EP3513420B1 - Einrückrelais für sowie verfahren zum betreiben einer vorzugsweise als startvorrichtung ausgebildeten elektrischen maschine mit einem einrückrelais - Google Patents

Description

Stand der Technik
• Aus der EP 2 288 805 A2 ist ein Einrückrelais mit einem Schubmotor bekannt, wobei dieser Schubmotor Wicklungen sowie einen beweglichen Teil umfasst. Der Schubmotor dient zum Verschieben einer Schaltachse zum elektrischen Verbinden von Kontakten und somit zum Schließen eines Stromkreises eines Startermotors. Der bewegliche Teil ist ferner mit einem Mitnehmer verbunden, welcher wiederum mit einem Einrückhebel zum Einspuren eines Ritzels zusammenwirkt.
• Auch aus der DE 197 27 545 A1 ist eine Startvorrichtung mit einem Einrückrelais bekannt, bei dem der bewegliche Teil des Einrückrelais mit einem zu dem beweglichen Teil relativ beweglichen Mitnehmer verbunden ist. Bei dieser Art der Gestaltung des Einrückrelais kann es dazu kommen, dass das Ritzel stirnseitig am Zahnkranz der Brennkraftmaschine anliegt und eine Kontakteinrichtung zum Einschalten eines Startermotors der Startvorrichtung eingeschaltet wird. Dabei fließt ggf. ein maximaler Strom durch die Kontakteinrichtung und damit durch den Startermotor, während das Ritzel noch am Zahnkranz anliegt.
• Demgegenüber soll mit den Maßnahmen der vorgeschlagenen Erfindung eine Verbesserung erzielt werden.
Offenbarung der Erfindung
• Erfindungsgemäß werden ein Einrückrelais für eine elektrische Maschine sowie ein Verfahren zum Betreiben einer insbesondere als Startvorrichtung ausgebildeten elektrischen Maschine mit einem Einrückrelais mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen.
• Die Vorteile der Erfindung des Einrückrelais bestehen darin, dass durch die vorgeschlagene Anordnung erreicht wird, dass ein Einschalten der Kontakteinrichtung des Einrückrelais um einen Startermotor der Startvorrichtung einzuschalten, zwingend erst dann geschlossen werden kann, wenn das Ritzel zumindest teilweise im Zahnkranz der Brennkraftmaschine eingespurt ist. Dadurch ist ein Risiko, wonach das Ritzel eine Zahnlücke im Zahnkranz überspringt und dadurch der Zahnkranz oder das Ritzel selbst beschädigt wird ("Ratschen") nicht mehr gegeben. Durch den Spalt bzw. den damit verbundenen Anschlag des Anschlagsteils mit dem Mitnehmer wird das Schließen der Kontakteinrichtung zum Schalten des Startermotors mechanisch verhindert, wenn das Ritzel in den Zahnkranz nicht zumindest teilweise eingespurt ist. Dies führt zu einer so genannten "Blindschaltung", bei der zwar beispielsweise das Zündstartschloss betätigt, aber der Starter bzw. die Startvorrichtung nicht eingeschaltet wird. Die Brennkraftmaschine wird dadurch nicht gestartet, "Ratschen" zwischen dem Ritzel und dem Zahnkranz wird verhindert. Entsprechende Vorteile gehen mit dem ebenfalls beanspruchten erfindungsgemäßen Verfahren einher.
Figuren
• Die Erfindung ist anhand von verschiedenen Figuren ausführlich erklärt:

Figur 1

zeigt eine schematische Ansicht einer Startvorrichtung mit einem Einrückrelais, verschaltet in einem Bordnetz eines Kraftfahrzeugs,

Figur 2

zeigt ein Einrückrelais in einem Längsschnitt, die

Figuren 3 bis 7

zeigen zumindest ausschnittweise das Relais im Längsschnitt zu verschiedenen Bewegungssituationen.

• Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
• In Figur 1 ist schematisch eine Ansicht einer Startvorrichtung 10 mit einem Teil eines Bordnetzes 13 dargestellt. Des Weiteren ist am linken Ende der Figur 1 ausschnittweise ein Zahnkranz 15 einer Brennkraftmaschine 17 dargestellt. Die Startvorrichtung 10 hat ein Einrückrelais 20, einen Einrückhebel 22, einen Startermotor 23 und des Weiteren und unter anderem auch ein Ritzel 25. Der in der Figur 1 dargestellte Teil des Bordnetzes zeigt eine typischer Weise als Starterbatterie bezeichnete Stromversorgung 27 und einen Startschalter 28. Der in Figur 1 dargestellte Stromkreis zeigt den Stromkreis bzw. Strompfad, über den die elektrische Energieversorgung der Startvorrichtung 10 erfolgt. Hierzu ist das Einrückrelais 20 über eine so genannte Klemme 30 mit einem Pluspol der Stromversorgung 27 verbunden. Über eine so genannte Klemme 45 verläuft dann der Strom in den Startermotor 23. Hierzu wird durch Einschalten bzw. Aktivieren des Einrückrelais' 20 eine Kontaktbrücke 50 auf einen so genannten Plusbolzen 51 und einen Minusbolzen 52 zubewegt. Dann fließt bei geschlossenem Startschalter 28 ein Strom über den Plusbolzen 51, die Kontaktbrücke 50 und den Minusbolzen 52 in den Startermotor 23 und treibt diesen mit voller Leistung an. Mit dem Einschalten des Startschalters 28 und dabei noch vor Aktivierung bzw. Bewegung der Kontaktbrücke 50 sind durch die Kontaktbrücke 50 oder alternativ einen ähnlichen Kontakt zwei Hilfskontakte 53 bzw. 54 miteinander elektrisch leitend verbunden. Dies führt dazu, dass eine Einzugswicklung 55 bestromt ist. Solange dann die Kontaktbrücke 50 oder der andere nicht näher bezeichnete Hilfskontakt diese elektrische Verbindung zur Einzugswicklung 55 nicht öffnet, zieht die Einzugswicklung 55 einen beweglichen Teil 57, der beispielsweise als so genannter Magnetanker ausgeführt sein kann, in die Einzugswicklung 55 hinein. Des Weiteren sei erwähnt, dass dieses Einrückrelais 20 zum Betätigen der Kontaktbrücke 50 einen hier als Schubmotor 60 bezeichneten Apparat mit dem beweglichen Teil 57 aufweist, der durch Bestromen der Einzugswicklung 55 und auch einer Haltewicklung 63 eine Kraft entwickelt, die es ermöglicht, die Kontaktbrücke 50 über den beweglichen Teil 57 - vorzugsweise als Magnetanker ausgeführt - gegen verschiedene Widerstände (Federn beispielsweise) zu bewegen.
