-
Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Magnetschalter für einen
Starter zum Versorgen eines Motors mit elektrischer Leistung von
einer Batterie gemäß Anspruch
1.
-
Aus
der
GB 213 595 A sind
elektromagnetisch betätigte
Schalter zum Steuern der Schaltung eines Startermotors in einem
Kraftfahrzeug bekannt. Die zu diesem Zweck verwendeten Schalter
bestehen im Allgmeinen aus einem elektromagnetisch gesteuerten Schalter,
der vom Fahrersitz aus durch eine Schaltung betätigt wird, die einen durch
einen Druckknopf kontrollierten Schwachstrom leitet.
-
Das
grundlegende Merkmal dieses bekannten elektromagnetisch betätigten Schalters
besteht darin, dass eine Funkenlöschkohle
konzentrisch zur Achse des Ankers des Schalters angeordnet ist.
Die Funkenlöschkohle
besteht vorzugsweise aus einem ringförmigen Kohleeelement, auf das
eine Feder einwirkt und das so angeordnet ist, dass es in einer
Hülse gleitet,
welche die Druckfeder enthalten kann.
-
Aus
der
DE 913 307 C ist
eine Kontaktanordnung für
elektrische Schaltervorrichtungen mit einer großen Schalthäufigkeit bekannt.
-
Ein
grundlegendes Merkmal dieser bekannten Kontaktanordnung besteht
darin, dass auf den Kontaktbereich zwischen einem festen Kontakt
und einem beweglichen Kontakt Silber und Silberkohle aufgebracht
sind.
-
Aus
der
US-A 1986222 ist
eine Unterbrechervorrichtung für
eine elektrische Schaltung bekannt, mit einer Kombination aus einem
Kontakt, der zumindest teilweise aus Metall besteht, einem weiteren
Kontakt, der zusammengesetzt ist und an seiner Kontaktfläche einen
Graphit aufweisenden Abschnitt und einen weiteren, aus Metall bestehenden
Abschnitt aufweist, Einrichtungen, welche einen der Kontakte federnd
tragen, und Einrichtungen, welche einen der Kontakte entlang eines
festgelegten Weges mit einem wesentlichen Winkel zu der Kontaktfläche des
zusammengesetzten Kontaktes in und ausser Eingriff mit dem anderen
Kontakt bewegen, wobei diese letzteren Einrichtungen vermittels
der federnden Trageeinrichtungen und der Winkelbeziehung dazu dienen,
das Metall eines Kontaktes jeweils während der Einrückbewegung
zu einer Gleitbewegung von dem Graphitabschnitt des Verbundkontaktes
zu dessen metallischem Abschnitt und während der Ausrückbewegung
zu einer relativ dazu entgegengesetzten Gleitbewegung zu veranlassen.
-
Aus
der
EP-A-0 744 761 ist
ein Magnetschalter für
Starter bekannt. Wenn bei einem solchen Starter ein Magnetschalter
betätigt
wird, um den Starter zu betätigen,
gelangt ein beweglicher Hilfskontakt, der durch ein Halteelement
mit einem beweglichen Hauptkontakt verbunden ist, in Kontakt mit
einem stationären
Hilfskontakt, so dass ein elektrischer Strom von einer Batterie über Widerstände, den
stationären Hilfskontakt
und den beweglichen Hilfskontakt zugeführt wird, um eine Niederspannung
für eine
langsame Drehung an einen Motor anzulegen. Wenn sich daraufhin ein
Kolben des Magnetschalters weiter verschiebt, gelangt der bewegliche
Hauptkontakt in elektrischen Kontakt mit einem stationären Hauptkontakt,
so dass die Widerstände
kurzgeschlossen werden und der elektrische Strom von der Batterie zum
Motor fließt,
ohne durch die Widerstände
zu fließen,
um den Motor in einer schnellen Drehung anzutreiben.
