DE102018108102A1

DE102018108102A1 - Method for operating a starter of an internal combustion engine, monitoring device and starter

Info

Publication number: DE102018108102A1
Application number: DE102018108102.2A
Authority: DE
Inventors: Matthias Cwik; Kevin Kubelka; Moritz Rometsch
Original assignee: SEG Automotive Germany GmbH
Current assignee: SEG Automotive Germany GmbH
Priority date: 2018-04-05
Filing date: 2018-04-05
Publication date: 2019-10-10
Also published as: CN110344983A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Starters (12) eines Verbrennungsmotors (19) aufweisend einen Startermotor (18) und einen Schaltkontakt (20). Das Verfahren umfasst ein Ermitteln eines Auftretens von Lichtbogenbildung in und/oder an dem Schaltkontakt (20) zumindest zeitweise während des Aktivierens und/oder während des Deaktivierens des Startermotors (18) mittels des Schaltkontakts und ein Ermitteln eines Schätzwerts für eine Restlebensdauer des Schaltkontakts (20) auf Basis des ermittelten Auftretens von Lichtbogenbildung. Ferner betrifft die Erfindung eine Überwachungsvorrichtung und einen Starter.

The invention relates to a method for operating a starter (12) of an internal combustion engine (19) comprising a starter motor (18) and a switching contact (20). The method includes determining an occurrence of arcing in and / or at the switch contact (20) at least temporarily during activation and / or deactivation of the starter motor (18) by means of the switch contact and determining an estimate for a residual life of the switch contact (20 ) based on the detected occurrence of arcing. Furthermore, the invention relates to a monitoring device and a starter.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Starters eines Verbrennungsmotors, insbesondere für ein Nutzfahrzeug, eine Überwachungsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und einen Starter mit einer solchen Überwachungsvorrichtung. Die Erfindung liegt somit insbesondere auf dem technischen Gebiet von Kraftfahrzeugen, insbesondere von Nutzfahrzeugen, sowie vornehmlich auf dem Gebiet von Startern für Verbrennungsmotoren von Nutzfahrzeugen.The present invention relates to a method for operating a starter of an internal combustion engine, in particular for a commercial vehicle, a monitoring device for carrying out the method and a starter with such a monitoring device. The invention is therefore particularly in the technical field of motor vehicles, especially commercial vehicles, and especially in the field of starters for internal combustion engines of commercial vehicles.

Stand der TechnikState of the art

Da herkömmlicherweise ein Verbrennungsmotor nicht von selbst, d.h. ohne Unterstützung starten kann, weisen Kraftfahrzeuge einen elektrischen Starter (Anlasser) auf, welcher dazu dient, den Verbrennungsmotor in Bewegung zu versetzen, um den Verbrennungsmotor zu starten. Im Gegensatz zu vielen Personenkraftwagen weisen Nutzfahrzeuge, wie etwa Lastkraftwagen, üblicherweise keine Batterieüberwachung beispielsweise durch einen sog. Batteriesensor auf, welcher über den Zustand der Batterie in dem Nutzfahrzeug Auskunft gegeben könnte. Somit wird in Nutzfahrzeugen herkömmlicherweise keine Information über die Batteriespannung U₀, den Hauptstrom I_bat, den Batterie-internen elektrischen Widerstand bzw. Innenwiderstand R_bat, den Betriebszustand (engl.: state of health, SOH) der Batterie, den Ladezustand (engl.: state of charge, SOC) der Batterie, sowie den Funktionszustand (engl.: state of function, SOF) bereitgestellt. Folglich stehen einer im Nutzfahrzeug ausgebildeten Recheneinheit (z.B. Motorsteuergerät, engl.: engine control unit, ECU) derartige Informationen nicht zur Verfügung und können dementsprechend nicht zur effizienten Steuerung des Motors bzw. des Starters und/oder zur Ausgabe etwaiger Warnhinweise an den Fahrer des Nutzfahrzeugs verwendet werden.Conventionally, since an internal combustion engine can not start by itself, ie without assistance, motor vehicles have an electric starter (starter) which serves to set the internal combustion engine in motion to start the internal combustion engine. In contrast to many passenger cars have commercial vehicles, such as trucks, usually no battery monitoring, for example, by a so-called. Battery sensor, which could be given about the state of the battery in the utility vehicle information. Thus, in commercial vehicles conventionally no information about the battery voltage U ₀ , the main current I _bat , the battery internal electrical resistance or internal resistance R _bat , the operating state (English: state of health, SOH) of the battery, the state of charge (engl. : state of charge, SOC) of the battery, as well as the state of function (SOF) provided. Consequently, a computer unit (eg engine control unit, ECU) embodied in the utility vehicle does not have such information available and accordingly can not use it to efficiently control the engine or the starter and / or output any warnings to the driver of the commercial vehicle be used.

Ein Starter weist einen Startermotor (Elektromotor) auf, mittels welchem ein Drehmoment auf den anzulassenden Verbrennungsmotor ausgeübt wird, um diesen zu starten. Während eines Anlassvorgangs, bei welchem der Starter einen Verbrennungsmotor startet oder zu starten versucht, sind zumeist hohe Ströme und/oder große elektrische Leistungen erforderlich, welche dem Starter zugeführt werden müssen. Dies führt oftmals zu großen Beanspruchungen eines Schaltkontakts, mittels welchem die Zufuhr des Stromflusses und/oder der elektrischen Leistung zum Starter gesteuert bzw. geschaltet wird. Insbesondere kann aufgrund der großen Ströme ein Verschleiß an dem Schaltkontakt auftreten, was die Funktion dessen beeinträchtigen oder gar unmöglich machen kann. Beispielsweise kann es zu einem Materialabtrag kommen, welcher die Standhaftigkeit des Schaltkontakts reduzieren kann.A starter has a starter motor (electric motor), by means of which a torque is applied to the engine to be started to start this. During a starting operation in which the starter starts or attempts to start an internal combustion engine, usually high currents and / or large electrical powers are required, which must be supplied to the starter. This often leads to large stresses on a switch contact, by means of which the supply of the current flow and / or the electrical power to the starter is controlled or switched. In particular, due to the large currents wear on the switching contact occur, which may affect the function of or even impossible. For example, material removal can occur which can reduce the steadfastness of the switching contact.

Zudem kann es aufgrund hoher Spannungen und hoher Stromflüsse in dem Schaltkontakt bei nicht vollständig geschlossenem Schaltkontakt, insbesondere während des Öffnens und/oder Schließens, zu einer Lichtbogenbildung kommen, bei welcher sich der Strom unter Bildung eines Plasmas einen Weg durch den Luftspalt des nicht gänzlich geschlossenen Schaltkontakts bahnt. In diesem Fall kann es aufgrund der durch die hohen Stromflüsse und/oder den Lichtbogen bedingten hohen Temperaturen in und/oder an dem Schaltkontakt zu einem Verschweißen des geschlossenen Schaltkontakts kommen, so dass der Schaltkontakt eine dauerhafte, unkontrollierte Stromzufuhr zum Startermotor ermöglicht, was meist zu Schäden im Starter führt..In addition, due to high voltages and high current flows in the switch contact with not completely closed switching contact, in particular during the opening and / or closing, come to an arcing, in which the current forming a plasma through the air gap of the not completely closed Switching contacts. In this case, because of the high currents and / or the high temperatures caused by the high temperatures in and / or at the switching contact to a welding of the closed switch contact, so that the switching contact allows a permanent, uncontrolled power to the starter motor, which is usually too Damage in the starter leads ..

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Betreiben eines Starters eines Verbrennungsmotors, insbesondere für ein Nutzfahrzeug, eine Überwachungsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und ein Starter mit einer solchen Überwachungsvorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.According to the invention, a method is proposed for operating a starter of an internal combustion engine, in particular for a commercial vehicle, a monitoring device for carrying out the method and a starter with such a monitoring device having the features of the independent patent claims. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims and the following description.

Der Erfindung stellt einen Starter bereit, dessen Risiko eines überraschenden Ausfalls reduziert oder beseitigt ist. Die Erfindung bedient sich dazu des Ermitteins des Auftretens von Lichtbogenbildung im Schaltkontakt des Starters während des Aktivierens und/oder Deaktivierens des Startermotors mittels des Schaltkontakts und darauf basierend eines Restlebensdauerschätzwerts.The invention provides a starter whose risk of unexpected failure is reduced or eliminated. The invention utilizes this to determine the occurrence of arcing in the switch contact of the starter during activation and / or deactivation of the starter motor by means of the switch contact and based thereon a residual life estimate.

Der Erfindung zugrunde liegende Starter weisen insbesondere einen Startermotor zum Antreiben des Verbrennungsmotors und einen einen elektromagnetischen Aktor (z.B. Spule mit beweglichem Anker) und einen von diesem betätigten Schaltkontakt aufweisenden Magnetschalter auf, wobei der Schaltkontakt einem Startermotor vorgeschaltet ist, um diesen mit einem Stromversorgungsanschluss (insbesondere Klemme 30) zu verbinden oder diesen von dem Stromversorgungsanschluss zu trennen. Weiterhin kann ein Steueranschluss (insbesondere Klemme 50) zum Bestromen des elektromagnetischen Aktors vorgesehen sein.The starter on which the invention is based, in particular, have a starter motor for driving the internal combustion engine and an electromagnetic actuator (eg coil with movable armature) and a magnetic switch which is actuated by this switching contact, wherein the switching contact is connected upstream of a starter motor in order to connect it to a power supply connection (in particular clamp 30 ) or to disconnect it from the power supply connection. Furthermore, a control connection (in particular terminal 50 ) may be provided for energizing the electromagnetic actuator.

