nach Erreichen des Ankers in seiner Auszugsstellung, d.h. einem Schalten des zweiten Stromkreises von der Einzugswicklung auf die Haltewicklung geschaltet, die eine geringere Erwärmung des Einspurrelais erzeugt, da weniger Strom und ein kleinerer Magnetfluss erzeugt wird.

Die Aufgabe wird auch mit einem Starter für eine Brennkraftmaschine, dadurch gelöst, dass der Widerstand aus kompaktem Widerstandsmaterial hergestellt ist und räumlich von der Relaiswicklung des Einspurrelais ge- trennt ist. Der Widerstand ist ein ohmscher Widerstand und kann im elektrischen Stromkreis am elektrischen Starter an einer beliebigen Stelle angeordnet sein, wo er elektrisch von anderen Bauteilen getrennt ist. Der Widerstand kann auch vom Gehäuseäußeren zugänglich sein, um individuell eingestellt werden zu können.

Bevorzugt ist der Widerstand zum Einspurrelais gemäß oben beschriebenen Merkmalen angeordnet.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar sind.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Einspurrelais,

Fig. 2 ein elektrischer Schaltplan eines Starters beim Einschalten,

Fig. 3 eine schematische Seitenansicht eines eingerückten Einspurrelais und

Fig. 4 einen Fig. 3 entsprechenden elektrischen Schaltplan eines Starters mit eingerücktem Einspurrelais.

Die Fig. 1 zeigt in einer schematischen Seitenansicht abstrahiert und verein- facht ein Einspurrelais 1 mit einer Relaiswicklung 2 und einem innerhalb der Relaiswicklung 2 bewegbar angeordneten Anker 3. Der Anker 3 ist mit nicht gezeigten Federn beaufschlagt, gegen die der Anker 3 sich bei Bestromung der Relaiswicklung 2 in entgegengesetzter Richtung bewegt und somit ein nicht gezeigtes Ritzel in einem Zahnkranz einer Brennkraftmaschine ein- rückt. Damit das Ritzel vom Starter sanft einrückbar ist und nicht Zahn auf Zahn vom Ritzel und Zahnkranz aneinander stößt, ist im zweistufigen Starter eine erste Stufe mit einem kleinen Andrehstrom vorgesehen und eine zweite Stufe, in dem der Starter mit der vollen elektrischen Stromversorgung beaufschlagt wird. Am Anker 3 ist ein Umschalter 4 zum Schalten des zweistufigen Systems vorgesehen. Der Anker 3 schließt in Ruhestellung einen ersten

Stromkreis zum Starter über einen Widerstand 5. Aufgrund des Widerstands 5 wird ein kleiner Andrehstrom und somit eine kleine Verdrehung am Starter erzeugt, der das Ritzel leicht verdreht, sodass das Ritzel in den Zahnkranz

sanft einrückt.

Erfindungsgemäß ist der Widerstand am Anker direkt als Widerstandsplatte 5 hergestellt aus einem kompakten Widerstandsmaterial ausgebildet. Die Widerstandsplatte 5 verbindet zwei elektrisch leitende Anschlüsse 6, 7 des ersten Stromkreises. Der Anschluss 6 wird auch Klemme 45 genannt und ist vorzugsweise geerdet. Der Anschluss 7 wird Klemme 5Oi genannt, da dieser Anschluss von einem Vorsteuerrelais mit einem kleinen Steuerstrom angesteuert wird. Auf der Widerstandsplatte 5 befindet sich eine elektrisch leiten- de Kontaktplatte 8, die keinen nennenswerten ohmschen Widerstand aufweist. Die Kontaktplatte 8 verbindet Kontakte 11 , 12, die mit Klemme 30 und 45 bezeichnet werden, vorzugsweise einen konusförmigen Kontaktkopf aufweisen. Die Kontaktplatte 8 schließt einen zweiten Stromkreis, wenn der Anker 3 einen Hebel betätigt hat und damit das Ritzel vom Starter in den Zahn- kränz eingerückt hat.

Durch Schließen des zweiten Stromkreises wird der Starter mit der elektrischen Stromversorgung direkt angesteuert ohne den Widerstand 5. Beispielsweise fließen bei einer direkten Stromversorgung für einen Starter bei einem LKW 1500 Ampere und ein Andrehstrom über einen Widerstand 5 ist im Bereich von 150 bis 200 Ampere.

Die Fig. 2 zeigt einen schematischen Schaltplan zum Einschalten des Einspurrelais 1. Zuerst wird das Einspurrelais an der Klemme 5Oi durch Betäti- gung eines nicht gezeigten Vorsteuerrelais mit Strom beaufschlagt. Dabei fließt Strom auch über den Widerstand 5 zum Starter 10. Der Starter 10 dreht somit langsam das Ritzel, das in den Zahnkranz zum Starten des Verbrennungsmotors eingerückt wird. Durch das Andrehen wird ein Blockieren verhindert. Der Andrehstrom fließt wenige Bruchteile einer Sekunde, da das Einspurrelais 1 über den Anker 3, den Umschalter 4 betätigt und den Strom, wie in Fig. 4 gezeigt über die Klemme 30 zum Starter 10 leitet.

Die Fig. 3 zeigt in einer der Fig. 1 entsprechenden schematischen Seitenan-

sieht, das Einrückrelais 1 mit einem ausgerückten Anker 3 aufgrund einer Bestromung der Relaiswicklung 2.

Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform umfasst die Relaiswick- lung 2 eine Einzugs- und eine Haltewicklung. Beim Schließen der Kontakte 11 , 12 des zweiten Stromkreises mit der Kontaktplatte 8 wird die Einzugswicklung ausgeschaltet und die Haltewicklung eingeschaltet, sodass das Einspurrelais 1 eine geringere Erwärmung erfährt, da die Haltewicklung mit einem geringeren Strom angesteuert wird. Dadurch wird eine höhere Le- bensdauer des Einspurrelais 1 mit häufigen und längeren Starts ermöglicht.

Der Widerstand 5 der eine beliebige Form am Anker aufweisen kann und aus einem beliebigen Widerstandsmaterial hergestellt ist, unterbricht die Anschlüsse 6, 7 die auch als öffnerkontakte bezeichnet werden können, vom ersten Stromkreis.

Die Fig. 4 zeigt als elektrischen Schaltplan einen geschlossenen zweiten Stromkreis am Umschalter 4 aufgrund der Bestromung des Einspurrelais 1 mit einer Relaiswicklung 3 oder gemäß einer bevorzugten Ausführungsform mit einer geringer bestromten Haltewicklung. Der Widerstand 5 kann auf die Verdrehung hin optimiert ausgestaltet und ausgebildet sein. Einflüsse auf die Relaiswicklung 2 bzw. Haltewicklung sind nicht mehr zu berücksichtigen, da eine räumliche Trennung zum Widerstand 5 vorgesehen ist. Somit ist die Konstruktion deutlich vereinfacht und das Erwärmungsverhalten des Ein- spurrelais 1 ist reduziert, was zu einer Verlängerung der maximal zulässigen Einschaltdauer führt bzw. zu einer höheren Schaltzahl. Außerdem ist die Herstellung deutlich einfacher und kostengünstiger, da eine Wicklung eines Widerstanddrahts vermieden wird.

Alle Figuren zeigen lediglich schematische nicht maßstabsgerechte Darstellungen. Im übrigen wird insbesondere auf die zeichnerischen Darstellungen für die Erfindung als wesentlich verwiesen.