-
Es
gibt verschiedene Anstrengungen, um sich auf dem Gebiet der Kraftfahrzeugtechnik
mit neueren Umweltfragen zu befassen. Hierbei sind am Starter eines
Fahrzeugs verschiedene Verbesserungen erforderlich, um ihn etwa
im Hinblick auf die Leerlaufabschaltung einer Kraftmaschine (für einen Öko-Fahrbetrieb)
kompakter, leichter und abnutzungsbeständiger zu machen. Um diese
Anforderung zu erfüllen,
verringert ein in der
JP-A-9-68142 (
US-Patent Nr. 5,525,947 )
gezeigter Starter Beschädigungen
am Zahnkranz durch verbessertes Einspuren des Ritzels. Ferner ist
der Starter für
eine elektronische Feinsteuerung durch Verringern eines elektrischen
Schaltstroms geeignet. D. h., ein Nebenkontakt wird über einen
Widerstand mit elektrischer Leistung versorgt, so dass der Motor
seine Drehung mit einer niedrigen Geschwindigkeit beginnt, und das Ritzel
bei dieser Drehkraft mit dem Zahnkranz in Eingriff gebracht wird.
Daraufhin wird einem Hauptkontakt die elektrische Leistung so zugeführt, dass
der Motor mit voller Geschwindigkeit dreht. Daher wird nur eine
Anziehungskraft zum Schließen
des Kontaktes für
den Motor benötigt.
Entsprechend wird der elektrische Strom des Schalters im Vergleich
mit dem Fall, in dem das Ritzel durch die Kraft des Schalters eingespurt
wird, um mehr als 70% verringert. Dies ermöglicht ein An- und Abschalten
des elektrischen Schaltstroms unter Verwendung von Halbleitern,
wodurch die Baugröße verringert
wird.
-
Bei
dem vorstehend beschriebenen Starter werden Beschädigungen
am Zahnkranz verringert. Auch die Abnutzung des Hauptkontaktes wird
dank des Nebenkontaktes verringert. Durch den Nebenkontakt ergeben
sich jedoch Probleme.
-
Was
beispielsweise die Widerstandsfähigkeit des
Nebenkontaktes betrifft, so nutzt sich dieser durch Lichtbogenhitze
leicht ab, da er aus Metall besteht und mit einem elektrischen Strom
von ca. 100 A geschaltet wird. Unter einem anderen Gesichtspunkt ist
ein Widerstand erforderlich, so dass sich ein Problem mit der Widerstandsfähigkeit
des Widerstandes führt.
Wenn beispielsweise der Schlüsselschalter
des Fahrzeugs in einer Anlassposition festgehalten wird, kann es
sein, dass eine Spule kontinuierlich mit elektrischem Strom versorgt
wird. Im Ergebnis tritt Abbrand an den Bauteilen wie etwa dem Widerstand und
einer Spule auf, und ein ordnungsgemäßer Betrieb des Nebenkontaktes
ist nicht möglich.
-
Bei
wieder einem anderen Aspekt werden Kontaktprellen des Nebenkontaktes
oder die Erhöhung
einer minimalen Betriebsspannung zu einem Problem. 6 ist
ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einer Kraft F und einem
Hub D des Schalters zeigt. In 6 sind eine
zum Betätigen
des Schalters erforderliche Kraft F1 und eine von dem Schalter erzeugte
Anziehungskraft F2 abgetragen. Die Kraft F1 wird durch Umrechnen
der Lasten einer Rückstellfeder,
einer Kontaktdruckfeder und dergleichen, die von dem Schalter angetrieben
werden, als die Kolbenkraft bestimmt.
-
Wenn
der Kolben verschoben wird, wird der Nebenkontakt an einem Punkt
Da geschlossen. Wenn der Motorstrom über den Nebenkontakt zugeführt wird,
fällt die
Spannung ab, wodurch der Schalterstrom verringert wird. Wenn die
Leistungsversorgungsspannung hoch genug ist, zieht der Schalter den
Kolben kontinuierlich an. Wenn die Leistungsversorgungsspannung
jedoch niedrig ist, verringert sich die Anziehungskraft F2 auf weniger
als die Kraft F1, wie durch die gestrichelte Linie in 6 angezeigt
ist. Daher wird der Kolben mit der Federkraft zurückgestellt,
wodurch der Nebenkontakt geöffnet
wird. Im Ergebnis tritt am Punkt Da ein Prellen des Nebenkontaktes
auf. Im ungünstigsten
Fall kann der Kontakt überhitzt
werden und anhaften. Die vorstehend erwähnte minimale Betriebsspannung
ist die Mindestspannung, die erforderlich ist, um Kontaktprellen
zu vermeiden.
