Titel

Relais insbesondere Startrelais für Brennkraftmaschinen und Verfahren zu seiner

Herstellung

Stand der Technik

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.

Aus der Offenlegungsschrift DE 199 51 166 Al 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.

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. 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.

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.

Offenbarung der Erfindung

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.

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.

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.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird im Folgenden beispielsweise anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 ein Startrelais für Brennkraftmaschinen im Längsschnitt mit loser

Kupplung der Schaltachse zum Relaisanker,

Figur 2 eine vormontierte Baueinheit des Relais aus einem Anker- Mitnehmer, der

Schaltachse und deren loser Kupplung,

Figur 3 zeigt die Teile aus Figur 2 mit einem Stift und dessen Kopf als Kupplung vor dem Zusammenfügen und Figur 4 zeigt verschiedene Fügestellen zwischen Mitnehmer und Stift beziehungsweise zwischen Stift und Kopf.

Ausführungsformen der Erfindung

In Figur 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. Figur 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.

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 Figur 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.

Bei der Herstellung des Startrelais 10 wird eine in Figur 2 dargestellte Baueinheit 40 vormontiert, die aus dem Mitnehmer 17, dem Stift 29 mit seinem Kopf 29a, der Schaltachse 18 mit der Isolierstoff hülse 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.

Das Einjustieren der vormontierten Baueinheit 40 aus Figur 2 auf den vorgegebenen Abstand a kann dabei auf verschiedene Art und Weise erfolgen. So ist in Figur 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 Figur 2 den Kopf 29a an einem verlängerten Endabschnitt des Stiftes 29 anzuprägen beziehungsweise anzustauchen. Figur 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.

In Figur 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 Figur 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 Figur

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 Figur 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.

Nach dem Einjustieren der vorgefertigten Baueinheit 40 nach Figur 2 wird diese in die Durchgangsbohrung des Magnetkernes 15 eingesetzt und danach die Ankerrückstellfeder 27 und der Magnetanker 16 auf dem Mitnehmer 17 geschoben.

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.

Zum Einstellen der so genannte Abrandreserve muss nunmehr ein entsprechender Abstand A zwischen Magnetkern 15 und Magnetanker 16 in der Ruhelage des Relais gemäß Figur 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 Figur 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 Figur 2. 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.

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.