Das Aktivieren des Startermotos bedeutet dabei insbesondere das Einschalten des Startermotors, d.h. das Beaufschlagen des Startermotors mit Strom, um den Startermotor anzutreiben. Entsprechend bedeutet das Deaktivieren des Startermotos insbesondere das Ausschalten des Startermotors, d.h. insbesondere das Trennen des Startermotors von der elektrischen Stromquelle und/oder Spannungsquelle.The activation of the starter motor means in particular the switching on of the starter motor, i. energizing the starter motor to drive the starter motor. Accordingly, deactivating the starter motor means, in particular, turning off the starter motor, i. in particular the separation of the starter motor from the electrical power source and / or voltage source.

Als Lichtbogenbildung ist dabei insbesondere das Entstehen einer elektrisch leitenden Verbindung durch und/oder über den Schaltkontakt zu verstehen, obwohl der Schaltkontakt zumindest nicht gänzlich in geschlossenem Zustand ist. Der Lichtbogen bzw. die elektrisch leitende Verbindung kann dabei durch das Medium, welches den Schaltkontakt umgibt oder dieses durchdringt, entstehen, welches beispielsweise Luft sein kann. Beispielsweise kann eine Lichtbogenbildung im Rahmen eines Funkenschlags entstehen. Insbesondere kann eine Lichtbogenbildung eine Entstehung von Plasma umfassen und/oder zu sehr hohen Temperaturen führen, welche ausreichend sein können, um das Kontaktmaterial des Schaltkontakts zu schmelzen. In particular, the formation of an electrically conductive connection through and / or via the switching contact is to be understood as arcing, although the switching contact is at least not completely in the closed state. The arc or the electrically conductive connection can thereby arise through the medium which surrounds or passes through the switching contact, which may be air, for example. For example, arcing may occur as part of a spark. In particular, arcing may include formation of plasma and / or lead to very high temperatures, which may be sufficient to melt the contact material of the switch contact.

Das Ermitteln des Auftretens von Lichtbogenbildung ist dabei vorzugsweise derart zu verstehen, dass Indizien ermittelt werden, welche auf das Auftreten von Lichtbogenbildung hindeuten. Insbesondere kann das Ermitteln des Auftretens von Lichtbogenbildung das Ermitteln einer Dissipation einer insbesondere hohen elektrischen Leistung und/oder Energie in dem Schaltkontakt und/oder nahe dem Schaltkontakt umfassen.The determination of the occurrence of arcing is preferably to be understood in such a way that indicia are identified which indicate the occurrence of arcing. In particular, determining the occurrence of arcing may include determining a dissipation of a particularly high electrical power and / or energy in the switch contact and / or near the switch contact.

Dass das Ermitteln des Auftretens von Lichtbogenbildung zumindest zeitweise während des Aktivierens und/oder Deaktivierens des Startermotors erfolgt, bedeutet dabei, dass das Ermitteln des Auftretens von Lichtbogenbildung nicht notwendigerweise permanent und/oder über einen gesamten Anlassvorgang erfolgt, sondern gemäß bevorzugter Ausführungsformen auch nur in einem oder mehreren Zeitabschnitten, beispielsweise zu Beginn und/oder am Ende des Anlassvorgangs, erfolgt.The fact that the determination of the occurrence of arcing occurs at least temporarily during the activation and / or deactivation of the starter motor means that the determination of the occurrence of arcing does not necessarily take place permanently and / or over an entire starting process, but according to preferred embodiments only in one or several time periods, for example at the beginning and / or at the end of the starting process, takes place.

Die Erfindung bietet den Vorteil, dass durch das Ermitteln des Auftretens Lichtbogenbildung ein dadurch verursachter Verschleiß und/oder eine dadurch verursachte Beschädigung des Schaltkontakts und/oder des Starters ermittelt und/oder abgeschätzt werden können. Somit bietet die Erfindung den Vorteil, dass der Zustand des Schaltkontakts und/oder des Starters und/oder eine zu erwartende Lebensdauer bzw. Restlebensdauer des Schaltkontakts und/oder des Starters abgeschätzt werden können, bevor verschleißbedingt aufgrund einer oder mehrerer Lichtbogenbildungen mit einem Funktionsausfall des Schaltkontakts und/oder des Starters zu rechnen ist. Mit anderen Worten bietet die Erfindung den Vorteil, dass ein drohender Funktionsausfall des Starters und/oder des Schaltkontakts rechtzeitig erkannt bzw. vorhergesehen werden kann. Folglich ermöglicht die Erfindung, Nutzer des Fahrzeugs auf den fortgeschrittenen Verschleiß und/oder den drohenden Funktionsausfall des Starters hinzuweisen, sodass dieser gegebenenfalls Wartungsmaßnahmen einleiten kann, um einem überraschenden Ausfall des Starters vorzubeugen. Demnach bietet die Erfindung den Vorteil, dass vorzugsweise mit geringem Aufwand ein Liegenbleiben und/oder Ausfall des Fahrzeugs vermieden werden können.The invention offers the advantage that, by determining the occurrence of arcing, wear caused thereby and / or damage to the switching contact and / or the starter caused thereby can be determined and / or estimated. Thus, the invention offers the advantage that the state of the switch contact and / or the starter and / or an expected life or residual life of the switch contact and / or the starter can be estimated before due to wear due to one or more arcing with a malfunction of the switch contact and / or the starter is expected. In other words, the invention has the advantage that a threat of functional failure of the starter and / or the switch contact can be detected or anticipated in good time. Consequently, the invention enables users of the vehicle to be informed of the advanced wear and / or the impending failure of the starter so that it can optionally initiate maintenance measures in order to prevent a surprising failure of the starter. Accordingly, the invention offers the advantage that preferably with little effort lying down and / or failure of the vehicle can be avoided.

Vorzugsweise umfasst das Ermitteln der Lichtbogenbildung ein Ermitteln einer Zeitdauer der Lichtbogenbildung und/oder ein Ermitteln einer Energieumwandlung durch die Lichtbogenbildung. Dies bietet den Vorteil, dass die eine oder mehreren Lichtbogenbildungen auch quantitativ erfasst und/oder charakterisiert werden können und dementsprechend auch ein daher rührender Verschleiß des Schaltkontakts des Starters quantitativ erfasst und/oder charakterisiert werden kann. Folglich kann die verbleibende zu erwartende Funktionsdauer bzw. Lebensdauer des Starters mit großer Zuverlässigkeit und/oder Präzision bestimmt werden.Preferably, the determination of the arcing comprises determining a time duration of the arcing and / or determining an energy conversion by the arcing. This offers the advantage that the one or more arcing forms can also be detected and / or characterized quantitatively and, accordingly, a wear of the switching contact of the starter that is therefore touching can also be quantitatively detected and / or characterized. Consequently, the remaining expected life of the starter can be determined with high reliability and / or precision.

Vorzugsweise umfasst das Ermitteln der Energieumwandlung durch die Lichtbogenbildung ein Integrieren einer in dem Schaltkontakt dissipierten elektrischen Leistung über die Zeitdauer der Lichtbogenbildung. Dies bietet den Vorteil, dass der durch die Lichtbogenbildung verursachte Verschleiß besonders präzise quantifiziert werden kann und somit der Zustand bzw. die Restlebensdauer des Starters besonders zuverlässig bestimmt werden können.Preferably, determining the energy conversion by the arcing comprises integrating an electrical power dissipated in the switching contact over the duration of the arcing. This offers the advantage that the wear caused by the arcing can be quantified particularly precisely and thus the condition or the remaining service life of the starter can be determined particularly reliably.

Vorzugsweise umfasst das Ermitteln der Lichtbogenbildung während des Aktivierens des Starters ein Ermitteln der Lichtbogenbildung beim Schließen des Schaltkontakts. Alternativ oder zusätzlich umfasst das Ermitteln der Lichtbogenbildung während des Aktivierens des Startermotors vorzugsweise ein Ermitteln der Lichtbogenbildung bei einem Prellen des Schaltkontakts während des Schließens des Schaltkontakts. Insbesondere kann es beim Aktivieren des Startermotors und/oder beim Schließen des Schaltkontakts zu einem Zurückfedern bzw. Prellen eines Kontaktelements des Schaltkontakts kommen (engl.: contact bounce), sodass sich einmal oder mehrmals der zuvor hergestellte elektrische Kontakt des geschlossenen Schaltkontakts kurzzeitig wieder löst, um sich sodann wieder zu schließen. Während dieses Prellens kann insbesondere der räumliche Abstand von zwei Kontaktelementen des Schaltkontakts sehr gering sein, sodass während dieser Zeitabschnitte das Auftreten einer Lichtbogenbildung zwischen den Kontaktelementen begünstigt werden kann. Somit kann es besonders vorteilhaft sein, das Ermitteln der Lichtbogenbildung während des Schließens des Schaltkontakts durchzuführen, da während des Schließens eine große Wahrscheinlichkeit für das Auftreten der Lichtbogenbildung besteht.Preferably, determining the arcing during activation of the initiator includes detecting arcing upon closing of the switch contact. Alternatively or additionally, determining the arcing during activation of the starter motor preferably includes detecting arcing upon bouncing of the switch contact during closing of the switch contact. In particular, when the starter motor is activated and / or when the switch contact closes, a contact element of the switch contact can spring back, so that once or several times the previously made electrical contact of the closed switch contact briefly releases again. to then close again. During this bounce, in particular the spatial distance of two contact elements of the switching contact can be very small, so that the occurrence of arcing between the contact elements can be promoted during these periods. Thus, it may be particularly advantageous to perform the determination of the arcing during the closing of the switch contact, since there is a high probability of the occurrence of arcing during closing.