-
Wie
aus der vorhergegangenen Beschreibung verständlich sein dürfte, verursacht
der Nebenkontakt einen rapiden Spannungsabfall in der Mitte des
Kolbenhubs. Daher ist die minimale Betriebsspannung des den Nebenkontakt
aufweisenden Schalters höher
als bei einem Schalter ohne den Nebenkontakt. Beim Schließen des
Hauptkontaktes wird ein Spannungsabfall verursacht. Wenn der Hauptkontakt
aber geschlossen ist, ist die Anziehungskraft des Schalters stark
genug, weil der Kolben bereits in ausreichendem Maße verschoben
worden ist. Daher entsteht kein Problem für den Hauptkontakt. Um die
Probleme im Zusammenhang mit dem Nebenkontakt zu lösen, können Schalter,
Kontakt und Widerstand vergrößert werden.
Dies läuft
jedoch einer kompakten Ausführung
zuwider.
-
Als
ein Mittel zum Beheben von Abnutzung und Anhaften des Kontaktes
werden in der Veröffentlichungsschrift
JP-A-9-310666 (
US-Patent Nr. 6,054,777 )
Bürsten
als Kontakt für
den Motor verwendet. Da Bürsten
aber Verschleissteile sind, ist eine vorgegebene Länge als
Abnutzungsreserve erforderlich. Bei dem Starter haben die Bürsten im
Allgemeinen eine Abnutzungsreserve von ca. 10 mm.
-
Ferner
erfordert eine Bürste
im Allgemeinen 10 N bis 20 N als Aufsetzkraft. Im Allgemeinen sind zwei
Bürsten
vorgesehen. Insgesamt sind also 20 N bis 40 N erforderlich. Um diese
Kraft durch eine Feder zur Verfügung
zu stellen, ist es erforderlich, die Feder um ca. 10 mm bis 20 mm
(mindestens ca. 10 mm) zu spannen. Falls Bürsten als Kontakt verwendet
werden, ist ein Schalterhub von mehr als 20 mm erforderlich, um
die Änderung
der Länge
von ca. 10 mm bis 20 mm infolge einer Abnutzung der Bürsten und
der Aufsetzkraft auszugleichen, und um die Bürsten mit dem Kolben zu bewegen,
ist eine Anziehungskraft von mehr als 20 N erforderlich.
-
Tatsächlich ist
es schwierig, beide Anforderungen mit dem Schalter des allgemeinen
Starters zu erfüllen,
und zwar wegen seiner Größe. Es gibt
einen Versuch, den Hub und die Anziehungskraft durch die Anwendung
des Hebelprinzips zu vergrößern (z.
B.
DE 10018467 A1 ).
Dies ist jedoch schwierig, weil eine nicht ausreichende Arbeitsleistung
eines Schalters – das
Produkt aus dem Hub und der Anziehungskraft – auch bei einem mithilfe des
Hebelprinzips geänderten
Verhältnis
dieser Faktoren ungenügend bleibt.
Ferner werden zusätzlich
spezielle große Bürstenbewegungseinrichtungen
benötigt.
-
D.
h., falls Bürsten
als Kontakt verwendet werden, wird ein großformatiger Mechanismus wie etwa
ein großer
Schalter benötigt.
Dies läuft
jedoch dem Ziel einer verringerten Baugröße zuwider. Ausserdem bestehen
die Bürsten
des Starters im Allgemeinen aus Graphit mit 50% oder mehr Kupfer,
um Kontaktwiderstände
zu verringern. Daher sind Bürsten
als Kontakt nicht bevorzugt.
-
Die
vorliegende Erfindung entstand angesichts der vorstehend genannten
Nachteile, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Magnetschalter
zur Verfügung
zu stellen, der Abnutzung und Anhaften von Kontakten infolge von
Lichtbogenbildung dadurch verhindert, dass ein Nebenkontakt aus
einem Kohlematerial vorgesehen ist und die elektrische Leistungszufuhr
in einem Zustand an- und abgeschaltet wird, in dem ein elektrischer
Strom im Wesentlichen Null ist.
-
Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Magnetschalter für einen
Starter die Merkmale nach Anspruch 1 auf. Bevorzugte Merkmale sind
in den Unteransprüchen
definiert.
-
Dadurch,
dass der zweite Kontaktabschnitt nicht unmittelbar bestromt wird,
wird eine Beschädigung
des zweiten Kontaktabschnitts, der Metallkontakte aufweist, verhindert.
