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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Einrückrelais für den Anlasser
eines Kraftfahrzeugs.
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Nach einer bekannten Bauweise umfaßt das Einrückrelais ein
bewegliches Kontaktelement aus einem Elektrizität leitenden Material,
dessen Bewegungen von einer Ruheposition zu einer Wirkposition
bewirkt werden, in der es die Köpfe von zwei festen Kontaktklemmen
elektrisch anschließt.
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Das bewegliche Kontaktelement wird elastisch zu seiner Ruheposition
zurückgestellt, und seine Bewegungen entlang seinem Betätigungsweg
im Hinblick auf die Herstellung des Leistungskontakts zwischen den
beiden Hauptklemmen des Einrückrelais werden durch einen
beweglichen Kern gesteuert, der gleitend verschiebbar im Innern einer
Spuleneinheit des Einrückrelais gelagert ist.
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Das bewegliche Kontaktelement ist beispielsweise in Form einer
Kontaktplatte ausgeführt, die in einer zu ihrer Bewegungsrichtung in
etwa senkrechten Ebene angeordnet ist und deren zu den Köpfen der
festen Kontaktklemmen gerichtete Vorderseite diese beiden Köpfe
elektrisch anschließt, wenn sie ihre Wirkposition erreicht.
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In der Druckschrift DE-A-3.925.152 ist ein derartiges Einrückrelais
beschrieben und dargestellt, in dem wenigstens eine feste
Kontaktklemme elektrisch an einen festen Hilfskontakt angeschlossen
ist, mit dem das bewegliche Kontaktelement im Hinblick auf seinen
elektrischen Anschluß an die zugehörige feste Klemme in einer
Zwischenposition zwischen seiner Ruheposition und seiner
Wirkposition zusammenwirkt.
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Die Herstellung des Kontakts zwischen der Kontaktplatte und den
Köpfen der Kontaktklemmen erfolgt in Form eines schlupffreien Stoßes.
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Der Schließstoß zum Schließen des Stromkreises durch die bewegliche
Kontaktplatte erzeugt im allgemeinen Kontaktprellungen.
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Diese Prellerscheinungen verursachen erneute Öffnungen der beiden
Kontakte, die jeweils aus einem Kopf einer Kontaktklemme und der
beweglichen Kontaktplatte bestehen, wodurch Lichtbögen entstehen,
die Klebeerscheinungen der Kontaktplatte an den Kontaktköpfen durch
das Schmelzen von Kupferpartikeln zur Folge haben können.
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Im Klebefall wird es unmöglich, den mit dem Einrückrelais
ausgerüsteten Anlasser abzuschalten, was sehr schnell zu seiner
Zerstörung führt.
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Das erneute Öffnen der Kontakte infolge des Schließstoßes verursacht
außerdem einen beschleunigten Verschleiß der Köpfe der
Kontaktklemmen.
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Wenn der Stromkreis durch das Inkontakttreten der beweglichen
Kontaktplatte hergestellt ist, wirkt sich die abrupte und sofortige
Herstellung der vollen Speisespannung des Anlassermotors nachteilig
auf die Lebensdauer der Kohlebürsten dieses Motors aus.
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Im Falle einer Vereisung eines der Kontaktteile, insbesondere der
Köpfe der Kontaktklemmen, kann der Anlasser nicht funktionieren.
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Allein die Kraft des Schließstoßes der Kontakte kann ein Aufreißen des
auf den Elementen abgelagerten Reifs bewirken, indem sie ihn
absprengt.
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Es ist jedoch festzustellen, daß der Wert der Stoßkräfte in den meisten
Vereisungsfällen unzureichend ist, um den Reif abzusprengen und die
Herstellung des elektrischen Kontakts zu ermöglichen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue
Bauweise eines Anlassereinrückrelais der vorgenannten Art
vorzuschlagen, durch die diese Nachteile beseitigt werden.
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Dazu schlägt die Erfindung ein Einrückrelais vor, das dadurch
gekennzeichnet ist, daß sich der feste Hilfskontakt in etwa parallel zur
Bewegungsrichtung des beweglichen Kontaktelements erstreckt und
daß das bewegliche Kontaktelement durch einen Seitenrand mit dem
festen Hilfskontakt entlang seinem Verstellweg zwischen der besagten
Zwischenposition und seiner Wirkposition zusammenwirkt und mit dem
Kopf der zugehörigen festen Kontaktklemme durch eine Querteilfläche
zusammenwirkt, die in etwa senkrecht zur Richtung seiner
Bewegungen verläuft und die durch den besagten Seitenrand begrenzt
wird.
