CN102822501B - 开关装置、起动装置和电磁的开关装置的方法 - Google Patents

开关装置、起动装置和电磁的开关装置的方法 Download PDF

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Abstract

提出一种具有电磁的开关元件和控制器（4）的开关装置（KH、KA、ES），其中所述开关元件包括两个处于一个铁芯上的作用于共同的电枢（A）的线圈。为了尽可能快地并且容易地以较少的能耗以能够触发的方式来实现所述电枢（A）的操纵，为了触发每个线圈所述控制器（4）在所述线圈的电流路径中分别设有开关（S1-6）。

Description

开关装置、起动装置和电磁的开关装置的方法
技术领域
本发明涉及一种具有电磁的开关元件和控制器的开关装置，其中所述开关元件包括两个处于一个铁芯上的作用于共同的电枢的线圈。此外，本发明涉及一种用于内燃机的起动装置，尤其用于机动车，该起动装置具有起动机电动机、用于使所述起动机电动机暂时与所述内燃机相耦合的耦合装置并且具有起动机控制器。此外，本发明涉及电磁的开关装置的一种方法，所述电磁的开关装置具有开关元件和控制器，其中由所述控制器来触发两个处于一个铁芯上的作用于共同的电枢的线圈。
背景技术
已经知道具有处于铁芯上的绕组的电磁体、继电器和变压器或者类似的感应的负载，所述绕组作为感应的负载来切换。
此外，知道用在起动装置中的具有开关继电器和啮合继电器的双重功能的起动机继电器，所述起动机继电器用于使起动机齿轮啮合到内燃机的齿环中并且用于触发起动机电动机，用于发动内燃机。
对于起动装置来说，知道一种开关原理，根据该开关原理在一个铁芯上布置了吸引绕组和保持绕组，用于以较高的吸引力和较高的吸引速度来使由起动机电动机驱动的起动机齿轮啮合到所述内燃机的齿环中并且以最大的电流来接通所述起动机电动机。用所述保持绕组将所述起动机继电器保持在闭合的状态中，同时降低用于吸引绕组的电流。所述保持绕组直接与机动车地线相连接。而所述吸引绕组则通过起动机电动机与所述机动车地线相连接。如果所述起动机继电器上的用于起动机电动机的开关闭合并且所述起动机电动机启动，那就降低吸引电流，因为所述起动机电动机现在直接加载在起动机蓄电池的正极电位上。在这种开关原理中，对于永久激励的起动机电动机来说防止立即的重新接通，因为所述起动机电动机的所感应的电压不允许满额的吸引电流。
作为替代方案，已经知道实现具有单绕组的继电器并且在吸引之后借助于电流调节或者说电流控制比如双点调节或者脉宽调制来降低保持电流。不过，这样的继电器必须具有很大的绕组，也就是具有用于微小的保持电流的较高的匝数的绕组并且/或者由用于足够的吸引力的较粗的电气的导线构成的绕组。
有一些努力，在机动车中采用起动系统，对于所述起动系统来说起动机电动机的触发和啮合机构的触发单独地进行，用于以内燃机的较高的可用性来实现起停系统。对于这些起停系统来说，有一些啮合策略，根据这些啮合策略首先使由起动机电动机驱动的起动机齿轮加速并且使其尽可能以同步的旋转速度啮合到惯性运转的内燃机的齿环中。
EP 0 848 159 B1说明了一种具有用于起停运行的电子的控制器的起动装置，其中起动机电动机和起动机继电器为了使起动机齿轮啮合到内燃机的齿环中而能够单独地触发。