Vorzugsweise umfasst das Ermitteln der Lichtbogenbildung während des Deaktivierens des Startermotors ein Ermitteln der Lichtbogenbildung beim Öffnen des Schaltkontakts. Da auch während des Deaktivierens des Startermotors, d.h. wenn der Schaltkontakt geöffnet wird, zumindest zeitweise ein sehr geringer Abstand zwischen den Kontaktelementen des Schaltkontakts vorliegt, kann auch während des Öffnens des Schaltkontakts das Auftreten der Lichtbogenbildung begünstigt werden. Somit kann es besonders vorteilhaft sein, alternativ oder zusätzlich zum Ermitteln der Lichtbogenbildung beim Schließen des Schaltkontakts auch das Ermitteln der Lichtbogenbildung beim Öffnen des Schaltkontakts durchzuführen. Gemäß bevorzugten Ausführungsformen kann auf ein Ermitteln der Lichtbogenbildung während eines unverändert geöffneten oder geschlossenen Schaltkontakts verzichtet werden, da gemäß bevorzugten Ausführungsformen in diesen Fällen bzw. in diesen Zeitspannen keine oder nur eine sehr geringe Gefahr des Auftretens einer Lichtbogenbildung besteht.Preferably, determining the arcing during deactivation of the starter motor includes detecting arcing upon opening of the switch contact. Because even during the deactivation of the starter motor, ie when the Switching contact is opened, at least temporarily present a very small distance between the contact elements of the switch contact, the occurrence of arcing can also be promoted during the opening of the switch contact. Thus, it may be particularly advantageous to alternatively or additionally to determine the arcing during the closing of the switch contact to determine the arcing when opening the switch contact perform. According to preferred embodiments, it is possible to dispense with determining the arcing during an open or closed switching contact, since, according to preferred embodiments, there is no or only a very slight risk of the occurrence of arcing in these cases or in these periods.

Vorzugsweise erfolgt das Ermitteln der Lichtbogenbildung auf Basis eines Ermitteins einer elektrischen Spannung und/oder eines elektrischen Potenzials und/oder eines Stromflusses an einem bzw. durch einen Stromversorgungsanschluss des Starters zur Verbindung des Starters mit einem Bordspannungsnetz. Bei diesem Stromversorgungsanschluss kann es sich insbesondere um den sog. Klemme-30-Anschluss des Starters handeln. Dies ermöglicht auf besonders zuverlässige Weise das Vorliegen und/oder eine Änderung der elektrischen Spannung und/oder das Fließen und/oder eine Änderung eines Stroms festzustellen und mit dem Zustand bzw. Sollzustand abzugleichen. So kann beispielsweise das Feststellen des Vorliegens einer elektrischen Spannung und/oder des Fließens eines Stroms zu einem Zeitpunkt, zu welchem der Schaltkontakt geöffnet sein sollte oder geöffnet ist, das Vorliegen einer Lichtbogenbildung indizieren. Ferner bietet dies den Vorteil, dass das Ermitteln einer elektrischen Spannung und/oder eines Stromflusses an einer geeigneten Stelle in dem Bordspannungsnetz besonders einfach integriert werden kann und somit das Ermitteln der Lichtbogenbildung in und/oder an dem Schaltkontakt besonders kostengünstig und/oder mit besonders geringem Aufwand erfolgen kann.The determination of the arcing preferably takes place on the basis of a determination of an electrical voltage and / or an electrical potential and / or a current flow at or through a power supply connection of the starter for connecting the starter to an on-board voltage network. This power supply connection may in particular be the so-called terminal 30 connection of the starter. This makes it possible in a particularly reliable manner to detect the presence and / or a change in the electrical voltage and / or the flow and / or a change in a current and to match it with the state or nominal state. For example, detecting the presence of an electrical voltage and / or the flow of a current at a time when the switch contact should be open or open may indicate the presence of arcing. Furthermore, this offers the advantage that the determination of an electrical voltage and / or a current flow at a suitable location in the on-board voltage network can be integrated particularly easily and thus the determination of the arcing in and / or at the switching contact is particularly cost-effective and / or particularly low Effort can be made.

Vorzugsweise erfolgt das Ermitteln der elektrischen Spannung und/oder des elektrischen Potenzials und/oder des Stromflusses an einer dem Startermotor abgewandten Seite des Schaltkontakts. Alternativ oder zusätzlich kann das Ermitteln der elektrischen Spannung und/oder des elektrischen Potenzials und/oder des Stromflusses auch an einer dem Startermotor zugewandten Seite des Schaltkontakts erfolgen. Besonders bevorzugt erfolgt das Ermitteln der elektrischen Spannung und/oder des elektrischen Potenzials und/oder des Stromflusses an einer Stelle in dem Starter bzw. derart, dass anhand dessen der Stromfluss durch den Schaltkontakt zum Startermotor ermittelt werden kann. Dies bietet den Vorteil, dass der Stromfluss durch den Startermotor und/oder durch den Schaltkontakt auf nahezu direkte Weise ermittelt werden kann.Preferably, the determination of the electrical voltage and / or the electrical potential and / or the current flow takes place on a side of the switching contact remote from the starter motor. Alternatively or additionally, the determination of the electrical voltage and / or the electrical potential and / or the current flow can also take place on a side of the switching contact facing the starter motor. Particularly preferably, the determination of the electrical voltage and / or the electrical potential and / or the current flow takes place at a point in the starter or in such a way that the current flow through the switching contact to the starter motor can be determined on the basis of this. This offers the advantage that the current flow through the starter motor and / or through the switching contact can be determined in a nearly direct manner.

Vorzugsweise weist die Überwachungsvorrichtung zwei Anschlüsse auf, mit denen sie parallel zu dem Schaltkontakt geschaltet ist. Mit anderen Worten ist die Überwachungsvorrichtung vorzugsweise derart eingerichtet, dass eine elektrische Spannung und/oder ein Stromfluss zu beiden Seiten des Schaltkontakts ermittelt werden können. Dies bietet den Vorteil, dass eine an dem Schaltkontakt abfallende Spannung und/oder ein durch den Schaltkontakt fließender Strom und/oder eine in dem Schaltkontakt dissipierte elektrische Leistung besonders zuverlässig ermittelt werden können. Vorzugsweise ist demnach die Überwachungsvorrichtung dazu eingerichtet, zumindest zeitweise eine elektrische Spannung und/oder ein elektrisches Potenzial an einer ersten Stelle und/oder einen Stromfluss durch die erste Stelle zu ermitteln und/oder um zumindest zeitweise eine elektrische Spannung und/oder ein elektrisches Potenzial an einer zweiten Stelle und/oder einen Stromfluss durch die zweite Stelle zu ermitteln. Vorzugsweise befinden sich die erste Stelle auf der Eingangsseite des Schaltkontakts und die zweite Stelle auf der Ausgangsseite, bezogen auf die Versorgungsspannung.Preferably, the monitoring device has two terminals with which it is connected in parallel to the switching contact. In other words, the monitoring device is preferably set up such that an electrical voltage and / or a current flow can be determined on both sides of the switching contact. This offers the advantage that a voltage dropping across the switching contact and / or a current flowing through the switching contact and / or an electrical power dissipated in the switching contact can be detected particularly reliably. Preferably, therefore, the monitoring device is adapted to at least temporarily determine an electrical voltage and / or an electrical potential at a first location and / or a current flow through the first location and / or at least temporarily an electrical voltage and / or an electrical potential a second location and / or to determine a current flow through the second location. Preferably, the first location on the input side of the switch contact and the second location on the output side, based on the supply voltage.

Vorzugsweise ist die Überwachungsvorrichtung in den Starter integrierbar und/oder an dem Starter anordenbar. Dabei kann die Überwachungsvorrichtung beispielsweise in einem bestehenden Starter nachgerüstet werden, sodass die erfindungsgemäßen Vorteile auch mit bereits bestehenden herkömmlichen Startern nutzbar gemacht werden können.Preferably, the monitoring device can be integrated in the starter and / or can be arranged on the starter. In this case, the monitoring device can be retrofitted, for example, in an existing starter, so that the advantages of the invention can also be used with existing conventional starters.