• In Figur 2 ist ein konkreteres Ausführungsbeispiel des Einrückrelais 20 mit dem Schubmotor 60 in einer Ausgangsstellung dargestellt. Im rechten Bereich der Figur 2 ist eine Kontakteinrichtung 65 dargestellt, zu der unter anderem die Kontaktbrücke 50, der Plusbolzen 51 und der Minusbolzen 52 gehört. In diesem Fall gehört hierzu auch ein Hilfskontakt 53 und ein Hilfskontakt 54. Wie bereits erwähnt, dienen diese beiden Hilfskontakte 53, 54 dazu, eine Einzugswicklung 55 nach dem Schließen des Startschalters 28 zu bestromen. Die Kontaktbrücke 50 sitzt auf einer Schaltachse 67, die durch einen magnetischen Rückschluss 70 hindurchgeführt ist. Die Kontaktbrücke 50 sitzt auf einer Isolationshülse 72 auf. Die Isolationshülse 72 ist in einer zylindrischen Ausnehmung im magnetischen Rückschluss 70 eingesetzt und geführt. In einer in Bezug auf die Kontaktbrücke 50 rückwärtigen Ausnehmung, welche hier nicht näher bezeichnet ist, stützt sich eine Kontaktdruckfeder 73 an ihrem linken Ende und damit an einem Ende, welches der Kontaktbrücke 50 abgewandt ist, an einer ebenfalls nicht näher bezeichneten Schulter der Schaltachse 67 ab.
• An einem von der Kontaktbrücke 50 abgewandten Ende 74 der Schaltachse 67 sitzt ein Anschlagselement 75 auf einem im Durchmesser verringerten Zapfen 76 auf. Das Anschlagselement 75 - bevorzugt als einfache gelochte Platte ausgeführt - liegt mit einer Fläche, welche zu der Kontaktbrücke 50 gerichtet ist, an einem Boden 77 einer sacklochartigen Ausnehmung 78 an. Die sacklochartige Ausnehmung 78 ist an einem Ende 79 des beweglichen Teils 57 eingebracht. Dieses Ende 79 ist von der Kontaktbrücke 50 abgewandt. Das bewegliche Teil 57 hat - ausgehend von dem Boden 77 - eine Durchgangsöffnung 80 nach Art einer Durchgangsbohrung. In dieser Durchgangsöffnung 80 ist die Schaltachse 67 mittels einer Gleitbuchse 81 gelagert. An einer nicht näher bezeichneten Stirnfläche der Gleitbuchse 81, welche zu der Kontaktbrücke 50 gerichtet ist, stützt sich eine Kontaktrückstellfeder 82 ab. An einem anderen Ende der Kontaktrückstellfeder 82 stützt sich diese an dem magnetischen Rückschluss 70 ab. An das Ende 79 des beweglichen Teils 57 schließt sich ein Führungselement 83 an, das bevorzugt und hier beispielhaft als Buchse ausgeführt ist. Dieses Führungselement 83 ist an seinem zum beweglichen Teil 57 gerichteten Ende ortsfest befestigt. In diesem Führungselement 83 sind ein Anschlagsteil 84 und ein Mitnehmer 85 angeordnet. Das Anschlagsteil 84 und der Mitnehmer 85 sind durch eine Feder 86, welche hier beispielhaft als Druckfeder ausgeführt ist, und durch eine von dieser Feder 86 ausgeübte Kraft auf Abstand gehalten.