DE 10 2006 011 644 A1说明了用于以起停运行模式来起动内燃机的一种起动装置和一种起动方法。起动机齿轮能够按照一种特殊的方法以足够接近的圆周速度啮合到惯性运转的内燃机的旋转的齿环中。向具有绕组的啮合继电器（Einrückrelais）加载用于啮合的电流，用于将起动机齿轮保持在啮合的状态中的电流原则上能够一直降低到零安培。
申请人知道一种用于触发具有一个双绕组和三个半导体开关的电磁的开关元件的装置。由于特定的开关位置能够以线圈的相同的匝数通过强制的同向和反向的通电来实现快速的接通和断开过程。
发明内容
本发明的任务是，如此改进一种开关装置、一种起动装置和一种用于运行开头提到的类型的开关装置的方法，从而能够尽快地并且容易地以微小的能耗来触发电枢的操纵。
按本发明，所述任务通过权利要求1、7和8的主题得到解决。
本发明的构思是，尽可能有效地构造开关装置，其措施是用所述开关装置来实现变压器的效应。为此，为触发每个线圈，所述控制器在电流路径中分别设有开关。由此所述线圈能够至少在特定的界限内彼此独立地切换。在这方面优点是，利用所述两个线圈之间的按照变压器的效应的能量传递并且由此电能的使用量下降。另一个优点是，相对于传统的开头所描述的具有吸引绕组及保持绕组的开关装置，灭弧能量较小并且不需要麻烦的灭弧电路，比如起动装置中的比如构造为继电器的开关装置的闭路器上的续流二极管。
按照一种优选的实施方式，第一线圈是吸引绕组并且第二线圈是保持绕组，所述吸引绕组和保持绕组具有作用于电枢的电磁作用。这种做法的优点是，为了吸引所述电枢，要么可以给一个绕组通电要么可以给两个绕组通电，从而实现具有较高的吸引力的快速的吸引过程以及较快的切换速度。为了将所述电枢保持在吸引的位置中，以明显低的电气的能耗来向所述保持绕组通电就已足够，从而可以断开所述吸引绕组。由此显著地节省能量。
为了能够将所述开关装置还设计得明显地更有效并且实现更高的电流节省功能，优选所述线圈具有不同的匝数尤其大于3的匝数差，其中特别优选所述吸引绕组的匝数大于所述保持绕组的匝数。由此提供一种特别有效的吸引绕组并且所述保持绕组可以在与应用情况相关的情况下根据需求来设计。
为了完全彼此独立地切换所述线圈并且实现变压器的效应，所述线圈能够分别单独地也就是彼此独立地直接切换到地电位上。原则上不设置具有线圈和/或起动机电动机的中间电路或者说串联电路。
在切换到地电位上时的优点尤其是可以容易并且由此便宜地实现的电子的开关-所谓的低压开关。在切换到蓄电池正极电位上时的缺点尤其是麻烦地并且由此昂贵地实现的电子的开关-所谓的高压开关。
按照一种作为替代方案的优选的实施方式，所述线圈能够分别单独地也就是彼此独立地切换到蓄电池正极电位上。蓄电池正极电位上的开关的优点是，所述线圈之间的接地连接能够容易地得到实现，因为仅仅建立与车身或者与内燃机之间的连接，这一点通常很容易并且由此明显地将电缆敷设开销降低到最低限度。另一个优点是，相对于地电位上的开关，可以使关于短路的易于出错性降低10倍。由此明显很少出现短路。
按照一种优选的作为替代方案的用于减少所述开关装置的触发线路的实施方式，所述两个线圈能够用共同的要么处于所述蓄电池正极电位上要么处于所述地电位上的开关来触发。所述吸引绕组具有单独的开关，该开关与所述电枢强制耦合，用于切断所述吸引绕组的通电。由此根据简单的机构来控制所述吸引绕组和保持绕组的通电。在此不需要麻烦的用于对吸引绕组进行触发的电子电路。如果所述电枢被完全吸引并且比如已经使开关触头闭合或者说如果所述电枢的完全的吸引或者所述开关触头的闭合还可以可靠地进行，则使所述吸引绕组去激活。此后才转换到所述保持绕组。所述吸引绕组因而用一个优选以机械方式与所述电枢相耦合的开关来断开。用于这样的开关装置的电缆束以及所述插头和接口由此得到简化和缩短。
