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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Starter für einen Verbrennungsmotor und eine Ansteuerschaltung für einen Starter.
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Stand der Technik
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Zum Starten von Verbrennungsmotoren kann man elektrische Antriebsmaschinen verwenden, die mit einer von der Kraftstoffversorgung getrennten Energieversorgung gespeist werden. Meistens kommen Gleichstrommotoren zum Einsatz, deren Antriebsritzel zunächst in einen Zahnkranz des Verbrennungsmotors einrückt, um danach den Verbrennungsmotor anzutreiben, beispielsweise nach dem Schub-Schraubtriebprinzip. Nach einem Ende des Startvorgangs rückt das Antriebsritzel wieder aus dem Verbrennungsmotor aus.
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Beim Einschalten des Starters kann es zu einem durch den Starter bedingten Bordspannungseinbruch kommen. Um den Anlaufstrom des Gleichstrommotors zu begrenzen, kann ein Anlasswiderstand verwendet werden. Nach dem Anlaufen der elektrischen Maschine kann dieser Anlasswiderstand von einem Relais überbrückt werden. Bei einer dauerhaften Langzeitbestromung des Relais entsteht das Risiko einer Überhitzung.
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Die Druckschrift
DE 10 2010 003 485 A1 betrifft eine Schaltvorrichtung mit einem elektromagnetischen Schaltelement und einer Steuerung, bei dem das Schaltelement zwei Spulen auf einem Kern mit Wirkung auf einen gemeinsamen Anker umfasst.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, einen Starter mit vereinfachter Ansteuerschaltung und verbesserter Zuverlässigkeit anzugeben, der einen Bordspannungseinbruch verringert.
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Diese Aufgabe wird durch Gegenstände nach den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Figuren, der Beschreibung und der abhängigen Ansprüche.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die erfindungsgemäße Aufgabe durch einen Starter für einen Verbrennungsmotor gelöst, mit einem Vorwiderstand zum Begrenzen eines Anlaufstromes einer elektrischen Maschine, der einen ersten Anschluss zum Verbinden des Vorwiderstandes mit einer Spannungsquelle und einen zweiten, mit der elektrischen Maschine verbundenen Anschluss umfasst; und einem Relais zur Überbrückung des Vorwiderstandes mit einer Einzugswicklung zum Initiieren der Überbrückung und einer Haltewicklung zum Aufrechterhalten der Überbrückung, bei dem ein erster Anschluss der Einzugswicklung mit dem ersten Anschluss des Vorwiderstandes verbunden ist. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass eine Überhitzung des Relais verhindert wird und die Schaltung vereinfacht wird.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform des Starters ist der erste Anschluss der Einzugswicklung kabellos mit dem ersten Anschluss des Vorwiderstandes verbunden. Eine kabellose Verbindung kann beispielsweise durch die Verschraubung der Anschlüsse auf einer gemeinsamen Anschlussplatte erfolgen. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass sich die Zuverlässigkeit des Starters erhöht, da die Gefahr eines Kabelbruches verhindert wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Starters ist ein zweiter Anschluss der Einzugswicklung mit dem zweiten Anschluss des Vorwiderstandes verbunden. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die Einzugswicklung nur solange wirksam ist, bis der Vorwiderstand überbrückt worden ist und ein Potentialunterschied über den Vorwiderstand besteht.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Starters ist der zweite Anschluss der Einzugswicklung kabellos mit dem zweiten Anschluss des Vorwiderstandes verbunden. Dadurch wird beispielsweise ebenfalls der technische Vorteil erreicht, dass sich die Zuverlässigkeit des Starters erhöht, da die Gefahr eines Kabelbruches verhindert wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Starters ist ein erster Anschluss der Haltewicklung mit dem ersten Anschluss der Einzugswicklung verbunden. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die Haltewicklung gleichzeitig mit der Einzugswicklung bestromt wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Starters ist ein zweiter Anschluss der Haltewicklung mit einem Massepotential verbunden. Dadurch wir beispielsweise der Vorteil erreicht, dass die Haltewicklung auf einem konstanten und definierten Potential liegt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Starters ist ein erster Anschluss der Haltewicklung mit einem Massepotential verbunden. Dadurch wird beispielsweise der Vorteil erreicht, dass zunächst eine wirksame Durchflutung verringert wird und ein Durchschalten verzögert wird. Dadurch verringert sich ein Spannungseinbruch im Bordnetz.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Starters ist ein zweiter Anschluss der Haltewicklung mit dem zweiten Anschluss der Einzugswicklung verbunden. Dadurch wird beispielsweise ebenfalls der Vorteil erreicht, dass zunächst eine wirksame Durchflutung verringert wird und ein Durchschalten verzögert wird. Dadurch verringert sich ein Spannungseinbruch im Bordnetz.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Starters ist der zweite Anschluss der Haltewicklung kabellos mit dem zweiten Anschluss der Einzugswicklung verbunden. Dadurch wird beispielsweise ebenfalls der technische Vorteil erreicht, dass sich die Zuverlässigkeit des Starters erhöht, da die Gefahr eines Kabelbruches verhindert wird.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die erfindungsgemäße Aufgabe durch eine Ansteuerschaltung für einen Starter gelöst, mit einem Vorwiderstand zum Begrenzen eines Anlaufstromes einer elektrischen Maschine, der einen ersten Anschluss zum Verbinden des Vorwiderstandes mit einer Spannungsquelle und einen zweiten Anschluss zum Verbinden mit der elektrischen Maschine umfasst; und einem Relais zur Überbrückung des Vorwiderstandes mit einer Einzugswicklung zum Initiieren der Überbrückung und einer Haltewicklung zum Aufrechterhalten der Überbrückung, bei der ein erster Anschluss der Einzugswicklung mit dem ersten Anschluss des Vorwiderstandes verbunden ist. Durch die Ansteuerschaltung lassen sich die gleichen Vorteile realisieren, wie durch den Starter nach dem ersten Aspekt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen:
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
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Es zeigen:
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1 einen schematisierten Aufbau eines Starters;
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2 einen weiteren schematisierten Aufbau eines Starters;
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3 einen schematisierten Aufbau eines Starters mit einem Relais mit zwei Wicklungen; und
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4 einen weiteren schematisierten Aufbau eines Starters mit einem Relais mit zwei Wicklungen.