Da der erste Kontaktabschnitt Kohlematerial enthält, das nicht leicht anhaftet und
leicht gleitet, besteht selbst dann eine geringere Wahrscheinlichkeit
eines Anhaftens oder einer abnormalen Abnutzung des Kontaktes, wenn
beim Zuführen
von elektrischer Leistung zum Motor im ersten Kontaktabschnitt eine
Lichtbogenbildung infolge eines Prellens des Kontaktes auftreten
sollte.
-
Beim
Ausschalten des Magnetschalters unterbricht der erste Kontaktabschnitt
den Kontakt, nachdem der zweite Kontaktabschnitt den Kontakt unterbrochen
hat. Da der elektrische Strom im zweiten Kontaktabschnitt nicht
unmittelbar unterbrochen wird, besteht eine geringere Wahrscheinlichkeit
einer Lichtbogenbildung im zweiten Kontaktabschnitt, wodurch eine
Beschädigung
des Kontaktes verhindert wird. Da der erste Kontaktabschnitt, zu
dem der elektrische Strom unmittelbar unterbrochen wird, das lichtbogenbeständige Kohlematerial
umfasst, verbessert er die Leistungsfähigkeit des Schalters.
-
Eine
Widerstandskomponente ist in einer ersten Schaltung in Reihe mit
dem ersten Kontaktabschnitt enthalten. Weil der elektrische Strom
in der ersten Schaltung eingeschränkt ist, kann die Belastung
des Kontaktes verringert werden. Ferner sind der erste Kontaktabschnitt
und der zweite Kontaktabschnitt parallel verbunden. Wenn der zweite
Kontaktabschnitt einen Kontakt herstellt, wird die elektrische Leistung
nicht allgemein an die erste Schaltung mit der Widerstandskomponente
gelegt, sondern an die zweite Schaltung gelegt. Dadurch wird dem
Motor ein benötigter
Betrag an elektrischem Strom zugeführt.
-
Das
Kohlematerial besteht zu 100% aus Kohle, oder aus Kohle mit einem
Metallanteil von 10% oder weniger. Daher stellt das Kohlematerial
einen Widerstand (im Allgemeinen 50 mΩ) zur Verfügung. Da die Widerstandskomponente
durch das Kohle material zur Verfügung
gestellt wird, ist die Anzahl von Teilen verringert und der Aufbau
vereinfacht.
-
Ein
Magnetschalter umfasst eine Anziehungsspule, die eine Anziehungskraft
erzeugt, wenn sie erregt wird, und eine Kontakteinheit zum elektrischen
Verbinden einer Batterie und eines Motors. Die Kontakteinheit umfasst
einen ersten Kontaktabschnitt für
die hilfsweise Versorgung des Motors mit elektrischer Leistung über eine
Widerstandskomponente und einen zweiten Kontaktabschnitt für die hauptsächliche
Versorgung des Motors mit elektrischer Leistung. Die Widerstandskomponente
wird durch einen Kontakt des ersten Kontaktabschnitts zur Verfügung gestellt,
der aus einem Kohlematerial besteht.
-
Wenn
die Anziehungsspule erregt wird, werden ein beweglicher Kontakt
und ein fester Kontakt des ersten Kontaktabschnitts miteinander
in Kontakt gebracht, während
eine Rückstellfeder
durch den Kolben gespannt wird, und daraufhin werden ein beweglicher
Kontakt und ein fester Kontakt durch eine weitere Bewegung des Kolbens
miteinander in Kontakt gebracht. Wenn die Leistungszufuhr zum Motor abgestellt
wird, werden der bewegliche Kontakt und der feste Kontakt des zweiten
Kontaktabschnitts getrennt, bevor der bewegliche Kontakt und der
feste Kontakt des ersten Kontaktabschnitts getrennt werden, indem
der Kolben durch die Rückstellkraft
der Rückstellfeder
verschoben wird. Somit werden der Ein- und Aus-Zustand des Schalters
mit einem einfachen Aufbau gesteuert.
-
Der
Magnetschalter umfasst ferner ein federndes Teil zum Aufbringen
eines Kontaktdrucks auf den ersten und den zweiten Kontaktabschnitt.