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Nach anderen Merkmalen der Erfindung ist folgendes vorgesehen:
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Der feste Hilfskontakt besitzt einen elektrischen Eigenwiderstand
ungleich null, der einen verringerten Wert der Stärke des elektrischen
Stroms bestimmt, der durch den Stromkreis fließt, der die zwei festen
Kontaktklemmen verbindet, wenn das bewegliche Kontaktelement mit
dem festen Hilfskontakt zusammenwirkt.
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- Der feste Hilfskontakt ist in Form einer elastisch verformbaren
leitenden Lamelle ausgeführt, die durch das bewegliche
Kontaktelement verformt wird, wenn dieses mit der leitenden Lamelle
zusammenwirkt, um die Herstellung eines einwandfreien elektrischen
Kontakts zwischen diese beiden Elementen zu gewährleisten.
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- Die leitende Lamelle ist einstückig mit einer ringförmigen
Anschlußlasche ausgeführt, durch die der Körper der festen Klemme
hindurchgeht und die an der ringförmigen Anschlußfläche zwischen
dem Kopf und dem Körper der festen Klemme axial zur Anlage kommt.
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- Jede der zwei festen Kontaktklemmen ist mit einem zugehörigen
festen Hilfskontakt verbunden.
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- Die Köpfe der zwei festen Kontaktklemmen sind in einer gleichen
Ebene senkrecht zur Bewegungsrichtung des beweglichen
Kontaktelements angeordnet, das in Form einer Kontaktplatte
ausgeführt ist, die sich in einer zur Richtung ihrer Bewegungen in etwa
senkrechten Ebene erstreckt.
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- Die zwei festen Hilfskontakte erstrecken sich auf der gleichen Länge.
Außerdem schlägt die Erfindung einen Anlasser für den
Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs vor, der dadurch
gekennzeichnet ist, daß er mit einem gemäß den Lehren der Erfindung
ausgeführten Einrückrelais ausgerüstet ist.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der
nachstehenden detaillierten Beschreibung, zu deren Verständnis auf
die beigefügten Zeichnungen verwiesen wird. Darin zeigen im
einzelnen:
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- Fig. 1 eine Axialteilschnittansicht eines gemäß den Lehren der
Erfindung ausgeführten Anlassereinrückrelais;
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Fig. 2 einen Hilfskontakt;
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- Fig. 3 ein elektrisches Schaltbild zur Veranschaulichung der
Herstellung des elektrischen Anschlusses des Leistungskontakts eines
mit einem erfindungsgemäßen Einrückrelais ausgerüsteten Anlassers,
das in der Ruheposition des beweglichen Kontaktelements dargestellt
ist;
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- Fig. 4 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 3, wobei das bewegliche
Kontaktelement in einer Zwischenposition dargestellt ist;
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- Fig. 5 eine ähnliche Ansicht wie die Fig. 3 und 4, wobei das
bewegliche Kontaktelement in seiner Wirkposition dargestellt ist, und
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- Fig. 6 eine ähnliche Ansicht wie die Fig. 3 bis 5, wobei das
bewegliche Kontaktelement in einer anormalen Position dargestellt ist,
die einer fehlerhaften Herstellung des Kontakts entspricht.
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In Fig. 1 ist ein Einrückrelais 10 dargestellt, das zur Ausrüstung eines
(nicht dargestellten) Kraftfahrzeuganlassers bestimmt ist und das im
wesentlichen aus einem Magnetgestell 12 besteht, das eine ortsfeste
Spuleneinheit 14 und einen ortsfesten Polkern 16 aufnimmt.