Vorzugsweise weist die Überwachungsvorrichtung eine Steuerelektronik auf, wie etwa eine integrierte Schaltung und/oder einen Mikrocontroller (IC oder ASIC), und/oder ist als solches ausgebildet. Dies bietet den Vorteil, dass die Überwachungsvorrichtung auf besonders einfache Weise in den Schaltkontakt und/oder in den Starter integriert werden kann. Vorzugsweise bietet dies ferner Vorteil, dass die Überwachungsvorrichtung auf besonders kostengünstige und/oder kompakte Weise bereitgestellt werden kann.Preferably, the monitoring device has control electronics, such as an integrated circuit and / or a microcontroller (IC or ASIC), and / or is designed as such. This offers the advantage that the monitoring device can be integrated in a particularly simple manner in the switching contact and / or in the starter. Preferably, this also offers the advantage that the monitoring device can be provided in a particularly cost-effective and / or compact manner.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. The invention is illustrated schematically by means of embodiments in the drawings and will be described below with reference to the drawings.

Figurenlistelist of figures

1 shows a schematic representation of an on-board voltage network of a commercial vehicle according to a preferred embodiment.
2 to 4 10 are diagrams explaining a method of operating a starter according to a first preferred embodiment.
5 illustrates a method of operating a starter according to another preferred embodiment.
6 illustrates a method of operating a starter according to another preferred embodiment.

Ausführungsform(en) der ErfindungEmbodiment (s) of the invention

1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Bordspannungsnetz 10 eines Fahrzeugs, beispielsweise eines Nutzfahrzeugs, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform. Das Bordspannungsnetz 10 weist dabei insbesondere einen Starter 12 auf, welcher insbesondere eine eine Steuerelektronik 14 und einen Schalter 24 aufweisende Überwachungsvorrichtung, einen einen elektromagnetischen Aktor (z.B. Spule mit beweglichem Anker) 16 und einen Schaltkontakt bzw. Schalter 20 aufweisenden Magnetschalter und einen Startermotor 18 aufweist. Ein Stromversorgungsanschluss T45 (Klemme 45) des Startermotors 18 ist dabei über den Schalter 20 mit einem Stromversorgungsanschluss T30 (Klemme 30) des Starters 12 verbindbar, der wiederum mit einer Spannungsquelle 22 elektrisch verbunden ist. Der Startermotor 18 wird von der elektrischen Spannungsquelle 22 mit elektrischer Energie versorgt, wenn der Schalter 20 geschlossen ist, und ist von der Spannungsquelle 22 getrennt, wenn der Schalter 20 geöffnet ist. Die Spannungsquelle 22 umfasst vorzugsweise eine Batterie und/oder einen Generator oder ist als solche(r) ausgebildet. Der Schalter 20 ist durch den elektromagnetischen Aktor 16 steuerbar bzw. schaltbar, wobei gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform der elektromagnetische Aktor 16 wiederum über den Schalter 24 der Überwachungsvorrichtung gesteuert werden kann, um bei Erkennen des Vorliegens einer Überlastung des Starters den Startermotor 18 von der Spannungsquelle 22 zu trennen und dadurch den Starter bzw. Startermotor 18 abzuschalten. Ein interner Steueranschluss des Starters für den elektromagnetischen Aktor ist mit T50i (Klemme 50i) bezeichnet, ein (externer) Steueranschluss, welcher hier mit der elektronischen Messvorrichtung 14 verbunden ist, mit T50 (Klemme 50). Der Starter 12 ist dabei dazu eingerichtet, den Verbrennungsmotor 19 des Fahrzeugs anzulassen bzw. zu starten, wenn am Steueranschluss T50 ein passendes Signal anliegt, z.B. Bordspannung. 1 shows a schematic representation of an on-board voltage network 10 a vehicle, such as a utility vehicle, according to a preferred embodiment. The on-board voltage network 10 has in particular a starter 12 on, which in particular a control electronics 14 and a switch 24 having an electromagnetic actuator (eg coil with movable armature) 16 and a switch contact or switch 20 having magnetic switch and a starter motor 18 having. A power supply connection T45 (terminal 45 ) of the starter motor 18 is over the switch 20 with a power supply connection T30 (terminal 30 ) of the starter 12 connectable, in turn, with a voltage source 22 electrically connected. The starter motor 18 is from the electrical voltage source 22 supplied with electrical energy when the switch 20 is closed, and is from the voltage source 22 disconnected when the switch 20 is open. The voltage source 22 preferably comprises a battery and / or a generator or is designed as such (r). The desk 20 is through the electromagnetic actuator 16 controllable or switchable, wherein according to this preferred embodiment of the electromagnetic actuator 16 turn over the switch 24 the monitoring device can be controlled to detect the presence of an overload of the starter motor 18 from the voltage source 22 to disconnect and thereby the starter or starter motor 18 off. An internal control connection of the starter for the electromagnetic actuator is with T50i (terminal 50i) denotes an (external) control connection, which here with the electronic measuring device 14 connected to T50 (terminal 50 ). The starter 12 is equipped to do this, the internal combustion engine 19 start or start the vehicle when at the control terminal T50 a suitable signal is applied, eg on-board voltage.

Der elektromagnetische Aktor 16 hat die Funktionen, bei Ansteuerung den elektrischen Kontakt zwischen der Spannungsquelle 22 und dem Startermotor mittels des Schalters 20 herzustellen und ein Ritzel des Starters mit einem Zahnkranz des anzutreibenden Verbrennungsmotors 19 zu koppeln. Sofern der Startermotor mit dem Verbrennungsmotor gekoppelt ist und von der Spannungsquelle angetrieben wird, übt der Startermotor ein Drehmoment auf den Zahnkranz des Verbrennungsmotors 19 aus, um diesen in Bewegung zu versetzen und dadurch zu starten.The electromagnetic actuator 16 has the functions, when activated, the electrical contact between the voltage source 22 and the starter motor by means of the switch 20 and a pinion of the starter with a ring gear of the driven internal combustion engine 19 to pair. If the starter motor is coupled to the internal combustion engine and is driven by the voltage source, the starter motor applies a torque to the ring gear of the internal combustion engine 19 to set this in motion and thereby start.

Darüber hinaus weist das Bordspannungsnetz 10 eine Recheneinheit 26 (z.B. sog. Motorsteuergerät, ECU) auf, welche in Kommunikationsverbindung (gestrichelte Linie) mit der Überwachungsvorrichtung steht. Auch weist das Bordspannungsnetz 10 einen Sicherungskasten 28 auf, in welchem sich beispielsweise Schmelzsicherungen befinden, um im Falle eines überhöhten Stromflusses im Bordspannungsnetz 10 diesen zu unterbinden und das Bordspannungsnetz 10 und dessen elektrische Verbraucher vor Beschädigungen zu schützen. Die im Bordspannungsnetz 10 weiter befindlichen elektrischen Verbraucher sind schematisch durch das Element 30 dargestellt, zu welchen beispielsweise ein Klimakompressor, ein Navigationssystem und/oder ein Heizungssystem zählen können.In addition, the on-board voltage network has 10 an arithmetic unit 26 (For example, so-called. Engine control unit, ECU), which is in communication (dashed line) with the monitoring device. Also has the on-board voltage system 10 a fuse box 28 on, in which, for example, fuses are located, in case of excessive current flow in the on-board voltage network 10 to prevent this and the on-board voltage network 10 and to protect its electrical consumers from damage. The in the on-board voltage network 10 further electrical consumers are schematically through the element 30 which may include, for example, an air conditioning compressor, a navigation system and / or a heating system.

Die elektrische Spannung, welche dem Starter 12 und im Allgemeinen dem Bordspannungsnetz 10 zur Verfügung steht, wird durch ein elektrisches Potenzial der Spannungsquelle 22 einerseits und durch Massepotenzial 32 andererseits bereitgestellt.The electrical voltage which the starter 12 and generally the on-board voltage network 10 is available through an electrical potential of the voltage source 22 on the one hand and through ground potential 32 provided on the other hand.

In dem Starter 12 werden alle Komponenten durch die Spannungsquelle 22 mit elektrischer Spannung versorgt, d.h. dass insbesondere die Steuerelektronik 14 der Überwachungsvorrichtung und auch der elektromagnetische Aktor 16 des Magnetschalters mit elektrischer Spannung von der Spannungsquelle 22 versorgt werden können.In the starter 12 All components are powered by the voltage source 22 supplied with electrical voltage, ie that in particular the control electronics 14 the monitoring device and also the electromagnetic actuator 16 of the magnetic switch with electrical voltage from the voltage source 22 can be supplied.

Die Überwachungsvorrichtung gemäß der gezeigten bevorzugten Ausführungsform ist dazu eingerichtet, an den Punkten T30 und T45 eine elektrische Spannung U30 bzw. U45 und/oder einen Stromfluss 130 bzw. 145 zu ermitteln bzw. zu messen, um den Betrieb des Starters 12 auf Basis der ermittelten Spannungen und/oder Stromflüsse zu überwachen und insbesondere um eine Lichtbogenbildung im Schalter 20 zu erkennen.The monitoring device according to the illustrated preferred embodiment is arranged to be at the points T30 and T45 an electrical voltage U30 respectively. U45 and / or a current flow 130 respectively. 145 to determine or measure the operation of the starter 12 to monitor on the basis of the determined voltages and / or current flows and in particular to an arcing in the switch 20 to recognize.

