Titel Einrückrelais

Stand der Technik

Anlasser, die zum Starten von Verbrennungsmotoren eingesetzt werden, benötigen Ströme bis zu 3000 A. Diese Ströme werden über ein elektromagnetisches Relais geschaltet.

Der Magnetanker wird gemäß dem Stand der Technik durch ein magnetisches Feld, welches in den Magnetwicklungen erzeugt wird, eingezogen wird und drückt die Schaltachse mit der Kontaktbrücke auf die Kontakte im Schalterdeckel. Dadurch wird die Verbindung zwischen Batterie und dem Elektromotor des Starters geschlossen. Bei entsprechenden Anforderungen kann das Relais mit Hilfe einer Schutzkappe aus einem Elastomer gegen das Eindringen von Wasser und anderen Medien aus der Umgebung geschützt werden. Bei einem raschen Aufheizen des Relais durch den Motor, z.B. durch Fahren mit hoher (Anhänger- oder Drehzahl-) Last bzw. durch einen raschen Abfall des Umgebungsluftdrucks durch eine Bergfahrt dehnt sich die Luft im Relais aus, bläht die Schutzkappe auf und das Relais kann u. U. nicht mehr schalten. Dadurch ist die Funktion des Anlassers nicht mehr gegeben.

Aus dem Stand der Technik ist bekannt, in die Schutzkappe ein mehrere Millimeter großes Loch einzubringen, um den Druckausgleich zu gewährleisten. Über dieses Loch können jedoch auch Medien wie Wasser oder Schmutz in das Relais eindringen oder austreten.

Zwischen dem Kern und Schalterdeckel befindet sich üblicherweise noch eine Tellerfeder. Im Bereich zwischen Schutzkappe und fest stehenden Magnetkern wird umlaufend eine Abdichtung erreicht, indem der Wulst der Schutzkappe durch einen Haltering (in der Zeichnung nicht dargestellt) auf das Relaisgehäuse gepresst wird.

Offenbarung der Erfindung

Durch den Einbau eines Spaltes (gerade oder ungerade, z.B. gebogen, winklig, mehrere Richtungsänderungen) an den Fugen des Relais (z.B. in der Schutzkappe (13), dem Relaisdeckel (im Bereich von B an Teil 12), den Unterlegscheiben der Kontaktschrauben (Bereich C zwischen Teil 6 bzw. 7 und Teil 12) oder zwischen dem Anker (1) und dem Mitnehmer (21) im Bereich D) kann der Überdruck im Relais gezielt entweichen

Dadurch kann die Funktion des Relais auch nach schneller Erwärmung sichergestellt werden. Die hier vorgestellte Lösung bietet einen ausreichenden Schutz vor Spritzwasser, da nur Spalte mit geringem Querschnitt verwendet werden und/oder ein Medienstrom mehrfach die Richtung ändern muss, um ins Relais einzudringen.

Untersuchungen haben gezeigt, dass die Dichtheit von Anlasserrelais mit Schutzkappe durch Schwankungen in den Toleranzen stark variiert. Bei Messungen der Einzugsspannung nach einer schneller Erwärmung (innerhalb von 15 min wurde die Temperatur von 20 ⁰ C auf 130 ⁰ C erhöht) wurden Werte zwischen 8,5 V und 24 V gemessen, ab einem Wert oberhalb von 10 V besteht die Gefahr des Versagens, weil der bewegliche

Magnetanker nicht mehr eingezogen werden könnte. Durch das Einbringen einer geringen Undichtheit kann der Druckabbau erreicht werden und die Einzugsspannung nach schneller Erwärmung liegt sicher unter 9,5 V. Gleichzeitig kann durch die erfindungsgemäße Schutzkappe kein Spritzwasser in das Relais eindringen.

Bei derzeitigen Schutzkappen wird die Abdichtung zum Relaisanker durch zwei konzentrische Wulste (fungieren als Dichtringe, siehe Nr. 16 in Abb. 2) in der Schutzkappe erreicht, die durch eine Stemmscheibe (Nr. 14 in Abb. 2) auf den Anker gepresst werden.

Um einen Luftaustausch zu ermöglichen, weist die erfindungsgemäße Schutzkappe jeweils 4 Unterbrechungen in den Dichtringen auf, die symmetrisch gegeneinander versetzt sind und so ein Labyrinth bilden (siehe Fig. 6). Durch die Quetschung werden die Zwischenräume zwischen den Ringsegmenten zwar stark verringert, trotzdem ist noch ein ausreichender Druckausgleich zwischen Innen- und Außenraum möglich. Im Unterschied zu anderen Ausführungen, bei denen ein Austausch von Medien zwischen Relaisinnen- und Außenraum auf direktem Pfad möglich ist (z.B. Loch im Gummibalg), müssen Medien bei dieser Schutzkappe mehrfach die Richtung ändern, um durch das Labyrinth zu gelangen. Dadurch wird ein ausreichender Schutz vor Spritzwasser erreicht.

Die erfindungsgemäße Ausführung der Schutzkappe hat beispielsweise pro Dichtring 4 Aussparungen/Öffnungen (170), die gleichmäßig über den Umfang verteilt und gegen- über dem anderen Dichtring um alpha = 45 ° versetzt sind.