• Der Mitnehmer 85 ist dabei wie folgt aufgebaut: von der Seite, welche dem beweglichen Teil 57 zugewandt ist, folgt zunächst ein Abschnitt 87, der besonders bevorzugt und hier beispielhaft als ringartiger Bund ausgeführt ist. Dieser Abschnitt 87 hat einen Außenumfang mit einer nach radial außen gerichteten Fläche 88. Mit dieser nach radial außen gerichteten Fläche 88 ist der Mitnehmer 85 in dem Führungselement 83 geführt. Dadurch ist eine präzise Führung des Mitnehmers 85 in dem Führungselement 83 in Richtung einer Achse 89 möglich, die einer Richtung beim Schalten und damit dem Bewegen der Kontaktbrücke 50 und der Bewegung des beweglichen Teils 57 entspricht. Der Mitnehmer 85 weist in sich von dem beweglichen Teil 57 abgewandter Richtung einen Abschnitt 90 auf, der besonders bevorzugt ringzylindrisch gestaltet ist. Am sich von dem beweglichen Teil 57 am weitesten entfernten Ende des Abschnitts 90, befindet sich eine bevorzugt kreisförmige Stirnfläche 91. Zwischen dieser Stirnfläche 91 und einer Stirnfläche des Anschlagelements 75 erstreckt sich eine Rückstellfeder 92, die hier besonders bevorzugt als Druckfeder ausgeführt ist. Zwischen der Stirnfläche 91 und einer weiteren Stirnfläche 93 befindet sich ein Verbindungsabschnitt 94. In die Richtung, die von dem beweglichen Teil 57 weg weist, schließt sich im Mitnehmer 85 ein Schlitz 95 an, der besonders bevorzugt als Längsschlitz ausgeführt ist. In der Richtung, die sich vom beweglichen Teil 57 entfernt, befindet sich eine weitere Stirnfläche 96, so dass sich der Schlitz 95 in Richtung der Achse 89 zwischen den beiden Stirnflächen 93 und 96 erstreckt. Der Stirnfläche 96 folgt ein Endabschnitt 97, der an dieser Stelle bevorzugt Seitenteile des Schlitzes 95 bevorzugt einstückig verbindet. Der Mitnehmer 85 umfasst somit unter anderem den Abschnitt 87 als ringartigen Bund, den Abschnitt 90, den Verbindungsabschnitt 94, die Seitenteile des Schlitzes 95 und den Endabschnitt 97.
• Das Anschlagsteil 84 ist besonders bevorzugt scheibenartig aufgebaut. Es weist einen bevorzugt scheibenartigen Zapfenteil 98 auf, der in Richtung der Achse 89 und dabei zur Stirnfläche 96 gerichtet selbst eine Stirnfläche 99 aufweist. Ebenfalls in Richtung der Achse 89 gerichtet und in diesem Fall zur Stirnfläche 93 ausgerichtet, hat das Zapfenteil 98 eine weitere Stirnfläche 100. D. h. das Zapfenteil 98 erstreckt sich besonders bevorzugt zwischen den beiden Stirnflächen 99 und 100. Das Zapfenteil 98 ist an seinem in Richtung zur Kontaktbrücke 50 gerichteten Ende mittels einer Führungseinrichtung 101 in dem Führungselement 83 derartig geführt, dass das Anschlagsteil 84 eine bevorzugt ausschließlich axiale Bewegung durchführt, die in Richtung der Achse 89 verläuft. Als besonders bevorzugte Ausführungsform weist die Führungseinrichtung 101 zwei von dem Zapfenteil 98 ausgehende Arme 102 auf. Beide Arme 102 weisen jeweils einen Führungsabschnitt 103 auf, der sich stabartig in Richtung der Achse 89 erstreckt. Diese Führungsabschnitte 103 weisen eine von der Achse 89 weg weisende, d. h. von dort nach radial außen gerichtete Oberfläche 104 auf, über die das Anschlagsteil 84 in dem Führungselement 83 so geführt ist, dass dieses Anschlagsteil 84 in der Richtung der Achse 89 beweglich und derartig geführt ist. In dem Schlitz 95, d. h. zwischen den Stirnflächen 96 und 99 greift im eingebauten Zustand des Einrückrelais 20 ein Abschnitt des Einrückhebels 22 ein. Durch eine bevorzugt gewählte Einbaulage des Einrückrelais 20 zu einem Gehäuse der Startvorrichtung 10 hebt der Mitnehmer 85 den Abschnitt 87 von einem Anschlagelement 110 ab, wenn der Einrückhebel 22 in den Schlitz 95 eingeführt wird (Abstand w ungleich Null).
• Während Figur 2 die Ruheposition des Einrückrelais 20 zeigt, zeigt Figur 3 das Einrückrelais 20 kurz nach dem Einschalten des Einrückrelais 20 mit einer bereits leicht veränderten Lage des beweglichen Teils 57. Wie hier gut zu erkennen ist, ist gemäß der Darstellung nach Figur 3 das Anschlagelement 75 mit seiner zu der Kontaktbrücke 50 gerichteten Fläche von der Fläche bzw. dem Boden 77 des beweglichen Teils 57 bereits leicht abgehoben. Dementsprechend ist ein Abstand d zwischen dem Anschlagelement 75 und dem Boden 77 vorhanden. Die in dieser Figur dargestellte Situation soll eine Situation der Mechanik im Einrückrelais 20 bzw. im Starter bzw. der Startvorrichtung 10 zeigen, in der bis zum unmittelbar bevorstehenden Verschieben des Ritzels 25 sämtliche so genannten Losen, d. h. Axialspiele in der Startvorrichtung 10 bzw. dem Einrückrelais 20, aufgebraucht sind. Derartige Lose können sein oder sind beispielsweise Abstände zwischen der Stirnfläche 99 und einem oberen Ende des Einrückhebels 22. Des Weiteren kommen auch Losen in Frage, die zwischen dem Einrückhebel 22 und einer Ritzelwelle 106 wirken können. In dieser Situation ist ein Spalt s zwischen den Stirnflächen 100 und 93 bevorzugt noch in der Größe, die auch während der Ruhelage gemäß Figur 2 vorliegt. Ein Abstand a entspricht noch einem Abstand zwischen Zahnkranz 15 und Ritzel 25 im Ruhezustand. Ein Abstand k, welcher zwischen einer Kontaktbrücke 50 und den Hilfskontakten 53, 54 vorliegt, ist hier immer noch Null. Dies bedeutet, dass die Einzugswicklung 55 bestromt ist.