Die Überwachungsvorrichtung steht insbesondere in Kommunikation mit der Recheneinheit 26, welche optional am Erkennen einer Lichtbogenbildung mitwirken kann. Beispielsweise kann die Überwachungsvorrichtung dazu eingerichtet sein, ein Signal auf Basis der ermittelten Spannung und/oder des ermittelten Stroms an die Recheneinheit zu übermitteln. Die Recheneinheit kann dazu eingerichtet sein, auf Basis einer Auswertung und/oder eines von der Überwachungsvorrichtung bereitgestellten Signals ggf. das Vorliegen einer Lichtbogenbildung im Starter zu erkennen. Mit anderen Worten kann eine Auswertung der ermittelten elektrischen Spannungen U30 und/oder U45 bzw. der Stromflüsse I30 und/oder I45 bereits in der Überwachungsvorrichtung 14 erfolgen und/oder anhand eines von der Überwachungsvorrichtung 14 der Recheneinheit 26 bereitgestellten Signals in der Recheneinheit 26 erfolgen. The monitoring device is in particular in communication with the computing unit 26 , which can optionally participate in detecting an arcing. For example, the monitoring device may be configured to transmit a signal based on the determined voltage and / or the determined current to the arithmetic unit. The arithmetic unit may be configured to optionally detect the presence of arcing in the starter on the basis of an evaluation and / or a signal provided by the monitoring device. In other words, an evaluation of the detected electrical voltages U30 and or U45 or the current flows I30 and or I45 already in the monitoring device 14 done and / or on the basis of one of the monitoring device 14 the arithmetic unit 26 provided signal in the arithmetic unit 26 respectively.

Gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform ersetzt die Überwachungsvorrichtung ferner ein üblicherweise ausgebildetes elektromechanisches Vorrelais, welches typischerweise, d.h. bei Abwesenheit der Überwachungsvorrichtung, den Magnetschalter steuert.According to the first preferred embodiment, the monitoring device also replaces a conventionally designed electromechanical pre-relay, which typically, i. in the absence of the monitoring device, the magnetic switch controls.

Im Folgenden wird mit Bezug auf die 2 bis 4 ein Verfahren zum Betreiben bzw. Überwachen eines Starters 12 gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform erläutert.The following is with reference to the 2 to 4 a method for operating or monitoring a starter 12 explained according to a first preferred embodiment.

Insbesondere ist das Verfahren gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform vorteilhaft, da beim Öffnen des Schalters 20 ein Stromfluss auch durch den nicht vollständig geschlossenen bzw. teilweise geöffneten mechanischen Kontakt eine Lichtbogenbildung verursachen kann. Die Lichtbogenbildung kann dabei relevant für den auftretenden Verschleiß des Kontakts sein, da insbesondere über eine längere Nutzungsdauer des Fahrzeugs eine wiederholte Lichtbogenbildung über viele Anlassvorgänge hinweg zu erwarten ist. Insbesondere kann eine Umwandlung von elektrischer Leistung in Wärme bei der Lichtbogenbildung den Schalter 20, insbesondere die mechanische Kontaktstelle, derart aufheizen, dass eine Schmelztemperatur der mechanischen Kontaktstelle bzw. des Kontaktmaterials erreicht wird und somit starker Materialabtrag und/oder ein Zusammenschweißen des Schalters 20 und/oder der mechanischen Kontaktstelle erfolgt, sodass der Startermotor 18 in unkontrollierbarer Weise mit der Spannungsquelle 22 verbunden ist und erst im Falle einer Überlastung des Startermotors 18 durch das Auslösen einer Überlastungsschutzvorrichtung von Spannungsquelle 22 getrennt wird. Dies kann jedoch durch die Anwendung der im Folgenden beschriebenen Verfahren gemäß den bevorzugten Ausführungsformen verhindert werden.In particular, the method according to this preferred embodiment is advantageous because when opening the switch 20 a current flow can cause arcing even by the not fully closed or partially opened mechanical contact. The arcing may be relevant to the wear occurring in the contact, since in particular over a longer service life of the vehicle a repeated arcing over many starting operations is to be expected. In particular, a conversion of electrical power to heat during arcing can be the switch 20 , in particular the mechanical contact point, heat up in such a way that a melting temperature of the mechanical contact point or of the contact material is achieved and thus heavy material removal and / or welding together of the switch 20 and / or the mechanical contact point takes place, so that the starter motor 18 in an uncontrollable manner with the voltage source 22 is connected and only in case of overload of the starter motor 18 by triggering an overload protection device from voltage source 22 is disconnected. However, this can be prevented by the application of the methods described below according to the preferred embodiments.

Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform wird in einem ersten Schritt die Lichtbogenbildung zu Beginn des Anlassvorgangs, was als Zeitabschnitt A bezeichnet werden soll, und in einem zweiten Schritt am Ende des Anlassvorgangs beim Öffnen des Schaltkontakts bzw. Deaktivieren des Startermotors, was als Zeitabschnitt B bezeichnet werden soll, ermittelt.According to a first preferred embodiment, in a first step, the arcing at the beginning of the starting operation, which should be referred to as period A, and in a second step at the end of the starting operation when opening the switching contact or deactivating the starter motor, which are referred to as period B. should, determined.

Der Zeitabschnitt A zu Beginn des Anlassvorgangs kann insbesondere mit einer Vorrotationsphase des Anlassvorgangs zeitlich überlappen, wobei die Vorrotationsphase eine Zeitspanne ist, in welcher der Startermotor 18 auf das Antreiben bzw. Anlassen des Verbrennungsmotors 19 vorbereitet wird. Beispielsweise kann die Vorrotationsphase einen Zeitraum umfassen oder sich auf einen Zeitraum beschränken, in dem der Startermotor 18 noch nicht mechanisch mit den Verbrennungsmotor 19 gekoppelt ist. Davon abweichend kann eine Antriebsphase bestehen, welche einen Zeitraum umfasst und/oder sich auf einen Zeitraum beschränkt, in welchem der Startermotor 18 mechanisch mit dem Verbrennungsmotor 19 gekoppelt ist, um den Verbrennungsmotor 19 mechanisch antreiben zu können.The time period A at the beginning of the starting operation may in particular overlap in time with a pre-rotation phase of the starting operation, wherein the pre-rotation phase is a time period in which the starter motor 18 on the driving or starting the internal combustion engine 19 is prepared. For example, the pre-rotation phase may include a period of time or be limited to a period in which the starter motor 18 not yet mechanically with the internal combustion engine 19 is coupled. Deviating from this, there may be a drive phase which comprises a period and / or is limited to a period in which the starter motor 18 mechanically with the internal combustion engine 19 is coupled to the internal combustion engine 19 to be able to drive mechanically.

In dem Zeitabschnitt A kann es insbesondere während eines Prellens des schließenden Schaltkontakts bzw. Schalters 20 zum Auftreten eines geringen Luftspalts zwischen zwei Kontaktelementen kommen, sodass für kurze Zeitspannen der Schalter 20 nicht vollständig geschlossen ist und durch den Luftspalt des nicht vollständig geschlossenen Schalters 20 während des Prellens unter Bildung eines Lichtbogens ein Strom fließen kann. Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform wird diese Form der Lichtbogenbildung durch ein Ermitteln der elektrischen Spannungen U30 und U45 an den Punkten T30 bzw. T45 im Bordspannungsnetz 10 ermittelt. Im Falle eines vollständig geschlossenen Kontakts bzw. Schalters 20 brechen sowohl die Spannung U30 als auch die Spannung U45 um einen im Wesentlichen gleichen Wert bzw. Betrag ein, sodass der zu erwartende Spannungseinbruch in den Punkten T30 und T45 im Wesentlichen gleich groß ist. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass bei vollständig geschlossenem Schalter 20 kein wesentlicher Potenzialunterscheid zwischen den Punkten T30 und T45 vorliegt.In the period A, it may in particular during a bounce of the closing switch contact or switch 20 come to the occurrence of a small air gap between two contact elements, so that for short periods of the switch 20 is not completely closed and through the air gap of the not fully closed switch 20 during the bounce, a current may flow to form an arc. According to this preferred embodiment, this form of arcing is determined by detecting the electrical voltages U30 and U45 at the points T30 respectively. T45 in the on-board voltage network 10 determined. In the case of a fully closed contact or switch 20 both break the tension U30 as well as the tension U45 by a substantially equal value or amount, so that the expected voltage dip in the points T30 and T45 is essentially the same size. In other words, this means that when the switch is fully closed 20 no significant difference in potential between the points T30 and T45 is present.