此外，将两个线圈用在构造用于实现变压器的效应的开关装置中这种做法具有这样的优点，即为了触发所述线圈可以使用半导体开关比如金属氧化物半导体场效应晶体管，简称MOSFET，而不会由于太高的灭弧能量而毁坏所述半导体开关。优选所述吸引绕组低电阻地构造用于较高的电流并且所述保持绕组高电阻地构造用于较小的电流消耗。
与此相反，在使用一个唯一的线圈时，在断开时会在MOSFET上面达到很高的温度，该温度可能从损耗功率中达到数百摄氏度。在出现这样的温度时，所述MOSFET可能会毁坏。
在由两个在利用变压器的效应的情况下进行触发的线圈构成的开关部件中，损耗功率有利地用明显低于最大允许的半导体温度来产生最终温度。由此所述MOSFET在其功能方面没有受到不好的影响并且达到较高的使用寿命。
本发明也通过一种用于内燃机的起动装置得到解决，其中至少一个上面所描述的开关装置构造为用于所述起动机电动机的通电的开关。这样做的优点是，所述起动机电动机可以在不依赖于啮合过程的情况下来触发。所述起动机电动机的独立的触发很重要，用于按照一种特殊的运行模式在起停运行过程中啮合到惯性运转的内燃机的旋转的齿环中。将所述开关装置用作用于对起动机电动机进行触发的开关，这样做的优点是，所述开关装置可以容易地得到触发，而不必实现麻烦的电子的起动机电动机触发器，所述电子的起动机电动机触发器比如基于所述起动装置的简化或者脉冲激发的通电。这样的系统比如从DE 10 2006 011 644 A1中得到公开。由此仅仅为了接通所述开关而需要提高了的用于吸引绕组的电流需求，而所述保持绕组通常具有较少的电流需求。由此对于特殊的起停策略来说，所述起动机电动机的较长的运行时间能够以少量的损耗功率得到实现。
按照一种进一步优选的实施方式，所述开关装置设有耦合装置，该耦合装置用于使由所述起动机电动机来驱动的起动机齿轮啮合在所述内燃机的齿环中并且使其从中脱离啮合。这种做法由于在所述开关装置中实现了变压器的效应而具有这样的优点，即所述啮合和脱离啮合能够以较高的切换时间来实现并且需要很少的能量用于使所述起动机齿轮啮合并且保持住。
按照一种进一步优选的实施方式，所述开关装置是电流限制装置的控制器的一部分，用于通过电流的改变来触发所述起动机电动机。通过具有所述电流限制装置的电流路径来起动所述起动机电动机。由此在电压源比如蓄电池上没有进行突然的或者说明显降低的电压降。因而有效地将可能的电压降降低到最低限度。通过第二电流路径在绕开所述电流限制装置和将具有所述电流限制装置的电流路径的断开的情况下进行直接通电，由此向所述起动机电动机输送最大的用于起动内燃机的电能。所述按本发明的开关装置作为具有所述电流限制装置的电流路径中的触发器的一部分同样具有以下优点，即快速并且有能效地进行切换并且必要时将开关状态保持相应长的时间。
本发明也通过一种用于电磁的开关装置的方法通过以下方式得到解决，即每个线圈在单独的电流路径中用分别构造在所述控制器中的开关来触发。由此可以在所述电磁的开关装置上实现变压器的效应。因此或者说相对于具有吸引及保持绕组的传统的开关装置需要明显更低的灭弧能量，对于所述传统的开关装置来说在起动机电动机之前接通所述吸引绕组。在此也可以省去按现有技术的比如构造为续流二极管的形式的灭弧电路。此外，所述线圈可以具有明显不同的匝数，因为没有通过反向通电进行灭弧，而仅仅设置了能量的传递。