Dadurch verhindert er einen Spannungsabfall an den Kontaktabschnitten.
Ferner kann der Kontaktabschnitt selbst dann den Kontakt herstellen,
wenn der Kontakt abgenutzt ist.
-
Die
festen Kontakte des ersten und des zweiten Kontaktabschnitts sind
mit der Batterie verbunden vorgesehen. Daher können die Kontakte am Startergehäuse befestigt
sein, wodurch die Zuverlässigkeit
verbessert wird. Ferner sind die beweglichen Kontakte und das federnde
Teil, die beweglich sind, benachbart zum Kolben vorgesehen. Dadurch
wird der Aufbau einfach gemacht. Die beweglichen Kontakte und das
federnde Teil können
beispielsweise gemeinsam verwendet werden.
-
Eine
Kontaktdruck auf den ersten Kontaktabschnitt wird durch die Nachgiebigkeit
eines federnden Abschnitts entsprechend der Kolbenbewegung allmählich erhöht oder
verrin gert. Dadurch wird der Widerstand des Kontaktes, der von dem
Kohlematerial zur Verfügung
gestellt wird, allmählich
von einem unendlichen Wert auf einen vorgegebenen Wert (z. B. 50
mΩ) geändert. Entsprechend
wird der elektrische Strom allmählich
geändert
(z. B. von 0 A zu 100 A und von 100 A zu 0 A). Dadurch, dass der
erste Kontakt in einem Zustand schaltet, in dem der elektrische
Strom Null ist, werden Schäden
am Kontakt verringert.
-
Das
Kohlematerial ist in zwei Lagen ausgebildet. Der erste Kontaktabschnitt
stellt einen Kontakt durch die aus 100% Kohle bestehende Lage zuerst her,
und unterbricht den Kontakt durch diese Lage zuletzt. Dadurch werden
eine Lichtbogenbildung am ersten Kontaktabschnitt und ein Anhaften
der Kontakte verhindert.
-
Der
Motor wird mit voller Geschwindigkeit gedreht, nachdem das Ritzel
infolge der durch den ersten Kontaktabschnitt verringerten elektrischen Leistung
mit einer niedrigen Geschwindigkeit am Zahnkranz eingespurt ist.
Dadurch werden Schäden am
Zahnkranz verringert. Ferner stellt der erste Kontaktabschnitt den
Kontakt über
das Kohlematerial in einem Zustand her, in dem der elektrische Strom
im Wesentlichen Null ist. Dadurch wird die Standzeit des Schalters
verlängert.
-
Weitere
Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich noch
deutlicher aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung unter Bezugnahme
auf die beigefügte
Zeichnung, in der gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind;
es zeigt:
-
1 eine
Querschnittansicht eines Starters gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
-
2 eine
Querschnittansicht eines Schalters des in 1 gezeigten
Starters;
-
3 eine
schematische Ansicht eines beweglichen Abschnitts des in 1 gezeigten
Schalters;
-
4 eine
Schaltung des Starters gemäß der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
-
5A bis 5C schematische
Ansichten eines ersten Kontaktabschnitts gemäß einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, die jeweils einen Positionszustand während der
Herstellung eines Kontaktes durch den ersten Kontaktabschnitt erläutern;
-
6 ein
Diagramm, das die Beziehung zwischen einer Kraft und einem Hub eines
Schalters erläutert
und einen Vorteil der vorliegenden Erfindung aufzeigt; und
-
7 ein
Diagramm, das die allgmeine Beziehung zwischen dem Kontaktdruck
der Kohlematerialien und dem elektrischen Widerstand erläutert.
-
Ein
Starter der vorliegenden Erfindung wird auf der Grundlage einer
in den 1 bis 4 gezeigten Ausführungsform
beschrieben. Das Bezugszeichen 50 bezeichnet einen Schalter
mit einer Anziehungsspule 51, die eine elektromagnetische
Kraft erzeugt, 52 einen in einem Magnetkreis enthaltenen Kolben, 55 ein
Gehäuse, 54 eine
Abdeckung, und 56 einen Luftspalt.
-
Das
Bezugszeichen 70 bezeichnet einen ersten Kontaktabschnitt,
der aus einem festen Kontakt 71 und einem beweglichen Kontakt 72 aufgebaut ist.