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Die Stromversorgung der Spulen oder Wicklungen 14 kann die mit Blick
auf Fig. 1 von rechts nach links erfolgenden Bewegungen eines
beweglichen Kerns 18 bewirken, der durch eine Feder 20 elastisch zu
seiner in Fig. 1 veranschaulichten Ruheposition zurückgestellt wird
und der sich mit einem Einrückstift 22 gleitend verschieben kann, der in
dem Kern 16 gleitend verschiebbar gelagert ist und dessen an der
Vorderseite des ortsfesten Polkerns 16 befindliches freies Ende 24 ein
bewegliches Kontaktelement 26 trägt.
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Das bewegliche Kontaktelement ist in Form einer beweglichen
Kontaktplatte mit rechteckiger Gesamtform ausgeführt, deren Rückseite
28 elastisch zu ihrer in Fig. 1 veranschaulichten Ruheposition
zurückgestellt wird, in der sie an der Vorderseite 30 des ortsfesten
Polkerns 16 axial zur Anlage kommt.
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Die bewegliche Kontaktplatte 26 wird zu dieser Position durch eine
Rückstellfeder 32 zurückgestellt, die zwischen dem vorderen Ende 24
des Einrückstifts 22 und dem Querboden 34 einer Verschlußkappe 36
des Einrückrelais eingefügt ist, die am vorderen Ende 38 des Gestells
12 aufgepreßt ist.
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Nach einer bekannten Bauweise kann die bewegliche Kontaktplatte 26
unter der Einwirkung des beweglichen Kerns 18 die Kontaktköpfe 40
von zwei Klemmen 42 elektrisch anschließen, bei denen es sich um im
Querboden 34 der Verschlußkappe 36 befestigte Klemmen handelt.
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Die Kontaktköpfe 40 befinden sich im Innern der Verschlußkappe und
kommen an der Innenseite des Querbodens 34 jeweils durch ihre
ringförmige Fläche 44 zur Anlage, die den Kopf 40 im Verhältnis zum
Körper 46 der Kontaktklemme 42 begrenzt, die durch den Querboden
34 hindurchgeht, um den Anschluß der Klemmen an den
Speisestromkreis des Anlassermotors zu ermöglichen, wie dies im
folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 6 dargelegt wird.
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Die Rückseiten 48 der beiden Kontaktköpfe 40 befinden sich in etwa in
einer gleichen Ebene senkrecht zur Achse X-X des Einrückrelais, das
heißt senkrecht zur Bewegungsrichtung der beweglichen Kontaktplatte
26, welche die beiden Klemmen 42 elektrisch anschließen kann, wenn
ihre Vorderseite 50 mit den Flächen 48 der Köpfe 40 der Klemmen 42
in Kontakt kommt.
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Ebenso wie die bewegliche Kontaktplatte 26 ist jede der Klemmen 42
aus einem Elektrizität leitenden Material ausgeführt und in der
Verschlußkappe aus nichtleitendem Material 36 gelagert.
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Gemäß den Lehren der Erfindung ist jeder der Köpfe 40 einer Klemme
42 einem festen Hilfskontakt 52 zugeordnet, der in Fig. 2 detailliert
veranschaulicht ist.
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Bei jedem Hilfskontakt 52 handelt es sich um ein durch Stanzen und
Biegen aus einer Folie aus leitendem Material hergestelltes Teil.
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Jeder Hilfskontakt 52 umfaßt eine ringförmige Anschlußlasche 54, die
zwischen der ringförmigen Fläche 44 der zugehörigen Kontaktklemme
42 und der Innenfläche des Bodens 34 der Verschlußkappe 36
eingefügt ist, die eine formschlüssige Auskehlung für die Positionierung
der Anschlußlasche 54 enthält.
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Die Anschlußlasche 54 wird durch eine leitende Lamelle 56 verlängert,
die sich in Längsrichtung, das heißt entlang einer zur Achse X-X des
Einrückrelais parallelen Richtung am Kontaktkopf 40 entlang und über
die Vorderseite 48 des Kopfes 40 hinaus erstreckt.
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Die Lamelle 56 ist elastisch verformbar, und sie umfaßt an ihrem
hinteren freien Ende 48 einen um etwa 180º umgebogenen Abschnitt,
der eine Rampe bildet, um mit dem entsprechenden Seitenrand 62 der
beweglichen Kontaktplatte 26 zusammenzuwirken.
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Die Rampe 60 erstreckt sich daher gegenüber dem Rand 62.