• Es ist somit ein Einrückrelais 20 für eine elektrische Maschine, die vorzugsweise als Startvorrichtung 10 zum Einrücken eines Ritzels 25 dient, offenbart. Das Einrückrelais 20 weist eine Kontakteinrichtung 65 zum Verbinden elektrischer Kontakte 120, 121 auf. Der elektrische Kontakt 120 ist insbesondere mit einem Plusbolzen 51 und der elektrische Kontakt 121 insbesondere mit einem Minusbolzen 52 verbunden. Es ist eine Schaltachse 67 vorhanden, die zum elektrischen Verbinden zu betätigen ist. Das Einrückrelais hat einen Schubmotor 60, der zum Verschieben der Schaltachse 67 dient. Der Schubmotor 60 hat einen beweglichen Teil 57, der vorzugsweise als Magnetanker ausgeführt ist. Dementsprechend ist der Schubmotor 60 beispielsweise als so genannter Hubmagnet ausgeführt. Der bewegliche Teil 57 dient dazu, die Schaltachse 67 zu betätigen. Der bewegliche Teil 57 ist mit einem Mitnehmer 85 verbunden. Ein Anschlagteil 84 ist relativ zum beweglichen Teil 57 des Schubmotors 60 beweglich und in einem Ruhezustand des Einrückrelais 20 ist zwischen dem Anschlagteil 84 und dem Mitnehmer 85 ein Spalt s. Eine Feder 86 hält das Anschlagteil 84 und den Mitnehmer 85 auf Abstand. Insbesondere ist vorgesehen, dass zwischen dem Anschlagteil 84 und dem Mitnehmer 85 eine Druckfeder angeordnet ist. D. h., dass insbesondere vorgesehen ist, dass die Feder 86 als Druckfeder ausgebildet ist. Des Weiteren ist vorgesehen, dass das Anschlagsteil 84 und der Mitnehmer 85 gegeneinander geführt sind. Insbesondere ist vorgesehen, dass das Anschlagteil 84 und der Mitnehmer 85 unmittelbar gegeneinander geführt sind. Das gegeneinander Führen des Anschlagteils 84 und des Mitnehmers 85 ist dadurch möglich, dass in dem Schlitz 95 des Mitnehmers 85 das Anschlagteil 84 mit dem Zapfenteil 98 geführt ist. Das Zapfenteil 98 ist insbesondere plattenartig ausgebildet und ist dadurch mit den plattenartigen Oberflächen des Zapfenteils 98 in dem Schlitz 95 gut führbar. D. h., dass das Anschlagteil 84 sitzend in dem Schlitz 95 nahezu nicht um die Achse 89 drehbar ist. Es ist lediglich besonders bevorzugt ein kleines Verdrehspiel möglich, um eine ungewollte Blockade zwischen den beiden Teilen zu verhindern. Dementsprechend ist vorgesehen, dass ein Zapfenteil 98, welcher insbesondere plattenartig ausgebildet ist, in einen Schlitz 95 des Mitnehmers 85 eingreift und dadurch das Anschlagteil 84 und der Mitnehmer 85 gegeneinander geführt sind. Insbesondere ist vorgesehen, dass das Anschlagteil 84 eine nach radial außen gerichtete Oberfläche 104 aufweist, wobei das Anschlagteil 84 mittels dieser Oberfläche 104 in dem Führungselement 83 geführt ist. Das mit dem Anschlagteil 84 wechselwirkende Bauteil Mitnehmer 85 hat einen, insbesondere als ringartigen Bund ausgebildeten Abschnitt 87, der eine nach radial außen gerichtete Fläche 88 hat, wobei der Mitnehmer 85 mit dieser Fläche 88 in dem Führungselement 83 geführt ist. Es ist insbesondere vorgesehen, dass der Mitnehmer 85 einen bundartigen Abschnitt 87 hat und die Schaltachse 67 ein Anschlagelement 75, insbesondere an ihrem zum Mitnehmer 85 gerichteten Ende, aufweist, insbesondere trägt. Des Weiteren ist vorgesehen, dass zwischen dem bundartigen Abschnitt 87 und dem Anschlagelement 75 ein weiteres Anschlagelement 110 angeordnet ist, welches im Ruhezustand, insbesondere des nicht eingebauten Einrückrelais 20, ein Anschlag für den bundartigen Abschnitt 87 und im Schaltzustand ein Anschlag für das weitere Anschlagelement 75, insbesondere der Schaltachse 67 ist. Des Weiteren ist vorgesehen, dass das weitere Anschlagelement 110 zwischen dem Führungselement 83, insbesondere einem Bund 125, des als Buchse ausgebildeten Führungselements 83, und einer Stirnfläche 128 des beweglichen Teils 57 gehalten ist. Es ist des Weiteren eine Startvorrichtung 10 mit einem Einrückrelais 20 nach einer der vorbeschriebenen Ausführungsvarianten vorgesehen.