Dies liegt daran, dass ein vollständig geschlossener Schalter 20 einen sehr geringen elektrischen Widerstand R_Kontakt aufweist, welcher mit einer Spannungsdifferenz ΔU_Kontakt zwischen den Punkten T30 und T45 in folgender Beziehung steht, wobei I_Kontakt den durch den Schalter 20 fließenden Strom bezeichnet: $U 30 - U 45 = Δ U_{K o n t a k t} = R_{K o n t a k t} \cdot I_{K o n t a k t}$

This is because a completely closed switch 20 has a very low electrical resistance R _contact , which with a voltage difference .DELTA.U _contact between the points T30 and T45 in the following relationship, where I _contact the through the switch 20 flowing current denotes:

U 30 - U 45 = Δ U_{K O n t a k t} = R_{K O n t a k t} \cdot I_{K O n t a k t}

Sofern diese Spannungsdifferenz ΔU_Kontakt einen vorbestimmten Schwellwert ΔU_{Kontakt,Limit} erreicht und/oder übersteigt, kann dies ein Indiz für eine Lichtbogenbildung darstellen. In einer mathematischen Formel ausgedrückt lässt sich daher gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform die Lichtbogenbildung bei Vorliegen der folgenden Beziehung annehmen bzw. feststellen: $Δ U_{K o n t a k t} > Δ U_{K o n t a k t, L i m i t}$

If this voltage difference ΔU _contact reaches and / or exceeds a predetermined threshold ΔU _{contact, limit} , this can be an indication of arcing. Expressed in a mathematical formula, therefore, according to this preferred embodiment, the arcing can be assumed or found in the following relationship:

Δ U_{K O n t a k t} > Δ U_{K O n t a k t . L i m i t}

Der vorbestimmte Schwellwert ΔU_{Kontakt,Limit} für die Spannungsdifferenz zwischen den Punkten T30 und T45 kann beispielsweise durch entsprechende Messungen während eines Motortests des Verbrennungsmotors 19, welcher einen derartigen Starter 12 aufweist, ermittelt werden und vorzugsweise auch für andere in gleicher Serie produzierte Verbrennungsmotoren 19 herangezogen werden. Der Schwellwert ΔU_{Kontakt,Limit} kann dabei als ein konstanter, d.h. zeitlich unveränderlicher, Wert vorliegen und/oder beispielsweise über die Betriebsdauer des Starters und/oder des Verbrennungsmotors 19 angepasst werden, um eine etwaige Änderung des Kontaktwiderstands R_Kontakt über die Lebensdauer des Starters 12 und/oder des Verbrennungsmotors 19 zu berücksichtigen bzw. miteinzubeziehen.The predetermined threshold ΔU _{contact, limit} for the voltage difference between the points T30 and T45 For example, by appropriate measurements during an engine test of the engine 19 which is such a starter 12 , are determined, and preferably also for other internal combustion engines produced in the same series 19 be used. The threshold value .DELTA.U _{contact, limit} can be present as a constant, ie, time-invariant, value and / or, for example, over the operating time of the starter and / or the internal combustion engine 19 be adapted to any change in contact resistance R _contact over the life of the starter 12 and / or the internal combustion engine 19 to take into account or include.

Die Dauer und/oder das Ausmaß der Lichtbogenbildung während des Zeitabschnitts A können beispielsweise durch Akkumulieren der Zeitdauern und/oder des Ausmaßes von während des ggf. mehrmaligen Zurückfederns des Kontakts auftretenden Lichtbogenbildungen während des Beginns des Anlassvorgangs erfolgen.The duration and / or the extent of the arcing during the period A can take place, for example, by accumulating the time periods and / or the extent of arcing occurring during the possibly repeated spring-back of the contact during the start of the starting process.

2 zeigt beispielhaft in einem Diagramm 2000, bei welchem auf der horizontalen Achse 2002 die Zeit in Sekunden und auf der vertikalen Achse die elektrische Spannung in willkürlichen Einheiten aufgetragen sind, den zeitlichen Verlauf der Spannung U30 (Graph 2010), der Spannung U45 (Graph 2012) und dazu im Vergleich die am Punkt T50 (siehe 1) anliegende Spannung U50 (Graph 2014). Insbesondere zu Beginn des Anlassvorgangs, d.h. in Zeitabschnitt A 2020, welcher sich in etwa vom Zeitpunkt 0,0 bis ca. 0,1 s erstreckt, können dabei das Zurückfedern des Kontakts und die dabei auftretende Lichtbogenbildungen durch die starken Ausschläge der elektrischen Spannungen beobachtet werden. 2 shows an example in a diagram 2000 in which on the horizontal axis 2002 the time in seconds and on the vertical axis the electrical voltage are plotted in arbitrary units, the time course of the voltage U30 (Graph 2010 ), the tension U45 (Graph 2012 ) and compared to that at the point T50 (please refer 1 ) voltage applied U50 (Graph 2014 ). In particular, at the beginning of the tempering process, ie in period A 2020, which extends approximately from the time 0.0 to about 0.1 s, while the spring back of the contact and the arcing occurring thereby can be observed by the strong fluctuations of the electrical voltages ,

3 zeigt in Diagramm 3000 eine vergrößerte Ansicht des Zeitabschnitts von ca. 50 ms bis ca. 70 ms aus dem Diagramm 2000 aus 2. Dabei sind das Zurückfedern des Kontakts bzw. die dabei auftretende Lichtbogenbildung 3010 klar zu erkennen, da sich dabei zu einem Zeitpunkt bei etwa 61 ms die elektrische Spannung U30 (Graph 2010) in etwa gegenläufig zur Spannung U45 (Graph 2012) entwickelt und somit eine ausgeprägte Spannungsdifferenz ΔU_Kontakt ausbildet. Somit kann daran auf Basis einer geeigneten Wahl des Schwellwertes ΔU_{Kontakt,Limit}, welcher beim Zurückfedern des Kontakts bzw. bei der Lichtbogenbildung von der Spannungsdifferenz ΔU_Kontakt überschritten wird, Lichtbogenbildung erkannt bzw. ermittelt werden. 3 shows in diagram 3000 an enlarged view of the time from about 50 ms to about 70 ms from the diagram 2000 out 2 , Here are the spring-back of the contact or the arcing occurring 3010 clearly recognizable, since at one point in time at about 61 ms, the electrical voltage U30 (Graph 2010 ) in about opposite to the voltage U45 (Graph 2012 ) and thus forms a pronounced voltage difference .DELTA.U _contact . Thus, based on a suitable choice of the threshold value .DELTA.U _{contact, limit} , which is exceeded when springing back of the contact or in the arcing of the voltage difference .DELTA.U _contact , arcing be detected or determined.

Am Ende des Anlassvorgangs, wenn der Schalter 20 geschlossen wird, beispielsweise durch ein Deaktivieren des elektromagnetischen Aktors 16, kann es erneut zu einer Lichtbogenbildung kommen.At the end of the starting process, when the switch 20 is closed, for example by deactivating the electromagnetic actuator 16 , it may come again to an arcing.

Wie in 4 zu sehen ist, fällt beim Öffnen des Schalters 20 bzw. des Kontakts zum Zeitpunkt 3020, welcher bei ungefähr 6,07 s liegt, die elektrische Spannung U50 (Graph 2014) am Punkt T50 rasch ab. Erwartungsgemäß erhöht sich nach dem Öffnen des Kontakts die Spannung U30 (Graph 2010) und die Spannung U45 (Graph 2012) fällt ab, da der Anlassvorgang beendet ist. Jedoch führt dies zunächst zu einer Lichtbogenbildung 3030, wie insbesondere an dem langsameren Abfall der Spannung U45 (Graph 2012) und einer zeitgleich auftretenden Schulter im zeitlichen Verlauf des Stroms I30 (Graph 4010) zu erkennen ist, wobei letzterer in willkürlichen Einheiten auf der Achse 2006 aufgetragen ist. Auch diese Lichtbogenbildung 3030 kann zu signifikantem Materialabtrag im Kontaktbereich im Schalter 20 aufgrund eines Schmelzens des Kontaktmaterials führen. Die bei den Lichtbogenbildungen übertragene bzw. umgewandelte elektrische Energie bzw. Leistung kann dabei herangezogen werden, um ein Maß für den Verschleiß bzw. die Degradation des Kontaktbereichs des Schalters 20 zu ermitteln, sowohl für jeden einzelnen Anlassvorgang als auch über mehrere und/oder vorzugsweise sämtliche Anlassvorgänge.As in 4 can be seen falls when opening the switch 20 or the contact at the time 3020 , which is about 6.07 seconds, the electrical voltage U50 (Graph 2014 ) at the point T50 quickly. As expected, the voltage increases after opening the contact U30 (Graph 2010 ) and the tension U45 (Graph 2012 ) drops off, as the starting process is finished. However, this initially leads to arcing 3030 , in particular the slower drop in tension U45 (Graph 2012 ) and a shoulder occurring at the same time in the course of time of the stream I30 (Graph 4010 ), the latter being in arbitrary units on the axis 2006 is applied. Also this arcing 3030 can lead to significant material removal in the contact area in the switch 20 due to melting of the contact material. The electrical energy or power transmitted or converted during the arcing can be used to measure the wear or the degradation of the contact area of the switch 20 to determine, for each individual starting process as well as several and / or preferably all starting operations.