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Wenn sich die bewegliche Kontaktplatte 26 von ihrer in Fig. 1
veranschaulichten Ruheposition zu ihrer Wirkposition bewegt, in der
ihre Vorderseite 50 mit den Rückseiten 48 der Köpfe 40 der
Kontaktklemmen 42 in Kontakt kommt, wirkt sie zunächst durch ihren
Seitenrand 62 mit den Hilfskontakten 52 in einer Zwischenposition und
daher vor der Herstellung des Kontakts durch ihre Vorderseite 50
zusammen.
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Jede Anschlußlasche 50 kann (nicht dargestellte) Mittel für ihre
Winkelvorpositionierung bezogen auf die Abdeckung 36 umfassen,
damit sie ihre in Fig. 1 veranschaulichte Einbauposition einnimmt, in
der sich ihr Endstück 60 gegenüber dem Seitenrand 62 erstreckt.
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In dem in Fig. 3 veranschaulichten elektrischen Schaltbild ist ein
Anlasser 64 mit einem Elektromotor 66 dargestellt, dessen erste
Klemme 68 mit der elektrischen Masse 70 verbunden ist und dessen
andere Klemme 72 mit einer der Klemmen 42 des Leistungskontakts
des Einrückrelais verbunden ist.
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Die andere feste Klemme 42 ist mit dem Pluspol +BAT der
Fahrzeugbatterie verbunden.
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Außerdem ist in dem elektrischen Schaltbild von Fig. 3 der Schalter
74 für die Stromversorgung der Spuleneinheit 14 des Einrückrelais 10
dargestellt worden, der den Pluspol +BAT mit einem Mittelpunkt 76 der
Spuleneinheit 14 verbindet, deren Einzugsspule 15 mit der elektrischen
Masse 70 verbunden ist und deren andere Spule 13 mit der ortsfesten
Klemme 42 verbunden ist, an die der Motor 72 angeschlossen ist.
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Außerdem sind die zwei Hilfskontakte 52 und der bewegliche Kontakt
26 dargestellt worden.
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Nach einem Merkmal der Erfindung weist jeder feste Hilfskontakt 52
einen bestimmten elektrischen Eigenwiderstand ungleich null auf, der in
den Fig. 3 bis 6 durch einen Widerstand R schematisch angedeutet
ist.
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Wenn der Fahrer des mit dem Anlasser 64 ausgerüsteten Fahrzeugs
das Schließen des Schalter 74 bewirkt, wird die Spuleneinheit 14 mit
Strom versorgt, wodurch eine Bewegung des beweglichen Kerns 18
herbeigeführt wird, der seine in den Fig. 1 und 3 veranschaulichte
Ruheposition verläßt, um gleichzeitig den beweglichen Kontakt 26 zu
verschieben, der wiederum seine Ruheposition verläßt.
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Während dieses Betätigungswegs erreicht der bewegliche Kontakt 26,
wie dies in Fig. 4 veranschaulicht ist, eine Zwischenposition, in der er
sich gleichzeitig mit den festen Hilfskontakten 52 in Kontakt befindet.
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Der Elektromotor 66 wird dann durch die Fahrzeugbatterie über die
zwei Widerstände R der festen Hilfskontakte 52 gespeist, die in dem
Stromkreis, der den Pluspol +BAT der Batterie mit dem Motor 66
verbindet, in Reihe geschaltet sind.
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Die Spannung an den Klemmen 68 und 72 des Motors 66 wird dadurch
verringert, wobei ein Strom mit geringer Stromstärke 11 in seinem
Speisestromkreis mit den zwei in Reihe geschalteten Widerständen R
fließt.
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Der Wert der Widerstände R ist ausreichend hoch, um keine Drehung
des Ankers des Anlassers zu bewirken.
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Unter der Einwirkung des beweglichen Kerns 18 setzt sich der
Betätigungsweg des beweglichen Kontakts 26 von der in Fig. 4
veranschaulichten Zwischenposition aus fort, bis er die in Fig. 5
veranschaulichte Wirkposition erreicht, in welcher der bewegliche
Kontakt 26 die Stromversorgung des Motors 66 direkt herstellt, wobei
der Speisestromkreis dann den Pluspol +BAT der Batterie mit der
Klemme 72 des Motors direkt durch die bewegliche Kontaktplatte 26
verbindet, die sich mit den Köpfen 40 der festen Klemmen des
Einrückrelais in Kontakt befindet.