Der feste Kontakt 71 besteht aus einem Kohlematerial, das
100% Kohle umfasst oder hauptsächlich Kohle
und einen geringen Betrag eines Metallanteils umfasst. Der bewegliche
Kontakt 72 ist Teil eines ersten federnden Teils 73.
Das erste federnde Teil 73 besteht aus einem leitfähigen und
mechanisch festen Material wie etwa Phosphorbronze.
-
Das
Bezugszeichen 80 bezeichnet einen zweiten Kontaktabschnitt,
der aus einem festen Kontakt 81 und einem beweglichen Kontakt 82 aufgebaut ist.
Der erste Kontaktabschnitt 70 und der zweite Kontaktabschnitt 80 sind
parallel zwischen eine Batterie und einen Motor geschaltet. Da der
erste Kontaktabschnitt 70 das Kohlematerial umfasst, stellt
er in der Schaltung einen Widerstand zur Verfügung. Etwa 50 mΩ werden
als Widerstandswert in der Schaltung benötigt. Der feste Kontakt 71 umfasst 10%
oder weniger Metallanteil, damit er einen benötigten Widerstand besitzt.
Als Kohle werden Graphit und amorphe Kohle verwendet. Welches davon
verwendet wird, wird in Anbetracht des Metallanteils entschieden,
damit der erste Kontaktabschnitt 70 den benötigten Widerstandswert
zur Verfügung
stellt und eine lange Standzeit besitzt.
-
Die
beweglichen Kontakte 72, 82 bringen infolge der
Nachgiebigkeit des ersten und des zweiten federnden Teils 73, 83 einen
Kontaktdruck auf die festen Kontakte 71, 81 auf.
Die federnden Teile 73, 83 sind so angeordnet,
dass sie sich gemeinsam mit dem Kolben 52 bewegen. Als
Alternative können
die federnden Teile 73, 83 jeweils benachbart
zu den festen Kontakten 71, 81 angeordnet sein,
oder können so
angeordnet sein, dass sie jeweils zwischen den festen Kontakten 71, 81 und
den beweglichen Kontakten 72, 82 überkreuzen.
-
Der
feste Kontakt 71 des ersten Kontaktabschnitts 70 ist
durch einen Halter 62 mit einer Batterie (nicht gezeigt)
verbunden. Der feste Kontakt 81 des zweiten Kontaktabschnitts 80 ist
mit der Batterie durch einen Anschluss 60 verbunden. Wie
in 2 gezeigt ist, sind ein Flansch 53 und
ein Verbindungsabschnitt 53a an einem Ende des Kolbens 52 befestigt.
Ein vorstehendes Ende 53b des Flansches 53 ist durch
das zweite federnde Teil 83 mit einem Halter 58 verbunden.
Die beweglichen Kontakte 72, 82 sind an einem
Ende des Halters 58 beispielsweise durch Presspassung befestigt.
Der Flansch 53, der Halter 58 und die beweglichen
Kontakte 72, 82 sind entsprechend einer Bewegung
des Kolbens 52 als Einheit verschiebbar und arbeiten somit
als ein Schalter.
-
Der
Verbindungsabschnitt 53a ist mit einem Loch ausgebildet,
in das ein Ende eines Verbindungsgliedes 90 eingesetzt
ist. Das gegenüberliegende
Ende des Verbindungsgliedes 90 beschränkt die Drehung eines Ritzel 25 durch
ein Teil 91. Insbesondere wenn der Kolben 52 durch
die Anziehungskraft der Anziehungsspule 51 in einer Richtung
angezogen wird, in der er den Luftspalt 56 verschließt, wird
das Teil 91 durch das Verbindungsglied 90 in Anlage
an das Ritzel 25 gebracht, wodurch die Drehung des Ritzels 25 beschränkt wird.
Wenn der Motor in diesem Zustand seine Drehung beginnt, wird das
Ritzel 25 durch eine auf der Aussenfläche einer Ausgangswelle 20 und
einer Innenfläche
des Ritzels 25 ausgebildete Schrägverzahnung 20a, 25a in
einer Axialrichtung bewegt und mit dem Zahnkranz (nicht gezeigt)
einer Kraftmaschine in Eingriff gebracht.