按照一种优选的用于尤其还实现更快的切换时间的方法，向所述线圈加载提高了的电压并且在时间上根据所述提高的电压的水平来向一个线圈尤其所述吸引线圈通电。在此尤其自电压上限起仅仅向一个线圈通电。也就是说，如此提高所述电压水平，从而将所述第二线圈的通电水平在时间上降低到零。这种实施方式是有利的，如果存在着具有提高的电压的电压源。
为了能够执行所述开关装置的简单的故障诊断，向第一线圈通电并且用所述第二和/或第一线圈以感应的方式来检测和分析电压及电流。由此可以确定，比如所述电枢处于何处或者线圈是否有故障。这样的方法能够容易地得到实施，因为所述线圈由控制器来触发，该控制器比如能够用微型计算机来编程。为此相应地需要电流及电压测量装置以及相应的可以由所述微型计算机来实现的分析装置。
不言而喻，前面提到的以及下面还要解释的特征不仅能够以相应所表明的组合来使用，而且也能够以其它的组合来使用。
附图说明
下面参照附图对本发明进行详细解释。附图示出如下：
图1是具有三个按本发明的开关装置的起动装置的示意性的电路图；
图2是可选的按本发明的起动装置的示意性的电路图；
图3是在起停运行过程中方法流程的时间-电流-转速-图表；
图4是关于不同温度的具有用于单绕组及双绕组的接通时刻的图表；
图5是关于不同温度的具有单绕组和双绕组的断开时间的图表；
图6是按本发明的开关装置的借助于MOSFET进行的触发过程的电流-温度曲线；并且
图7是用具有按现有技术的双线圈和电路的MOSFET进行的触发过程的电流-温度曲线。
具体实施方式
图1示出了用于机动车的内燃机的起动装置1的电路图。所述起动装置1包括具有耦合装置3的起动机电动机2以及控制器4，该控制器触发所述起动机电动机2及所述耦合装置3。该控制器4包括一个未示出的具有存储器的微型计算机，该微型计算机触发简化地示出的优选构造为金属氧化物场效应晶体管简称MOSFET形式的开关S1-S6尤其半导体开关并且比如通过机动车内部的总线5与发动机控制器及点火开关上的接触开关处于信息接触之中。
按图1的起动装置1在一种特别优选的实施方式中具有三个按本发明的开关装置ES、KA和KH。第一开关装置ES设置为所述耦合装置3中的促动器6。该促动器6操纵着杠杆7，所述杠杆使起动机齿轮8啮合到所述内燃机10的齿环9中。
每个按本发明的开关装置ES、KA、KH包括两个用下标1和2表示的线圈。所述两个线圈1和2在每个开关装置中分别作用于共同的电枢A 1、A2和A3。每个线圈1、2单独地并且直接与机动车蓄电池的地电位比如通过车身相连接。按照在图1中示出的优选的按本发明的电路装置，每个线圈1、2用开关S1-S6单独地与正极也就是蓄电池正极电位接线。在每个线圈的每条电流路径中布置了一个能够以电子的方式触发的开关S1-S6。这样的具有开关装置ES、KA、KH的电路装置的优点是，所述线圈1、2能够彼此独立地通电并且由此可以利用每个开关装置ES、KA、KH 上的变压器的效应。此外，重要的是，第一线圈1构造为低电阻的结构并且第二线圈2构造为高电阻的结构。由此，如从变压器上知道的一样，如果切断所述低电阻的线圈，则由于所述变压器的效应可以将能量从一个线圈传递到另一个线圈上。由此，所述第一线圈和/或第二线圈再也不必在麻烦的线路中进行灭弧，用于为新的开关过程快速地消除磁性的作用。比如在所述开关上不需要续流二极管。此外消耗更少的能量。优选所述第一线圈是所谓的吸引绕组并且所述第二线圈是保持绕组，所述吸引绕组和保持绕组作用于所述能够以电磁方式来操纵的电枢A1、A2和A3用于执行运动。为了一次吸引过程，需要并且使用许多电流，而为了将所述电枢保持在吸住的状态中则将能量传递到所述保持绕组上，所述保持绕组还仅仅需要少量额外的能量。由此所述开关装置可以更有效地用较短的接通及断开时间来运行。所述吸引绕组上的电流对于构造为开关致动器的开关装置KA和KH来说比如小于25A（安培）并且所述保持绕组上的电流小于7A（安培）。如果将所述开关装置ES用作啮合致动器，那么对于所述吸引绕组来说需要更高的高达35A的电流。