Die Zeitdauer und/oder das Ausmaß der Lichtbogenbildung können auf Basis eines ermittelten Startzeitpunkts t_start und Endzeitpunkts t_end charakterisiert werden, wobei der Startzeitpunkt t_start und der Endzeitpunkt t_end wiederum anhand der oben erläuterten Spannungsdifferenz ΔU_Kontakt und deren Verhältnis zum Schwellwert ΔU_{Kontakt,Limit} ermittelt werden. So kann beispielsweise der Startzeitpunk t_start dann vorliegen, wenn die Spannungsdifferenz den Schwellwert erreicht und/oder überschreitet, und der Endzeitpunkt t_end dann erreicht sein, wenn die Spannungsdifferenz wieder unter den Schwellwert fällt. Alternativ oder zusätzlich kann die Ermittlung des Startzeitpunkts t_start auch anhand des zeitlichen Verlaufs des Stroms 130 (Graph 4010) erfolgen. Insbesondere kann auch der Endzeitpunkt t_end derart festgesetzt bzw. ermittelt werden, wenn der Stromfluss I30 (Graph 4010) unter einen entsprechenden Schwellwert I30_Limit fällt, welcher beispielsweise als 0A oder nahezu 0A festgesetzt werden kann. Der Endzeitpunkt t_end kann somit insbesondere dann erreicht sein, wenn die folgende Bedingung erfüllt ist: $I 30 < I 30_{L i m i t} \approx 0 A$

The time duration and / or the extent of the arcing can be characterized on the basis of a determined starting time t _start and end time t _end , wherein the starting time t _start and the end time t _{end are} again based on the above-explained voltage difference ΔU _contact and its ratio to the threshold value ΔU _{contact, Limit to} be determined. Thus, for example, the start time point t _{start can} be present when the voltage difference reaches and / or exceeds the threshold value, and the end time t _end is reached when the voltage difference again falls below the threshold value. Alternatively or additionally, the determination of the start time t _{start can} also be based on the time profile of the current 130 (Graph 4010 ) respectively. In particular, the end time t _end can be set or determined in such a way if the current flow I30 (Graph 4010 ) falls below a corresponding threshold I30 _limit , which can be set, for example, as 0A or nearly 0A. The end time t _end can thus be reached in particular if the following condition is met:

I 30 < I 30_{L i m i t} \approx 0 A

Wie in 4 zu erkennen ist, führt beim Öffnen des Kontakts die Lichtbogenbildung zunächst zu einer Reduktion des Stroms I30 (Graph 4010) auf etwa 20 A, bevor unter Bildung eines Lichtbogens der Strom 130 (Graph 4010) in etwa linear auf den Endwert sinkt. Die dabei am Kontakt dissipierte elektrische Leistung kann zu einer starken Erhitzung des Kontakts führen, wodurch das Kontaktmaterial schmelzen kann und zu einer Beschädigung des Kontakts führen kann.As in 4 can be seen, the arcing initially leads to a reduction of the current when opening the contact I30 (Graph 4010 ) to about 20 A, before forming an electric arc 130 (Graph 4010 ) decreases approximately linearly to the final value. The electrical power dissipated at the contact can lead to a strong heating of the contact, whereby the contact material can melt and can lead to damage of the contact.

Anhand 5 wird ein weiteres Verfahren zum Betreiben des Starters 12 erläutert, mittels welchem eine zu erwartende Lebensdauer des Starters 12 bzw. des Schalters 20 auf Basis der bisher akkumulierten Lichtbogenbildungsdauer ermittelt werden kann.Based 5 becomes another method of operating the starter 12 explains, by means of which an expected life of the starter 12 or the switch 20 can be determined on the basis of the previously accumulated arcing time.

5 zeigt ein Diagramm 5000, bei welchem auf der horizontalen Achse 5002 die Anzahl der bereits durchgeführten Anlassvorgänge aufgetragen ist und auf der vertikalen Achse 5004 die gesamte dabei akkumulierte Lichtbogenbildungsdauer. 5 shows a diagram 5000 in which on the horizontal axis 5002 the number of starting operations already performed is plotted and on the vertical axis 5004 the total accumulated arcing time.

Diesem Verfahren kann beispielsweise eine Ermittlung der Lichtbogenbildungsdauer bei jedem Anlassvorgang gemäß dem mit Bezug auf die 2 bis 4 erläuterten Verfahren zugrunde gelegt werden. Dabei wird bei jedem Anlassvorgang die dabei ermittelte Lichtbogenbildungsdauer zur zuvor akkumulierten Lichtbogenbildungsdauer hinzugerechnet und die somit aktualisierte gesamte Lichtbogenbildungsdauer als jeweiliger Messwert 5010 in dem Diagramm 5000 dargestellt. Zur Ermittlung der zu erwartenden Lebensdauer 5020 werden sodann die ermittelten akkumulierten Lichtbogenbildungsdauern 5010 der bisherigen Anlassvorgänge genähert und extrapoliert, sodass anhand der Extrapolation 5040 das Erreichen der vorbestimmten maximalen Lichtbogenbildungsdauer 5030 und damit einhergehend die maximal zu erwartenden Lebensdauer 5020 abgeschätzt werden können. Die maximal zu erwartende Lebensdauer 5020 ist somit dann erreicht, wenn die gesamte akkumulierte Lichtbogenbildungsdauer eine vorbestimmte Lichtbogenbildungsdauer 5030 erreicht und/oder überschreitet. Die Lebensdauer und/oder maximale Lebensdauer muss nicht notwendigerweise als Zeitspanne ermittelt werden, sondern kann auch als Anzahl verbleibender Anlassvorgänge ermittelt werden.This method can, for example, be used to determine the arcing time during each starting operation, as described with reference to FIGS 2 to 4 be based explained methods. In this case, during each starting process, the arcing time determined in this case is added to the previously accumulated arcing time and the thus updated total arcing duration as the respective measured value 5010 in the diagram 5000 shown. To determine the expected life 5020 then the calculated accumulated arcing times are determined 5010 approximated and extrapolated to the previous starting operations, so that on the basis of the extrapolation 5040 the achievement of the predetermined maximum arcing time 5030 and with it the maximum expected service life 5020 can be estimated. The maximum expected life 5020 is thus reached when the total accumulated arcing time has a predetermined arcing time 5030 reaches and / or exceeds. The life and / or maximum life does not necessarily have to be determined as a time span, but can also be determined as the number of remaining tempering events.

Beispielsweise kann darauf basierend bestimmt werden, wie viele Anlassvorgänge vor dem erwarteten Erreichen der maximalen Lebensdauer 5020 noch durchgeführt werden können. Ferner kann auf Basis der noch verbleibenden Anlassvorgänge und der Regelmäßigkeit bzw. Häufigkeit der bisherigen Anlassvorgänge auf eine zu erwartenden Zeitdauer geschlossen werden, welche bis zum Erreichen der maximalen Lebensdauer 5020 noch verbleibt. Beides ermöglicht es, dem Fahrer rechtzeitig einen Hinweis und/oder eine Warnmeldung zukommen zu lassen, wonach das Fahrzeug einer Inspektion unterzogen werden sollte, um ein Liegenbleiben des Fahrzeuges aufgrund eines Schadens am Starter 12 zu vermeiden.For example, it may be determined based on how many annealing events prior to the expected maximum lifetime 5020 can still be performed. Furthermore, it can be concluded on the basis of the remaining starting operations and the regularity or frequency of previous starting operations on an expected period of time, which until reaching the maximum life 5020 still remains. Both make it possible to provide the driver in good time with an indication and / or a warning message, according to which the vehicle should be inspected in order to prevent the vehicle from lying due to damage to the starter 12 to avoid.

Die Extrapolation 5040 der bisweilen ermittelten akkumulierten Zeitdauer 5010 kann mit einer am besten geeigneten Funktion erfolgen, durch welche die bisherigen Werte mit der geringsten Abweichung genähert werden können. Beispielsweise kann eine lineare und/oder quadratische und/oder kubische Funktion geeignet sein, um den Verlauf der bisherigen Werte 5010 der akkumulierten Zeitdauer von Lichtbogenbildungen zu nähern und/oder zu extrapolieren. Für die Extrapolation werden vorzugsweise zumindest zwei der ermittelten Werte 5010 der akkumulierten Lichtbogenbildungsdauer herangezogen bzw. berücksichtigt.The extrapolation 5040 the accumulated time period sometimes determined 5010 can be done with a most suitable function by which the previous values can be approximated with the least deviation. For example, a linear and / or quadratic and / or cubic function may be suitable for the course of the previous values 5010 to approximate and / or extrapolate the accumulated time of arcing. For extrapolation, preferably at least two of the determined values 5010 the accumulated arcing time taken or taken into account.

Für einen bestimmten Schalter 20 umfassend ein bestimmtes Kontaktmaterial und eine bestimmte Kontaktöffnungs- und Kontaktschließungsdynamik und einen anwendungsspezifischen Energietransfer über den Kontakt, insbesondere mittels Lichtbogenbildung, kann beispielsweise die maximale Lichtbogenbildungsdauer 5020 anhand einer Simulation und/oder Berechnung und/oder auch empirisch ermittelt und vorherbestimmt werden. Alternativ oder zusätzlich können in diese Ermittlung und/oder Bestimmung der maximalen Lichtbogenbildungsdauer 5020 Tests von Komponenten, wie etwa des Starters 12, oder des gesamten Verbrennungsmotors 19 mitsamt dem Starter 12, einfließen.For a specific switch 20 comprising a specific contact material and a specific contact opening and contact closure dynamics and an application-specific energy transfer via the contact, in particular by means of arcing, for example, the maximum arcing time 5020 based on a simulation and / or calculation and / or empirically determined and predetermined. Alternatively or additionally, in this determination and / or determination of the maximum arcing time 5020 Tests of components, such as the starter 12 , or the entire internal combustion engine 19 together with the starter 12 , inflow.