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Daraufhin fließt ein Strom 12 mit maximaler Stromstärke durch den
Speisestromkreis des Motors, wobei dieser Wert stets kleiner als der
Wert ist, den der Anlasser aufgenommen hätte, wenn es zuvor keine
Drehphase mit verringerter Drehzahl (in der in Fig. 4
veranschaulichten Zwischenposition) aufgrund des Vorliegens einer
gegenelektromotorischen Kraft während dieser ersten Phase gegeben
hätte.
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Dadurch konnten abrupte Spitzen mit hohem Strom verhindert werden,
wodurch der vorzeitige Verschleiß der Kohlebürsten des Motors 66
eingeschränkt wird.
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In Fig. 6 ist eine anormale Funktionsweise des Einrückrelais
dargestellt worden.
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Diese fehlerhafte Funktionsweise kann auf zwei Ursachen
zurückzuführen sein.
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Eine erste Ursache ergibt sich beispielsweise aus der Vereisung eines
Kontakts.
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Die mit dem Pol +BAT der Batterie verbundene Klemme 40 kann durch
eine Reifschicht isoliert sein, die das Inkontakttreten der beweglichen
Kontaktplatte 26 mit dieser Klamme 40 am Ende des Betätigungswegs
verhindert.
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Der Strom 13, der dann den Motor 66 speist, ist kleiner als der normale
Strom mit maximaler Stromstärke 12, da einer der Widerstände R dann
im Speisestromkreis in der Klemme 72 des Motors 66 in Reihe
geschaltet ist.
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Der zugehörige feste Hilfskontakt 52 erhitzt sich dann aufgrund des
Joule-Effekts.
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Durch Wärmeleitung erhitzt sich die Klemme 42 mit ihrem Kopf 40, bis
sie das Schmelzen des Reifs, der sie bedeckt, herbeiführt, was nach
Ablauf einer gewissen Zeit die Wiederherstellung eines normalen
Kontakts der beiden beweglichen Kontakte 26 mit dem Kopf 40
ermöglicht, wie dies in Fig. 5 veranschaulicht ist.
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Falls die Köpfe 40 bereift sein sollten, ist das Prinzip der Enteisung
durch Erhitzung des festen Hilfskontakts 52 identisch, wobei jeder der
zwei Hilfskontakte von einem Strom mit geringer Stromstärke I1
durchflossen wird.
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Eine andere Ursache für eine fehlerhafte Funktionsweise, wie sie in
Fig. 6 veranschaulicht ist, kann ein Kontaktprellen sein.
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Aufgrund der Konstruktion der festen Hilfskontakte 52 haben die durch
mechanische Schwingungen bedingten Kontaktprellungen eine deutlich
geringere Auftretenswahrscheinlichkeit als im Falle herkömmlicher
Kontakte, die nur die Köpfe 40 der festen Klemmen 42 umfassen.
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Denn während der Näherungsphase des beweglichen Kontakts 26
verringert sich dessen Geschwindigkeit infolge der Reibungen 60 der
festen Hilfskontakte 52 am Seitenrand 62 der Kontaktplatte 26,
während andererseits die Schwingungsenergie teilweise durch die
Reibung entlang ebendiesen Hilfskontakten 52 absorbiert wird.
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Falls jedoch eine erneute Öffnung aufgrund einer Prellerscheinung
bestehen bleibt, nimmt der bewegliche Kontakt 26 die in Fig. 6 oder in
Fig. 3 veranschaulichte Position ein, wobei der Speisestrom 66 des
Motors jedoch nicht unterbrochen wird.
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Es tritt daher kein Lichtbogen auf, und der Speisestrom wird nur
während der Schwingungszeit des beweglichen Kontakts 26 verringert.
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Die Konstruktion des erfindungsgemäßen Einrückrelais ermöglicht es
daher, den Anlasser bei einer Vereisung der Kontakt schnell
betriebsbereit zu machen. Er ermöglicht eine anfängliche
Stromversorgung des Motors mit reduzierter Spannung, wobei die
ungünstigen Auswirkungen von Kontaktprellungen ausgeschlossen
werden können.