由于所述变压器的效应，在切断所述吸引绕组时将能量转移到所述保持绕组上并且在那里消散。在切断所述保持绕组时，还仅仅应该消散较小的电能。由此要么根本不再需要灭弧电路要么还仅仅在明显简化的情况下需要灭弧电路。
由于共同作用的线圈，可以在给一个线圈通电的同时借助于对另一个线圈上的电流和电压的检测和分析通过状态分析来进行诊断。可以确定所述电枢的位置或运动或者所述线圈上的故障。
所述开关装置KA以电磁的方式切换触头桥KAB并且由此是电磁的继电器，用于以降低了的通过电流限制装置RV受到限制的电流来轻易地起动所述起动机电动机2，用于比如在启动时不会比如向机动车的蓄电池或者说车用电流路径过分加载并且将电压降降低到最低限度。
利用所述开关装置KH，在所述起动机电动机2启动之后通过触头桥KHB的电磁的闭合来向该起动机电动机2加载最大的电流。在此需要这个最大的电流，比如用于起动内燃机10。在此将一般常见的较高的不受欢迎的电压降降低到最低限度，因为所述起动机电动机2已经加速到预先确定的转速。
图2示出了相对于图1经过改动的实施方式，对于该实施方式来说所述吸引绕组ES1、KA1、KH1的每个开关S1、S3、S5分别由所述开关装置ES、KA、KH直接连接在所述蓄电池的地电位上。额外地使每个开关S1、S3、S5与所述电枢A1、A2、A3强制耦合，用于切断所述吸引绕组ES1、KA1、KH1的通电。由此将布线开销降低到最低限度，因为仅仅需要布置在正极侧的开关S2、S4、S6，用于接通所述两个线圈。所述吸引绕组ES1、KA1、KH1的切断在近似自动地通过相应的电枢A1、A2、A3的运动来进行。为此不需要电子的控制器。这种强制控制构造在所述耦合装置3上、构造在所述用于直接向起动机电动机2通电的开关装置KH上并且构造在所述开关装置KA上，所述开关装置KA通过具有特定的限制装置RV的电流路径来启动所述起动机电动机2。所有开关装置ES、KA、KH都能够通过所述控制器4中的能够以电子方式来触发的开关S1、S3和S5来触发。所述控制器4的矩形的形式的边界限制在该图2中出于简化原因没有绘入。
图3以时间-电流-转速-图表示出了所述内燃机10和起动装置2的特殊的起停-运行过程的时间上的变化曲线。图3在此示出了一种特殊的运行模式，按照该运行模式使所述起动机齿轮8加速到特定的旋转速度并且使其啮合到所述内燃机10的旋转的惯性运转的齿环9中。从时刻t0开始，所述内燃机10的转速nmot在特征性的转速波运动中由于单个气缸的压缩及减压特性以转速波谷和波峰进行惯性运转。这用特性曲线nmot来表示。在所定义的时刻，比如在已经发出用于内燃机10的切断信号之后立即操纵所述电磁的开关装置KA，从而通过所述电流限制装置RV来向所述起动机电动机2通电，并且直至时刻t2使所述起动机电动机2加速到规定的转速。所述开关装置KA的电流消耗在此从时刻t1到时刻t2不断减小。电流消耗通过吸引绕组KA1和保持绕组KA2的使用而显著降低。所述开关装置KA的触头桥KAB在时刻t2断开，从而不再向所述起动机电动机2通电。