Ferner kann eine Vorstufe 5050 der maximalen Lebensdauer vorbestimmt werden, bei Erreichen derer der Warnhinweis an den Fahrer ausgegeben werden soll. Beispielsweise kann bei jedem Anlassvorgang die bisherige Lebensdauer bzw. Anzahl von bereits durchgeführten Anlassvorgängen mit dieser Vorstufe 5050 verglichen werden und bei Erreichen oder Überschreiten dieser Vorstufe 5050 eine Ausgabe des Warnhinweises veranlasst werden.Furthermore, a preliminary stage 5050 the maximum life are predetermined, upon reaching which the warning is to be issued to the driver. For example, during each starting process, the previous service life or number of starting operations already carried out with this precursor 5050 be compared and when reaching or exceeding this precursor 5050 an issuance of the warning.

Anhand 6 wird im Folgenden eine weitere bevorzugte Ausführungsform zum Betreiben eines Starters 12 erläutert, welche in vielen Aspekten der mit Bezug auf 5 erläuterten Ausführungsform entspricht, wobei in Abweichung davon gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform zur Ermittlung der zu erwartenden Lebensdauer nicht die bisher akkumulierte Lichtbogenbildungsdauer, sondern die bisher akkumulierte dissipierte elektrische Leistung durch die Lichtbogenbildung zugrunde gelegt wird.Based 6 hereinafter is another preferred embodiment for operating a starter 12 explains which in many aspects the with respect to 5 In accordance with this preferred embodiment, the determination of the expected service life is based not on the previously accumulated arcing time but on the previously accumulated dissipated electrical power due to arcing.

Entsprechend sind in Diagramm 6000 auf der horizontalen Achse 6002 die Anzahl der bereits durchgeführten Anlassvorgänge und auf der vertikalen Achse 6004 die dabei akkumulierte dissipierte elektrische Energie durch Lichtbogenbildung aufgetragen. Die bei den einzelnen Anlassvorgängen ermittelten akkumulierten Werte 6010 der gesamten akkumulierten dissipierten elektrischen Energie durch Lichtbogenbildung werden entsprechend der vorherigen Ausführungsform genähert und extrapoliert, sodass die Extrapolation 6040 mit einer vorbestimmten Vorstufe 6050 der maximalen Lebensdauer 6020 und der Maximaldissipation 6030 verglichen werden kann. Bei Erreichen der Maximaldissipation 6030 ist folglich die maximale Lebensdauer 6020 erreicht und ein Ausfall des Starters 12 aufgrund von lichtbogenbildungsbedingtem Verschleiß zu erwarten.Accordingly, in diagram 6000 on the horizontal axis 6002 the number of starting operations already performed and on the vertical axis 6004 The accumulated dissipated electrical energy is applied by arcing. The accumulated values determined during the individual starting processes 6010 The total accumulated dissipated electrical energy through arcing is approximated and extrapolated according to the previous embodiment, so the extrapolation 6040 with a predetermined preliminary stage 6050 the maximum life 6020 and the maximum dissipation 6030 can be compared. Upon reaching maximum dissipation 6030 is therefore the maximum life 6020 achieved and a failure of the starter 12 due to arcing due to wear expected.

Die bei einem Anlassvorgang dissipierte elektrische Energie E kann mittels Integration des Produkts aus Spannungsdifferenz ΔU_Kontakt mit dem Strom I30 über die Lichtbogenbildungsdauern erhalten werden: $E = \int_{t_{s t a r t}}^{t_{e n d}} Δ U_{K o n t a k t} \cdot I 30 \cdot d t = \int_{t_{s t a r t}}^{t_{e n d}} (U 30 - U 45) \cdot I 30 \cdot d t$

The electrical energy E dissipated during a starting process can be brought _{into contact} with the current by integrating the product of the voltage difference .DELTA.U I30 are obtained over the arcing times:

e = \int_{t_{s t a r t}}^{t_{e n d}} Δ U_{K O n t a k t} \cdot I 30 \cdot d t = \int_{t_{s t a r t}}^{t_{e n d}} (U 30 - U 45) \cdot I 30 \cdot d t

Die Zeitpunkte t_start und t_end entsprechen dabei den jeweiligen Zeitpunkten, zu welchem die Lichtbogenbildung beginnt bzw. endet. Sofern ein Anlassvorgang mehrere zeitlich voneinander getrennte Lichtbogenbildungen aufweist, können die einzelnen dabei dissipierten Energiemengen addiert werden.The times t _start and t _end correspond to the respective times at which the arcing begins or ends. If a starting process has a plurality of time-separated arcing, the individual amounts of energy dissipated in this way can be added.

Die Maximaldissipation 6030, d.h. die maximale dissipierbare Energie, bei deren Erreichen von einem Ausfall des Starters 18 auszugehen ist oder die aus anderen Gründen als Schwellwert festgelegt ist, kann anhand einer Simulation und/oder Berechnung und/oder auch empirisch ermittelt und vorherbestimmt werden und kann beispielsweise von dem Kontaktmaterial und/oder den Kontaktöffnungs- und Kontaktschließungsdynamiken des Schalters 20 abhängen.The maximum dissipation 6030 ie the maximum dissipatable energy, when reached by a failure of the starter 18 can be assumed or is set for other reasons than threshold, can be determined and predetermined by means of a simulation and / or calculation and / or empirical and can, for example, the contact material and / or the contact opening and closing dynamics of the switch 20 depend.

Der sich aus dem zuletzt ermittelten Wert 6010 der akkumulierten dissipierten elektrischen Energie durch Lichtbogenbildung und/oder aus der Extrapolation 6040 ergebende Zeitpunkt 6020 entspricht dabei dem Ende der maximalen Lebensdauer. Sofern die verbleibende Restlebensdauer kürzer ist, als der Zeitpunkt, der sich aus der Vorstufe 6050 ergibt, könnte es vorteilhaft sein, einen Warnhinweis hinsichtlich des Bedarfs einer Wartung auszugeben.Derived from the last determined value 6010 the accumulated dissipated electrical energy by arcing and / or extrapolation 6040 resulting date 6020 corresponds to the end of the maximum life. Unless the remaining life is shorter than the time of the pre-treatment 6050 results, it might be advantageous to issue a warning regarding the need for maintenance.

Claims

Method for operating a starter (12) of an internal combustion engine (19) comprising a starter motor (18) and a switching contact (20), the method comprising the steps: - Determining an occurrence of arcing in and / or on the switching contact (20) at least temporarily during the activation and / or during the deactivation of the starter motor (18) by means of the switching contact (20); - Determining an estimated value for a residual life of the switching contact (20) on the basis of the determined occurrence of arcing.

Method according to Claim 1 wherein determining the occurrence of arcing comprises determining a duration of arcing and / or determining an energy conversion by arcing.

Method according to Claim 2 wherein determining the estimate for a residual life of the switch contact (20) based on the determined occurrence of arcing comprises determining an accumulated arcing time period and / or an accumulated energy conversion by the arcing.

Method according to Claim 2 or 3 wherein determining the energy conversion by the arcing comprises integrating an electrical power dissipated in the switch contact (20) over the duration of the arcing.

The method of claim 1, wherein determining arcing during activation of the starter motor comprises detecting arcing upon closing of the switch contact, and in particular detecting arcing upon bouncing of the switch contact during closing of the contactor Switching contact (20).

The method of claim 1, wherein determining the arcing during deactivation of the starter motor comprises detecting arcing upon opening of the switch contact.

Method according to one of the preceding claims, wherein determining the arcing on the basis of determining an electrical voltage and / or an electric potential and / or a current flow at at least one point (T30, T45, T50i, T50) in the starter (12) or a with the starter (12) connected on-board voltage network (10).

Method according to one of the preceding claims, wherein the determination of the arcing on the basis of determining an electrical voltage and / or an electrical potential and / or a current flow at one of Starter motor (18) facing away from the switching contact (20) and / or on a the starter motor (18) facing side of the switching contact (20).

Monitoring device (14, 24) for a starter motor (18), comprising means for carrying out a method according to one of the preceding claims.

Monitoring device (14, 24) according to Claim 9 , which has two terminals with which it is connected in a parallel path to the switching contact (20).

Monitoring device (14, 24) according to Claim 9 or 10 which is adapted to directly and / or indirectly actuate a switch (20) to connect a power supply terminal (T30) of the starter (12) to the starter motor (18) and / or the power supply terminal (T30) of the starter motor (18 ) to separate.

Monitoring device (14, 24) according to one of Claims 9 to 11 , which has an electronic control unit (14) or is designed as such.

Monitoring device (14, 24) according to Claim 12 comprising a switch (24) controlled by the control electronics (14).

Monitoring device (14, 24) according to one of Claims 9 to 13 , which is integrable in the starter (12) and / or on the starter (12) can be arranged.

Monitoring device (14, 24) according to one of Claims 9 to 14 , which is adapted to communicate with a computing unit (26).

A starter (12) for an internal combustion engine, comprising: - a starter motor (18) adapted to start an internal combustion engine (19); a switch contact (20) adapted to activate and / or deactivate the starter motor (18); - A monitoring device (14, 24) according to one of Claims 9 to 15 ,

Starter (12) according to Claim 16 , wherein the switching contact (20) is part of a switching contact (20) and an electromagnetic actuator (16) actuating this magnetic switch.