-
Eine
Welle 11 eines Ankers 10 des Motors ist mit der
Ausgangswelle 20 durch eine Drehzahlverringerungseinrichtung 30 und
eine Kupplung 27 gekoppelt. Das Bezugszeichen 57 bezeichnet
eine Rückstellfeder
zum Zurückführen des
Kolbens 52 in eine stationäre Position, wenn die Leistungszufuhr
zur Anziehungsspule unterbrochen wird. Bei dieser Ausführungsform
ist die Rückstellfeder 57 in
einem Innenumfang des Magnetschalters 50 benachbart zum Kolben 52 angeordnet.
Die Rückstellfeder 57 kann
jedoch in einer anderen Position angeordnet sein, solange sie den
Kolben 52 in die stationäre Position zurückführen kann.
-
Als
Nächstes
wird der Betrieb der vorliegenden Erfindung beschrieben. Wenn ein
Schlüsselschalter
(nicht gezeigt) eines Fahrzeugs eingeschaltet wird, erzeugt die
Anziehungsspule 51 eine elektromagnetische Kraft, und der
Kolben 52 bewegt sich entgegen der Rückstellfeder 57 in
eine Richtung, in der er den Luftspalt 56 verschließt. Der
Kolben 52 beschränkt
die Drehung des Ritzels 25 durch das Verbindungsglied 90.
Als Nächstes
wird der erste Kontaktabschnitt 70 durch eine Widerstandskomponente elektrisch
verbunden, so dass der Motor sehr langsam seine Drehung beginnt.
Hierbei wird die Widerstandskomponente durch das Kohlematerial zur
Verfügung
gestellt, das in dem festen Kontakt 71 enthalten ist.
-
Zusammen
mit der Drehung des Motors dreht die Ausgangswelle 20.
Das Ritzel 25 wird in einem Zustand, in dem seine Drehung
beschränkt
ist, in einer Axialrichtung mit einer axialen Komponente der Schrägverzahnung 20a, 25a geschoben,
so dass es mit dem Zahnkranz (nicht gezeigt) in Eingriff gelangt.
Wenn der Kolben 52 weiter verschoben wird, wird der zweite
Kontaktabschnitt 80 bestromt. Da der erste Kontaktabschnitt 70 und
der zweite Kontaktabschnitt 80 parallel verbunden sind
und die Widerstandskomponente in einer Schaltung enthalten ist, welche
den ersten Kontaktabschnitt 70 umfasst, wird die elektrische
Leistung von der Batterie zur Gänze an
eine Schaltung geliefert, die den zweiten Kontaktabschnitt 80 enthält. Somit
dreht der Motor mit voller Geschwindigkeit und startet dadurch die
Kraftmaschine.
-
Sobald
die Kraftmaschine anspringt und der Schlüsselschalter ausgeschaltet
wird, verschwindet die elektromagnetische Kraft der Anziehungsspule
51.
Der Kolben
52 wird von einer Federkraft (Rückstellkraft)
der Rückstellfeder
57 zurückgeführt und öffnet dadurch
den zweiten Kontaktabschnitt
80. Dadurch wird dem Motor
eine Leistung zugeführt,
die durch die Widerstandskomponente in der Schaltung des ersten
Kontaktabschnitts
70 verringert ist. Wenn der Kolben
52 noch
weiter zurückgestellt
wird, ist der erste Kontaktabschnitt
70 offen. Der Magnetschalter der
vorliegenden Erfindung arbeitet auf diese Weise. Hierbei arbeiten
Abschnitte wie etwa der Einspurabschnitt, anders als der Schalter,
auf eine Weise, die dem in der
JP-A-10-115274 beschriebenen Starter ähnlich ist.
Auf eine Beschreibung dieser Abschnitte wird daher vorliegend verzichtet.
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung weist eine Kontakteinheit, die die Batterie und den Motor elektrisch
verbindet, zwei Kontaktabschnitte 70, 80 auf.
Das Ein- und Ausschalten der Leistungszufuhr zum Motor wird von
dem ersten Kontaktabschnitt 70 durchgeführt, und der elektrischen Strom
wird immer durch die Widerstandskomponente in der Schaltung des
ersten Kontaktabschnitts 70 reduziert. Ferner besteht der
feste Kontakt 71 aus Kohlematerial. Dadurch werden Abnutzung
und Anhaften des Kontaktes verringert.
-
Da
der Kontakt 71 als Widerstand dienen kann, wird die Anzahl
der Teile nicht erhöht.