所述起动机电动机2的转速nSt缓慢地一直减小到预先计算的时刻t3，在该时刻t3所述起动机齿轮8的圆周速度与所述齿环9的圆周速度在一定的公差范围内大致相同。在t2与t3之间的所定义的预先计算的时刻t23向所述开关装置ES通电，使得所述起动机齿轮8大致在时刻t3啮合到惯性运转的齿环9中。同时，所述触头桥KAB由所述开关装置KA通过双线圈KA1、KA2的通电来闭合。在时刻t4，来自所述起动机电动机2的蓄电池的正电位的直接的电流路径通过触头桥KHB的闭合借助于所述开关装置KH来闭合。在时刻t5，不再给所述开关装置KA通电。所述起动机电动机2现在将最大的电功率传递到所述内燃机10的齿环9上，用于又将该内燃机起动。自时刻t6起，所述内燃机10自主地运转并且不需要所述起动机电动机2，从而在时刻t7又断开所述开关装置KH上的触头桥KHB。不再向所述开关装置ES的保持绕组ES2通电，结果是所述起动机齿轮8从所述齿环9中脱离啮合。所述起动机电动机2在时刻t7达到其转速最大值并且而后惯性运转。
所有开关装置ES、KA和KH中的所有双线圈根据以下方法来触发。首先给吸引及保持绕组通电。在第二步骤中切断所述吸引绕组并且通过能够共同的铁芯将能量转移到所述保持绕组上。由此基本上消除所述吸引绕组的作用。在第三步骤中切断所述保持绕组，能量以所述半导体开关上的热量的形式作为损耗能量来减少。
所述按本发明的具有两个线圈1、2的开关装置ES、KA和KH的相对于单绕组的优点是，在吸引所述电枢A1、A2 、A3之后省去比如通过时刻调节进行的电流调节或电流控制或者脉宽调制的形式的麻烦的用于产生保持电流的触发操作。此外，为了实现较高的吸引力而需要较大的绕组，该绕组用较高的匝数实现较高的磁通势并且同时设计用于较小的保持电流。也就是说，结果典型地是具有较高的匝数的绕组线。与此相关联的是较高的电感，所述较高的电感尤其在接通时并且由此也在用多个开关过程进行调节时导致触发器的较高的负荷。
开头所描述的从现有技术中知道的在起动机电动机的电流路径中具有吸引绕组的双绕组原理强制要求吸引绕组和保持绕组的匝线相同，因为否则由于加载在所谓的端子45上也就是所述起动机电动机上的所感应的电压而无法进行进行切断。所述吸引及保持绕组由此在切断时通过短时间的反向的通电来相互灭弧。
相对于此，在所述按本发明的电路装置中的具有双绕组的开关装置具有多个优点，借助于下面的附图对这些优点进行详细解释。
图4示出了具有一个单绕组以及具有一个双绕组的开关装置的对比情况，所述单绕组和双绕组分别具有所加载的与标准应用情况相对应的蓄电池电位以及比如根据所述线圈的实际的温度加载的双倍高的比如24伏的蓄电池电位。具有来自标准应用情况的通常的蓄电池电位的双绕组的开关装置的接通时间用特性曲线DW1来表示。用特性曲线DW2来表示在使用较高的比如大约20伏的蓄电池电位的情况下的接通时间。所述切换时间仅仅最低限度地变化。相反，对于单绕组来说，用特性曲线EW1和EW2表示，接通时间根据线圈的温度明显高一些，并且对于较高的蓄电池电位来说，接通时间明显降低并且由此显示出较高的相对于蓄电池电位的变化敏感性并且由此显示出较大的公差。
图5又示出了单绕组和双绕组的取决于绕组的温度的切断时间。在温度上升时，原则上切断时间减小。对于双绕组来说，也产生明显较短的切断时间。在此所述切断时间对于较高的蓄电池电位来说稍许小一点。这用特性曲线DWA1和DWA2来示出。相对于此，绘入了具有单绕组的开关装置的特性曲线EWA1和EWA2。这些特性曲线对于较高的蓄电池电位显示出明显更长的切断时间，并且按照特性曲线EWA2显示出较小的接通时间以及较大的相对于蓄电池电位的变化的敏感性并且由此显示出明显更高的公差。