• Figur 4 zeigt das Einrückrelais 20 in der Startvorrichtung 10 in einer Situation, in der ein Abstand a zwischen dem Ritzel 25 und dem Zahnkranz 15 inzwischen Null ist. Bevorzugt sind die Abstände s und k unverändert, d. h. für k ist der Abstand, wie bereits in Figur 3 im Prinzip Null, da die Kontaktbrücke 50 zu den Hilfskontakten 53, 54 in Kontakt steht. Insofern sind die Darstellungen des Abstandes k in Figur 3 und Figur 4 symbolisch. Für den Fall, dass ein Ritzel 25 als so genanntes Steckritzel ausgeführt ist, wie dies im Ausführungsbeispiel beispielhaft aber nicht zwingend der Fall ist, existiert noch ein weiterer Abstand m, der einen so genannten Steckritzelweg bezeichnet. Insbesondere im Zusammenhang mit Figur 5 wird deutlich, dass während das Ritzel 25 am Zahnkranz 15 anliegt, der Steckritzelweg m mit dem weiteren Bewegen des beweglichen Teils 57 in das Einrückrelais 20 aufgebraucht wird, d. h. zu Null wird. In diesem Zusammenhang vergrößert sich auch der Abstand d weiter. Der Abstand k ist nach wie vor Null.
• Wie bereits erwähnt, ist nach dem Einschalten des Startschalters 28 die Einzugswicklung 55 bestromt. Da der Startermotor 23 im Strompfad der Einzugswicklung 55 angeordnet und der Strom so groß ist, dass der Startermotor 23 sich dreht, dreht sich letztlich auch ein Ritzel 25. Des Weiteren bedeutet das, dass das Anschlagelement 110 gemäß der Darstellung nach Figur 6 auf das Anschlagelement 75 drückt. Der Abstand d hat demnach nunmehr sein Maximum erreicht. Des Weiteren hat sich nun der Abstand bzw. Spalt s zwischen den beiden Stirnflächen 93, 100 verkleinert. Im Zuge des Anwachsens des Abstandes w bzw. ggf. des Entstehens des Abstandes w, stellt sich nunmehr auch ein Spalt bzw. Abstand k ungleich Null ein. Dementsprechend ist durch die Dynamik der beweglichen Teile in dem Einrückrelais 20 nunmehr auch der Spalt s gegenüber den vorherigen Zuständen, welche in den Figuren 2 bis 5 gezeigt sind, verkleinert. Dies bedeutet, dass der Mitnehmer 85, verglichen mit der Situation gemäß Figur 5, seine Position nicht geändert hat, da sich die Abstände a bzw. m nicht verändert haben, und der Endabschnitt 97 mit seiner Stirnfläche 96 unverändert an dem oberen Ende des Einrückhebels 22 anliegt. Durch das weitere Einziehen des beweglichen Teils 57 und des damit unverschieblich verbundenen Führungselements 83 sowie eines Radialbunds 113 am Führungselement 83, welcher das Anschlagteil 84 mitnimmt, vergrößert sich wegen der Möglichkeit, das Anschlagteil 84 gegen den Mitnehmer 85 axial relativ zu bewegen, ein Abstand v zwischen dem oberen Ende des Einrückhebels und dem Anschlagteil 84. Der Abstand k ist nunmehr so groß, dass die Kontaktbrücke 50 die elektrische Verbindung zur Einzugswicklung 55 unterbricht.
• Es ist somit ein Verfahren zum Betreiben einer insbesondere als Startvorrichtung 10 ausgebildeten elektrischen Maschine mit einem elektrischen Startermotor 23 und mit einem Einrückrelais 20 offenbart, wobei nach dem Einschalten des Einrückrelais 20 eine Kontakteinrichtung 65 betätigt werden soll und dadurch ein Schalter des Stromkreises des Startermotors 23 geschlossen wird, wobei ein beweglicher Teil 57 eines Schubmotors 60 des Einrückrelais' 20 mit einem Mitnehmer 85 verbunden ist und durch eine Einschaltbewegung des beweglichen Teils 57 der Mitnehmer 85 auf einen Einrückhebel 22 eine Einrückraft bewirkt, um ein Ritzel 25 in einen Zahnkranz 15 einzuspuren, wobei zwischen dem beweglichen Teil 57 des Schubmotors 60 und dem Mitnehmer 85 ein Anschlagsteil 84 angeordnet ist, wobei zunächst zwischen dem Mitnehmer 85 und dem Anschlagsteil 84 ein Spalt s mit einer Anfangsgröße vorhanden ist und beim Bewegen des beweglichen Teils 57 des Schubmotors 60 beim Schalten der Spalt s verkleinert wird. Beim Bewegen des beweglichen Teils 57 des Schubmotors 60 zum Schalten wird der Spalt s so verkleinert, dass der Mitnehmer 85 am Anschlagsteil 84 anschlägt. D. h., dass das Ritzel 25 mit einem seiner Zähne an einem der Zähne des Zahnkranzes 15 anschlägt und sich danach der Spalt s verkleinert. Eine Einzugswicklung 55 des Schubmotors 60 wird bestromt. Durch das Bestromen der Einzugswicklung 55 wird der zu dieser Einzugswicklung 55 in Reihe geschaltete Startermotor 23 bestromt und dadurch das Ritzel 25 in Drehung versetzt. Beim Bewegen des beweglichen Teils 57 des Schubmotors 60 wird beim Schalten eine Schaltachse 67 verlagert, wobei ein zunächst geschlossener Schalter 56 zum Bestromen einer Einzugswicklung 55 geöffnet wird. Gegen eine Federkraft einer Feder 86 zwischen dem Anschlagsteil 84 und dem Mitnehmer 85 wird der Spalt s verkleinert. Durch das Anschlagen des Ritzels 25 am Zahnkranz 15 wird der bewegliche Teil 57 des Schubmotors 60 an einer weiteren Bewegung gehindert und dadurch eine weitere Bewegung der Schaltachse 67 und dadurch ein Schließen der Kontakteinrichtung 65 zunächst gestoppt.