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1 zeigt einen schematisierten Aufbau eines Starters 100 mit einer Spannungsbegrenzung durch einen Vorwiderstand 103. Der Starter 100 umfasst den Vorwiderstand 103 mit einem ersten elektrischen Anschluss 103-1 und einem zweiten elektrischen Anschluss 103-2, eine elektrische Maschine 105, ein Relais 107, ein Starterrelais 109 und ein Zündschloss 111.
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Ein Startwunsch für einen Verbrennungsmotor wird von einem Fahrer über das Zündschloss 111 eingeleitet. Daraufhin schiebt das Starterrelais 109 ein Starterritzel in einen Zahnkranz und eine Hauptbrücke 113 wird geschlossen. Danach wird ein reduzierter Starterstrom über den Vorwiderstand 103 in die elektrische Maschine 105 des Starters 100 eingeleitet.
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Die durch die elektrische Maschine 105 erhöhte Spannung an dem zweiten elektrischen Anschluss 103-2 des Vorwiderstandes 103 bewirkt das Einschalten des Relais 107, beispielsweise eines Zusatzrelais. Nach einem Ablauf einer Schaltzeit des Relais 107 wird der Vorwiderstand 103 überbrückt. Dadurch findet beim Starten des Verbrennungsmotors in einem ersten Schritt eine Strombegrenzung durch den Vorwiderstand 103 statt, die in einem zweiten Schritt aufgehoben wird, wenn das Relais 107 schließt und den Vorwiderstand 103 über das Schließen einer parallel geschalteten Nebenbrücke 115 überbrückt.
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Der erste elektrische Anschluss 103-1 des Vorwiderstands 103 wird zur Verbindung der elektrischen Maschine 105 mit einer Spannungsversorgung über die Hauptbrücke 113 eingesetzt, beispielsweise zum Anschluss an eine Plusleitung direkt von der Batterie (Klemme 30), so dass beim Starten eine Energieversorgung stattfindet. Der zweite elektrische Anschluss 103-2 des Vorwiderstandes 103 ist mit der elektrischen Maschine 105 verbunden. Das Relais 107 umfasst eine Wicklung 108 zum Erzeugen eines magnetischen Feldes, das einen Anker betätigt, der die Nebenbrücke 115 schließt. Der erste Anschluss 108-1 der Wicklung 108 ist an einem Massepotential angeschlossen und der zweite Anschluss 108-2 der Wicklung 108 ist an dem zweiten elektrischen Anschluss 103-2 des Vorwiderstandes 103 angeschlossen und liegt am Eingang der elektrischen Maschine 105 (Klemme 45).
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Die elektrische Maschine 105 ist ein Energiewandler, der zwischen elektrischer Energie und mechanischer Energie wandelt, wie beispielsweise ein Motor oder Generator. Insbesondere kann die elektrische Maschine 105 ein Startermotor in Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor sein, beispielsweise ein Gleichstrommotor zum Antreiben des Verbrennungsmotors in einem Start-Stopp-System.
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Das Relais 107 ist eine durch elektrischen Strom betriebene Schaltvorrichtung. Das Relais 107 ist beispielsweise ein elektromagnetisches Relais oder ein Halbleiterrelais. Das Relais 107 dient zum Schalten und Überbrücken des Vorwiderstandes 103. Das Starterrelais 109 dient zum Schalten einer Spannungsversorgung.
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Der Vorwiderstand 103 ist ein elektrisches Bauelement, das beispielsweise als Anlasswiderstand dazu dient, den Anlaufstrom der elektrischen Maschine 105 zu begrenzen. Als Anlasswiderstände werden oftmals hochbelastbare Leistungswiderstände mit sehr niedrigen Widerstandswerten verwendet. Diese können in Form von Drahtwiderständen, Blechwiderständen oder Gusswiderständen vorliegen. Der Vorwiderstand 103 ist beispielsweise ein Vorwiderstand in einer zweistufigen Anlaufbeschaltung bei einem Start-Stopp-System eines Fahrzeugs.