图6A、B、C示出了在借助于MOSFET来触发按本发明的开关装置ES、KA和KH时关于时间的电流-电压-温度-电枢行程-图表。图6在处于毫秒范围内的时间t的范围内关于时间t示出了所述吸引绕组和保持绕组的电流曲线。在时刻t1，向所述吸引绕组加载处于8到15安培的电流直到时刻t2，因为所述吸引绕组设置为低电阻的结构。所述保持绕组设计为较高电阻的结构并且在时刻t1与t2之间仅仅消耗很小的部分也为负的电流。所述保持绕组拥有明显比啮合绕组高的内阻并且由此具有比如以4.5的系数变小的电流。以如下方式产生负的电压。通过所述其中一个线圈中的电流变化引起的与能量变化相对应的场变化在所耦合的磁路中通过变压器的作用通过第2线圈尽可能得到补偿。这部分地在所述保持绕组中导致负的电流，但是所述负的电流由于所述两个线圈的不同的绕组特性不能完全对所述场变化进行补偿。相反，在切断所述吸引绕组时通过所述保持绕组中的电流的提高部分地对磁场的减弱进行补偿。
在时刻t2切断所述吸引绕组并且所述吸引绕组的电能由于所述变压器的效应而传递到所述保持绕组上，所述电能以微小的保持电流一直流到时刻t3。在时刻t3，所述保持绕组通过所述电子的MOSFET开关来切断并且电流直至时刻t4完全消失，从而不再有电流通过所述保持绕组流动。图6A示出，所述保持绕组和所述吸引绕组以微小的电流就足以用于接通和切断。由此通过所述变压器的效应的转换比以往在现有技术中所知道的情况更有效地使用所述电能。所述开关装置由此可以在没有复杂的调节或者节拍的情况下容易地触发。在此没有构造灭弧电路，或者灭弧电路由于所述变压器的效应而以十分简化的方式构成。如在图4和5中示出的一样，减少了接通时间和切断时间。所述开关装置的另一个优点是，需要的电流消耗明显很低，对于所述起动机电动机2的较高的负荷来说也是如此，比如因为其在起停运行中已经加速到特定的转速并且用所述开关装置使起动机齿轮8啮合到所述齿环9中。所述开关装置ES由此用作啮合继电器。通过双重的绕组的使用，也可以在使用比如24伏的起动辅助装置时通过比如两个传统的12伏的蓄电池的串联电路在所谓的“跳跃式起动情况中”在没有较高的电流及较高的灭弧能量的情况下进行触发。
图6B用虚线示出了在时间上所述电枢A1、A2、A3的在关于图6A所描绘的时刻t1到t4之间的行程。在时刻t1与t2之间的时刻t12，完全吸引所述有源的电枢A1、A2、A3。在时间上在稍许晚于时刻t3的时刻t31，所述电枢A1、A2、A3离开所述位置，使得其在时刻t5又处于未通电的状态位置中。
在图6B中额外地绘入了电压U，该电压U示出了在起动内燃机时原则上的电压曲线。电压U的降落由于通过所述继电器接通所述起动机电动机以及在转子不动的短路运行中所述起动机电动机的高电流消耗引起。在所述起动机电动机启动之后，其电流消耗降低并且与此同时所述电压U上升。在切断所述继电器并且由此切断所述起动机电动机时，来自电压源U的电流消耗显著下降并且所述电压U跳回到原来的原始数值。
图6C用实线EWT示出了所述吸引绕组的相应的电子开关S1-S6的阻挡层上的温度，所谓的接头（Junction）温度。用虚线HWT示出了所述保持绕组的MOSFET开关的阻挡层温度。图6C表明，在所述吸引绕组被切断的时刻t2，所述温度由于所述MOSFET中的微小的能量减小量而提高了几K，因为所述吸引绕组中的大部分能量转移到所述保持绕组中。因而在实际上没有出现所切换的MOSFET的负荷。在所述保持绕组被切断的时刻t3，在所述阻挡层上出现损耗功率，该损耗功率将所述MOSFET开关在这里示范性地提高了大约40到50K。而后所述温度又快速下降。这样的升温在没有明显地使使用寿命变差的情况下能够由MOSFET开关经受得起。