• In Figur 7 ist ein weiterer Zustand des Einrückrelais 20 bzw. der Startvorrichtung 10 dargestellt. Dieser Zustand folgt dem Zustand, der in Figur 6 dargestellt ist. Die Abstände a und m sind nach wie vor Null. Durch das weitere Eingezogen werden bzw. Eingezogen sein des beweglichen Teils 57 bei mittlerweile konstantem Abstand d, vergrößert sich der Abstand k, mit anderen Worten, der Abstand zwischen der Kontaktbrücke 50 und der Kontaktfläche des Plusbolzens 51 bzw. der Kontaktfläche des Minusbolzens 52 wird kleiner. Wie dargestellt, ist nunmehr auch der Spalt s Null, d. h. der Abstand zwischen dem Anschlagteil 84 und dem Mitnehmer 85 ist nicht weiter verringerbar. Der Abstand v ist dementsprechend in dieser Situation ebenfalls nicht mehr vergrößerbar. Dies gilt ebenfalls für den Abstand w. Befinden sich in dieser Situation Zähne des Ritzels 25 mit Zähnen des Zahnkranzes 15 in einer so genannten Zahn-auf-Zahn-Stellung, ist eine weitere Bewegung des Ritzels 25 in den Zahnkranz 15 nicht möglich. Aufgrund der Größe des Spalts s, d. h. seiner minimalen Größe Null, ist keine weitere Einzugsbewegung des beweglichen Teils 57 möglich. Dies liegt daran, dass durch eine gewisse Zwangssituation zwischen dem Zahnkranz 15 und dem Ritzel 25 (Zahn-auf-Zahn-Stellung), den aufgebrauchten Losen bzw. Spielen zwischen dem oberen Ende des Einrückhebels 22 und dem Endabschnitt 97, auch hier keine weitere Bewegung des Mitnehmers 85 in Richtung der Achse 89 möglich ist. Dies verhindert eine weitere Verlagerung des Anschlagteils 84 und durch die Wechselwirkung mit dem Radialbund 113, welcher über das Führungselement 83 nicht bewegbar ist, wird wegen der Zahn-auf-Zahn-Stellung und solange diese erhalten bleibt, keine weitere Bewegung in diesem System möglich. D. h., weil der Mitnehmer 85 eine fortschreitende Bewegung des beweglichen Teils 57 über das Führungselement 83 und den Radialbund 113 sowie die Arme 102 verhindert, kann das Anschlagelement 110 das Anschlagelement 75 nicht weiter in Richtung der Achse 89 bewegen. D. h., dass die Schaltachse 67 nicht weiter vorgeschoben werden kann und dementsprechend die Kontaktbrücke 50 vor einer Kontaktgabe mit dem Plusbolzen 51 und dem Minusbolzen 52 zunächst stehen bleibt. Ein auf der Schaltachse 67 angeordnetes Anschlagselement 75 wird dabei an dem Anschlagselement 110 am beweglichen Teil 57 des Schubmotors 60 angelegt. Vor oder nach dem Anlegen des auf der Schaltachse 67 angeordneten Anschlagselements 75 am Anschlagselement 110 am beweglichen Teil 57 des Schubmotors 60 wird der Mitnehmer 85 vom Anschlagselement 110 am beweglichen Teil 57 des Schubmotors 60 entfernt und dadurch eine Federkraft der Feder 86 zwischen dem Anschlagsteil 84 und dem Mitnehmer 85 vergrößert.
• Die in Figur 7 dargestellte Situation bleibt so lange erhalten, solange die Zahn-auf-Zahn-Stellung zwischen dem Ritzel 25 und dem Zahnkranz 15 erhalten bleibt. Wie zuvor erwähnt, ist der Startermotor 23 durch den Stromfluss durch die Einzugswicklung 55 zu Beginn des Verfahrens bestromt, weil die Einzugswicklung 55 zum Startermotor 23 in Reihe geschaltet ist. Ist der Startermotor 23 dabei so stark bestromt, dass dieser auch nach dem Unterbrechen der Stromversorgung der Einzugswicklung 55 ausreichend stark dreht (Trägheit), so ist es möglich, dass durch diesen Antrieb das Ritzel 25 tatsächlich so weit verdreht wird, dass sich eine Zahn-Lücke-Situation zwischen Ritzel 25 und Zahnkranz 15 einstellt. Aufgrund der in dieser Situation wirkenden Einrückkraft auf das Ritzel 25, herrührend von einer Haltewicklung 115, welche mit dem Einschalten des Einrückrelais 20 typischer Weise bestromt wird, wird das Ritzel 25 somit in einer Situation, in der die Kontaktbrücke 50 den Hauptstrompfad zum Startermotor 23 nicht geschlossen hat, weiter in den Zahnkranz 15 hineingedrückt. Das drehende Ritzel 25 beginnt mit einem Zahn zwischen zwei Zähne des Zahnkranzes 25 einzuspuren. Dies erklärt somit den Vorteil dieser Vorrichtung und dieses damit verbundenen Verfahrens, da hier eine Kontaktgabe des Hauptstrompfades für den Startermotor 23 ohne ein zumindest teilweises Eindringen der Zähne des Ritzels 25 in den Zahnkranz 15 nicht möglich ist.