Denkbar ist, eine ähnliche Rippenstruktur wie in der Gummischutzkappe auch in die Stemmscheibe einzubringen, um so einen besseren Luftaustausch zu erreichen. Allerdings ist hier damit zu rechnen, dass auch mehr Wasser in das Relais eindringen kann.

Varianten:

Anzahl Dichtringe zwischen Fixierung und Relaisanker von 1 bis 5 (in Abb. 3 beispielhaft mit einem Dichtring und in Abb. 7 beispielhaft mit 3 Dichtringen)

Anzahl der Unterbrechungen pro Dichtring von 1 bis 8. Beispielhaft sind für zwei Dichtringe jeweils Varianten mit einer (siehe Abb. 4) und zwei (siehe Abb. 5) Unterbrechungen dargestellt.

Die Anzahl der Unterbrechungen ist unabhängig von der Anzahl der Dichtringe, Kombinationen aus beiden Varianten sind möglich.

Der Winkel zwischen den Unterbrechungen pro Dichtring ist beliebig und muss nicht für alle gleich sein.

Bei mehr als einem Dichtring ist der Winkelversatz alpha zwischen den Unterbrechungen auf verschiedenen Dichtringen beliebig und muss nicht für alle Unterbrechungen gleich sein. - A -

Die Dichtringe und die Unterbrechungen darin müssen nicht zwischen Fixierung (z.B. Stemmscheibe) und Ankerstirnfläche liegen. Denkbar ist auch, die Dichtung am Hals des Relaisankers (Nr. 18 in Fig. 2, oder Abb. 8) zu erreichen. Beispielhaft ist hier eine Variante mit 3 Dichtringen und je 1 Unterbrechung dargestellt.

Bei dieser Art der Abdichtung sind alle Variante möglich, d.h. Variation in Anzahl Dichtringe sowie Variation in Anzahl und Anordnung der Unterbrechungen

Die Belüftung des Relais erfolgt über eine Unterbrechung der Schutzkappe im Bereich des Halses des Relaisgehäuses (Nr. 19 in Abb. 2, oder 250 in Fig. 9 und 10). Auch hier sind alle Varianten möglich, d.h. Variation in Anzahl Dichtringe sowie Variation in Anzahl und Anordnung der Unterbrechungen. Beispielhaft ist in Abb. 9 eine Variante mit 3 Ringen und je 2 Unterbrechungen dargestellt.

Die Unterbrechung der Abdichtung erfolgt im Bereich der Stirnseite des Relaisgehäu- ses (Nr. 20 in Abb. 2). Auch hier sind alle Varianten möglich, d.h. Variation in Anzahl

Dichtringe sowie Variation in Anzahl und Anordnung der Unterbrechungen. Beispielhaft ist in Abb. 10 eine Variante mit 3 Ringen und je 2 Unterbrechungen dargestellt.

Die Querschnittsform der Dichtringe ist beliebig. In der Abb. 2 sind runde, wellenartige Querschnitte beispielhaft abgebildet, in Abb. 9 rechteckige Formen. Denkbar sind auch sägezahnartige Formen.

Die Unterbrechungen befinden sich nicht in der Schutzkappe, sondern in der Fixierung, z.B. der Stemmscheibe (Fixierung auf Anker) oder der Haltescheibe (Fixierung auf Re- laisgehäuse). Die Unterbrechungen können in ähnlicher Weise wie in der Schutzkappe eingebracht sein. Auch hier sind alle Varianten, d.h. Variation in Anzahl Dichtringe sowie Variation in Anzahl und Anordnung der Unterbrechungen.

Fig. 11: In den Relaisdeckel (12) wird im Bereich des Börtelrands (B) in Kanal einge- bracht. Dieser Kanal kann eine beliebige Querschnittsform aufweisen (z.B. rechteckig, dreieckig, abgerundet) und kann gerade oder ungerade verlaufen. Bei ungerader Kanalführung kann dieser geschwungen/bogenförmig oder auch winklig verlaufen. Auch mehrere Richtungswechsel sind möglich. In Abb. 11 ist beispielhaft eine Ausführung mit einem Kanal mit 2 Richtungsänderungen dargestellt. Neben der Form des Kanals kann auch die Anzahl von einem Kanal bis 8 Kanäle variieren.

Fig. 12: Beim derzeitigen Relais wird eine Abdichtung zwischen den Kontaktbolzen (6 und 7) und dem Relaisdeckel durch eine Dichtungsscheibe im Bereich C erreicht. In diese Scheibe können ein bis acht Spalte eingebracht werden. Diese können durch den gesamten Querschnitt der Scheibe reichen (z.B. als Schlitzscheibe) oder als Vertiefung ausgeführt sein. Eine solche Scheibe kann an einem der Kontaktbolzen oder an beiden verwendet werden. Die Form des Spalts kann alle in Punkt 11 beschriebenen Varianten aufweisen. In Abb. 13 ist beispielhaft eine Scheibe mit 2 Spalten mit je 2

Richtungswechseln dargestellt.

Fig. 13: Ein Spalt kann auch in die Fuge zwischen Relaisanker (1) und Mitnehmer (21) im Bereich D eingebracht werden. Der Spalt kann alle beschriebenen Varianten auf- weisen. In Abb. 13 ist beispielhaft ein linearer Spalt ohne Richtungsänderung (23) im

Mitnehmer dargestellt .