图7在相对于图6的对比中示出了在单个的具有按现有技术的线路的绕组接通和切断时MOSFET的电流-温度曲线，其中实线是保持绕组的特性曲线并且虚线是吸引绕组的特性曲线。在该实施例中，单个的绕组的磁场没有交联并且由此没有以变压器的方式相耦合。由于变压器式的耦合的缺少，所述能量在切断所述吸引绕组时不会转移到所述保持绕组上。因此，可以记录到数百℃的温度上升，所述温度上升会很快毁坏所述MOSFET。所述虚线也相应于具有一个拥有较高的电流水平以及较高的切断能量的单绕组的线圈的电流，所述较高的切断能量又在MOSFET里引起较高的半导体温度。
所有附图仅仅示出了示意性的不按比例的图示。此外，尤其涉及对本发明来说视为重要的图示。

Claims (11)

1.具有电磁的开关元件和控制器（4）的开关装置（KH、KA、ES），其中所述开关元件包括两个处于一个铁芯上的作用于共同的电枢（A1、A2、A3）的线圈，其特征在于，为了触发每个线圈所述控制器（4）在所述线圈的电流路径中分别设有开关（S1-6），其中，第一线圈是吸引绕组并且第二线圈是保持绕组，其具有作用于所述电枢（A1、A2、A3）的电磁的作用，其中，所述吸引绕组的开关（S1、S3、S5）与所述电枢（A1、A2、A3）强制耦合用于切断所述吸引绕组的通电。
2.按权利要求1所述的开关装置，其特征在于，所述线圈具有不同的匝数。
3.按权利要求1所述的开关装置，其特征在于，所述线圈能够分别单独地切换到地电位上。
4.按权利要求1所述的开关装置，其特征在于，所述线圈能够分别单独地切换到蓄电池电位上。
5.按权利要求2所述的开关装置，其特征在于，匝数差大于三。
6.按权利要求2所述的开关装置，其特征在于，所述吸引绕组的匝数大于所述保持绕组的匝数。
7.按权利要求1所述的开关装置，其特征在于，所述两个线圈能够用开关（S2、S4、S6）来触发。
8.用于内燃机的起动装置（1），该起动装置具有起动机电动机（2）、用于使所述起动机电动机（2）与所述内燃机（10）暂时耦合的耦合装置（3）以及具有起动机控制器（4），其特征在于，所述起动装置包括至少一个按权利要求1到7中任一项所述的开关装置，其中至少一个开关装置（KH、ES、KA）构造为用于使所述起动机电动机的通电的开关，并且/或者构造为用于使由所述起动机电动机（2）驱动的起动机齿轮（8）啮合到所述内燃机（10）的齿环（9）中并且从其中脱离啮合的耦合装置（3），并且/或者构造为用于对所述起动机电动机（2）进行电流限制的装置（RV）的开关。
9.用于按权利要求1到7中任一项所述的电磁的开关装置的方法，该电磁的开关装置具有开关元件和控制器（4），其中两个处于一个铁芯上面的作用于共同的电枢（A）的线圈由所述控制器（4）来触发，其特征在于，每个线圈在单独的电流路径中分别用构造在所述控制器（4）中的开关来触发，其中，向所述线圈加载提高的电压并且在时间上根据所述提高的电压来向线圈通电。
10.按权利要求9所述的方法，其特征在于，向第一线圈通电并且用所述第二和/或第一线圈来检测电压和电流并且对其进行分析。
11.按权利要求9所述的方法，其特征在于，自电压上限起仅仅向一个线圈通电。
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