• Ist eine Dynamik des Startermotors 23 aufgrund der Bestromung über die Einzugswicklung 55 wider Erwarten aufgrund irgendwelcher Widerstände im System nicht ausreichend groß, d. h., dreht sich der Startermotor 23 nach dem Abschalten der Einzugswicklung 55 nicht mit ausreichend hoher Drehzahl bzw. nicht lange genug, so ist die typischer Weise im Läufer und einem ggf. vorhandenem Planetengetriebe zwischen Ritzel 25 und Startermotor 23 gespeicherte rotatorische Energie nicht groß genug, um Widerstände mechanischer Art zwischen dem Ritzel 25 und dessen Zähnen und den Zähnen des Zahnkranzes 15 zu überwinden, somit nicht in der Lage die Zahn-auf-Zahn-Stellung zwischen Ritzel 25 und Zahnkranz 15 zu überwinden. In einem derartigen Fall kommt es zu einer so genannten "Blindschaltung" der Startvorrichtung 10, d. h. der Startschalter 28 wurde zwar betätigt (Startvorrichtung 10 eingeschaltet), jedoch ist ein Einspuren des Ritzels 25 in den Zahnkranz 15 nicht möglich. Dementsprechend ist in dieser Situation ein Abschalten der Startvorrichtung 10 erforderlich, damit eine Haltewicklung 115 abgeschaltet wird und diese nicht überhitzt. Ein derartiges Abschalten kann entweder manuell durch den Fahrzeugführer erfolgen (manuelles Öffnen des Startschalters 28) oder durch ein hier nicht näher bezeichnetes und auch nicht näher gezeigtes Steuergerät, welches diese Situation (kein Einspuren des Ritzels 25 in den Zahnkranz 15 möglich) erkennt und dann automatisch, z. B. nach Zeitablauf, Temperatur einer Wicklung, wie beispielsweise einer Haltewicklung 115, den Stromkreis zur Startvorrichtung 10 öffnet.
• Ist andernfalls ein Vorspuren des Ritzels 25 in den Zahnkranz 15 erfolgt, so gibt das obere Ende des Einrückhebels 22 eine weitere Bewegung des Endabschnitts 97 frei, so dass sich dieser in Richtung der Achse 89 weiter - in diesem Fall nach rechts bzw. in Richtung zur Kontaktbrücke 50 - bewegen kann. Diese damit verbundene Verlagerung des Mitnehmers 85 in Richtung zur Kontaktbrücke 50 führt aufgrund der Bestromung der Haltewicklung 115 und dem daher auf den beweglichen Teil 57 wirkenden Magnetfeld und der damit verbundenen Einzugskraft in Richtung zum magnetischen Rückschluss 70 zu einer Druckkraft in Richtung zur Kontaktbrücke 50 auf den Radialbund 113 und demnach auch auf die Stirnseite der Haltearme 102. D. h., dass das Anschlagteil 84 der weiteren Bewegung des Mitnehmers 85 unmittelbar folgt. Dementsprechend ist durch die Fortbewegung des beweglichen Teils 57 eine Fortbewegung des Anschlagelements 110 möglich, so dass auf das Anschlagelement 75 und demzufolge auch auf die Schaltachse 67 eine Kraft in Richtung zur Kontaktbrücke 50 weiter wirkt. Schließlich wird die Kontaktbrücke 50 die Kontaktfläche des Plusbolzens 51 und des Minusbolzens 52 berühren und dadurch den Hauptstrompfad des Startermotors 23 schließen. Der bewegliche Teil 57 des Schubmotors 60 wird somit fortbewegt und dadurch der Schalter des Stromkreises des Startermotors 23 geschlossen. Der Startermotor 23 wird dann das Ritzel 25 mit maximaler Leistung antreiben und der Startvorgang der Brennkraftmaschine 17 kann erfolgen.

Claims (15)

1. Einrückrelais (20) für eine elektrische Maschine, welche vorzugsweise als Startvorrichtung (10) zum Einrücken eines Ritzels (25) dient, wobei das Einrückrelais (20) eine Kontakteinrichtung (65) zum elektrischen Verbinden elektrischer Kontakte (120, 121) aufweist, mit einer Schaltachse (67), die zum elektrischen Verbinden zu betätigen ist, mit einem Schubmotor (60), der zum Verschieben der Schaltachse (67) dient, und der Schubmotor (60) einen beweglichen Teil (57) aufweist, der dazu dient die Schaltachse (67) zu betätigen, wobei der bewegliche Teil (57) mit einem Mitnehmer (85) verbunden ist,
   wobei ein Anschlagsteil (84) relativ zum beweglichen Teil (57) des Schubmotors (60) beweglich ist und in einem Ruhezustand des Einrückrelais' (20) zwischen dem Anschlagsteil (84) und dem Mitnehmer (85) ein Spalt (s) ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zapfenteil (98) des Anschlagsteils (84) in einen Schlitz (95) des Mitnehmers (85) eingreift, wobei sich der Schlitz (95) zwischen zwei Stirnflächen (93, 96) des Schlitzes (95) erstreckt, und dadurch das Anschlagsteil (84) und der Mitnehmer (85) gegeneinander geführt sind.
2. Einrückrelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Feder (86) das Anschlagsteil (84) und den Mitnehmer (85) auf Abstand hält.
3. Einrückrelais nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlagsteil (84) eine nach radial außen gerichteten Oberfläche (104) hat und mit dieser in einem Führungselement (83) geführt ist und/oder dass der Mitnehmer (85) eine nach radial außen gerichteten Fläche (88) hat und mit dieser in dem Führungselement (83) geführt ist.
4. Einrückrelais nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mitnehmer (85) einen bundartigen Abschnitt (87) hat und die Schaltachse (67) ein Anschlagselement (75) aufweist und zwischen dem bundartigen Abschnitt (87) und dem Anschlagselement (75) ein weiteres Anschlagselement (110) angeordnet ist, welches im Ruhezustand ein Anschlag für den bundartigen Abschnitt (87) ist und im Schaltzustand ein Anschlag für das weitere Anschlagselement (75) ist, wobei insbesondere das weitere Anschlagselement (110) zwischen dem Führungselement (83), insbesondere einem Bund (125) des als Buchse ausgebildeten Führungselements (83), und einer Stirnfläche (128) des beweglichen Teils (57) gehalten ist..
5. Startvorrichtung (10) mit einem Einrückrelais (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche.
6. Verfahren zum Betreiben einer insbesondere als Startvorrichtung (10) ausgebildeten elektrischen Maschine mit einem elektrischen Startermotor (23) und mit einem Einrückrelais (20), wobei nach dem Einschalten des Einrückrelais (20) eine Kontakteinrichtung (65) betätigt und dadurch ein Schalter des Stromkreises des Startermotors (23) geschlossen wird, wobei ein beweglicher Teil (57) eines Schubmotors (60) des Einrückrelais' (20) mit einem Mitnehmer (85) verbunden ist und durch eine Einschaltbewegung des beweglichen Teils (57) der Mitnehmer (85) auf einen Einrückhebel (22) eine Einrückraft bewirkt, um ein Ritzel (25) in einen Zahnkranz (15) einzuspuren,
   wobei ein Anschlagsteil (84) relativ zum beweglichen Teil (57) des Schubmotors (60) beweglich ist,
   wobei zunächst zwischen dem Mitnehmer (85) und dem Anschlagsteil (84) ein Spalt (s) mit einer Anfangsgröße vorhanden ist und beim Bewegen des beweglichen Teils (57) des Schubmotors (60) beim Schalten der Spalt (s) verkleinert wird,
   dadurch gekennzeichnet, dass ein Zapfenteil (98) des Anschlagsteils (84) in einen Schlitz (95) des Mitnehmers (85) eingreift, wobei sich der Schlitz (95) zwischen zwei Stirnflächen (93, 96) des Schlitzes (95) erstreckt, und dadurch das Anschlagsteil (84) und der Mitnehmer (85) gegeneinander geführt sind.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einzugswicklung (55) des Schubmotors (60) bestromt wird, wobei durch das Bestromen der Einzugswicklung (55) insbesondere der zu dieser Einzugswicklung (55) in Reihe geschaltete Startermotor (23) bestromt und dadurch das Ritzel (25) in Drehung versetzt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass beim Bewegen des beweglichen Teils (57) des Schubmotors (60) beim Schalten eine Schaltachse (67) verlagert wird, wobei ein zunächst geschlossener Schalter (56) zum Bestromen einer Einzugswicklung (55) geöffnet wird und dass gegen eine Federkraft einer Feder (86) zwischen dem Anschlagsteil (84) und dem Mitnehmer (85) der Spalt (s) verkleinert wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass beim Bewegen des beweglichen Teils (57) des Schubmotors (60) zum Schalten der Spalt (s) so verkleinert wird, dass der Mitnehmer (85) am Anschlagsteil (84) anschlägt.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Ritzel (25) mit einem seiner Zähne an einem der Zähne des Zahnkranzes (15) anschlägt und sich danach der Spalt (s) verkleinert.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Anschlagen des Ritzels (25) am Zahnkranz (15) der bewegliche Teil (57) des Schubmotors (60) an einer weiteren Bewegung gehindert und dadurch eine weitere Bewegung der Schaltachse (67) und dadurch ein Schließen der Kontakteinrichtung (65) zunächst gestoppt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass dabei ein auf der Schaltachse (67) angeordnetes Anschlagselement (75) an einem Anschlagselement (110) am beweglichen Teil (57) des Schubmotors (60) angelegt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass vor oder nach dem Anlegen des auf der Schaltachse (67) angeordneten Anschlagselements (75) am Anschlagselement (110) am beweglichen Teil (57) des Schubmotors (60) der Mitnehmer (85) sich vom Anschlagselement (110) am beweglichen Teil (57) des Schubmotors (60) entfernt und dadurch eine Federkraft der Feder (86) zwischen dem Anschlagsteil (84) und dem Mitnehmer (85) vergrößert wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das drehende Ritzel (25) mit einem Zahn beginnt zwischen zwei Zähne des Zahnkranzes (25) einzuspuren.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der bewegliche Teil (57) des Schubmotors (60) fortbewegt und dadurch der Schalter des Stromkreises des Startermotors (23) geschlossen wird.

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