Ferner besteht sogar in einem Fall, in dem dem Magnetschalter aufgrund
eines Defekts des Schlüsselschalters
kontinuierlich Leistung zugeführt
wird, eine geringere Wahrscheinlichkeit eines Abbrands des Widerstandes.
-
Der
Kontaktdruck auf den festen Kontakt 71, der aus Kohlematerial
besteht, wird infolge der Nachgiebigkeit des federnden Teils 73 entsprechend
der Verschiebung des Kolbens 52 allmählich erhöht und verringert. Wie in 7 gezeigt
ist, kann der Kontaktwiderstand allmählich von einem hohen Wert
abgesenkt werden und allmählich
auf den hohen Wert angehoben werden. Dadurch kann der erste Kontaktabschnitt 70 in
einem Zustand geöffnet
und geschlossen werden, in dem der elektrische Strom im Wesentlichen
Null ist. Dadurch werden Abnutzung und Anhaften infolge von Lichtbogenbildung
verhindert.
-
Ferner
ist der benötigte
Kontaktdruck auf den ersten Kontaktabschnitt 70 sehr gering,
nämlich
ca. 1 N, und der Kontaktdruck wird allmählich in einem langen Hub aufgebracht.
Daher wirkt er sich nicht auf die Anziehungskraft des Schalters 50 aus.
Durch die Verwendung des Kohlekontaktabschnitts mit dem federnden
Teil zusätzlich
zum Hauptkontaktabschnitt kann ein idealer Schalter zur Verfügung gestellt
werden.
-
Da
der Widerstand allmählich
abnimmt und zunimmt, wird ein Spannungsabfall verhindert. Dadurch
besteht eine geringere Wahrscheinlichkeit, dass die Anziehungskraft
plötzlich
abfällt
wie in dem Fall (F2) gemäß der Darstellung
in 6, in dem ein 50 m Ω-Widerstand verwendet wird.
Ferner verringert sich die Anziehungskraft F3 der vorliegenden Ausführungsform
nicht auf weniger als die Kraft F1, die zum Betreiben des Schalters
benötigt
wird. Auch die minimale Betriebsspannung des Schalters verringert sich
nicht. Obgleich der feste Kontakt 71 aus Kohlematerial
besteht, können
auch nur einer oder beide von dem festen Kontakt 71 und
dem beweglichen Kontakt 72 aus Kohlematerial hergestellt
sein.
-
Als
eine modifizierte Ausführungsform
kann der erste feste Kontakt 71 in zwei Lagen ausgebildet sein,
wie in den 5A bis 5C gezeigt
ist. Das Bezugszeichen 71a bezeichnet einen metallreichen Abschnitt,
der mehr Metall als Kohle enthält.
Das Bezugszeichen 71b bezeichnet einen metallarmen Abschnitt,
der weniger oder kein Metall enthält.
-
Es
wird nun der Betrieb des festen Kontaktes 71 beschrieben.
Beim Einschalten des Schalters stellt der bewegliche Kontakt 72 entsprechend
einer Bewegung des Kolbens 52 zuerst den Kontakt mit dem
metallarmen Abschnitt 71b her. Daraufhin stellt der bewegliche
Kontakt 72 den Kontakt mit dem metallreichen Abschnitt 71a her.
Beim Abschalten des Schalters trennt sich der bewegliche Kontakt 72 zuerst
von dem metallreichen Abschnitt 71a und trennt sich dann
von dem metallarmen Abschnitt 71b.
-
Somit
können
ein Ein- und Aus-Zustand des Schalters durch den zweilagigen festen
Kontakt 71 genauer gesteuert werden als in einem Fall,
in dem der erste feste Kontakt 71 zur Gänze aus Kohlematerial besteht.
Hierdurch können
die vorstehend beschriebenen Vorteile noch weiter verbessert werden. Ferner
werden durch eine Kombination dieses sehr zuverlässigen, kompakten Schalters
mit dem Einspuren bei beschränkter
Drehung des Ritzels die Vorteile weiter verbessert, und die Zuverlässigkeit
des Einspurens wird weiter erhöht.
Auf diese Weise stellt die vorliegende Erfindung einen langlebigen,
sehr zuverlässigen,
kompakten Magnetschalter zur Verfügung.