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2 zeigt eine andere Ausführungsform des Starters 100 mit den gleichen Bezugszeichen wie in 1. Der erste Anschluss 108-1 der Wicklung 108 ist an dem ersten Anschluss 103-1 des Vorwiderstandes 103 angeschlossen und der zweite Anschluss 108-2 der Wicklung 108 liegt auf einem Massepotential.
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Durch die in Verbindung mit 1 und 2 beschriebenen Starter lässt sich ein Bordspannungseinbruch verringern, der durch den Starter 100 verursacht wird. Allerdings kann bei einer Dauerbestromung die Spule 108 überhitzen.
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3 zeigt einen schematisierten Aufbau eines Starters 200. Der Starter 200 umfasst einen Vorwiderstand 203 mit einem ersten elektrischen Anschluss 203-1 und einem zweiten elektrischen Anschluss 203-2, eine elektrische Maschine 205, ein Relais 207, ein Starterrelais 209 und ein Zündschloss 211. Das Relais 207 umfasst eine Einzugswicklung 208 zum Initiieren der Überbrückung und eine Haltewicklung 210 zum Aufrechterhalten der Überbrückung. Die Einzugswicklung 208 und die Haltewicklung 210 wirken auf den gleichen Anker zum Betätigen einer Nebenbrücke 215.
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Ein erster Anschluss 208-1 der Einzugswicklung 208 ist elektrisch mit dem ersten Anschluss 203-1 des Vorwiderstandes 203 verbunden und ein zweiter Anschluss 208-2 der Einzugswicklung 208 ist mit dem zweiten Anschluss 203-2 des Vorwiderstandes 203 verbunden. Die Einzugswicklung 208 ist somit parallel zu dem Vorwiderstand 203 verbunden. Die Einzugswicklung 208 ist daher lediglich solange wirksam wie ein Potentialunterschied über dem Vorwiderstand 203 anliegt.
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Ein erster Anschluss 210-1 der Haltewicklung 210 ist mit dem ersten Anschluss 208-1 der Einzugswicklung 208 verbunden und ein zweiter Anschluss 210-2 der Haltewicklung 210 ist mit einem Massepotential verbunden. Die Haltewicklung 210 ist daher fortlaufend wirksam und hält die Nebenbrücke 215 in der geschlossenen Stellung zum Überbrücken des Vorwiderstandes 203, solange über der elektrischen Maschine 205 eine Spannung abfällt.
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Die jeweiligen elektrischen Verbindungen können ohne eine Verwendung von Kabeln ausgeführt werden. Beispielsweise können der Vorwiderstand 203 und das Relais 207 entsprechende Anschlussplatten aufweisen, die miteinander in Kontakt stehen und verschraubt sind. Beim Verzicht auf Verbindungskabel wird der technische Vorteil erreicht, dass keine Kabelbrüche auftreten können.
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Durch die Verwendung der Haltewicklung 210 mit einem hohen Widerstand kann eine geringe Erwärmung der Haltewicklung 210 sichergestellt werden und die Starterschaltung vereinfacht sich.
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4 zeigt einen weiteren schematisierten Aufbau des Starters 200 mit den gleichen Bezugszeichen wie in 3. Der erste Anschluss 208-1 der Einzugswicklung 208 ist elektrisch mit dem ersten Anschluss 203-1 des Vorwiderstandes 203 verbunden und der zweite Anschluss 208-2 der Einzugswicklung 208 ist mit dem zweiten Anschluss 203-2 des Vorwiderstandes 203 verbunden. Die Einzugswicklung 208 ist somit parallel zu dem Vorwiderstand 203 verbunden. Die Einzugswicklung 208 ist daher lediglich solange wirksam wie ein Potentialunterschied über dem Vorwiderstand 203 anliegt.
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In dieser Ausführungsform ist jedoch der erste Anschluss 210-1 der Haltewicklung 210 mit dem Massepotential verbunden und der zweite Anschluss 210-2 der Haltewicklung 210 ist mit dem zweiten Anschluss 208-2 der Einzugswicklung 208 verbunden.
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Dadurch liegt die Haltewicklung 210 auf einem niedrigeren Potential. Bei einem Schließen der Nebenbrücke 215 wird zunächst eine wirksame Durchflutung um ca. 20% verringert. In dieser Ausführungsform wird ein Durchschalten verzögert und ein zweiter Spannungseinbruch im Bordnetz verringert. Ein höherer Strom tritt erst nach einem Überbrücken des Vorwiderstandes auf.
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Alle in den Zeichnungen gezeigten und in der Beschreibung beschriebenen Einzelmerkmale der Erfindung können in beliebiger, sinnvoller Art und Weise miteinander kombiniert werden, so dass deren vorteilhafte Wirkungen gleichzeitig realisiert werden können. Die Erfindung ist nicht auf die in Verbindung mit den Zeichnungen erläuterten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern durch den Schutzbereich der Ansprüche gegeben.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010003485 A1 [0004]