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Die
Erfindung betrifft ein Maschinenanlasser-Steuersystem, welches einen
Compound-Motor als Anlassermotor verwendet.
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Wenn
eine Maschine gestartet wird oder wenn die erste Verbrennung mit
einer Brennstoffeinspritzung in einer Ankurbelphase eines Anlassers
bewirkt wird, erfolgt ein Ausgleich des Maschinendrehmoments, welches
von der Verbrennung angetrieben wird und dem Antriebsdrehmoment
des Anlassers mit dem Reibungsdrehmoment der Maschine. Jedoch nimmt
die Temperatur des Maschinenöls
zu, wenn sich die Maschine dreht und die Zylindertemperatur ansteigt,
und es nimmt daher das Reibungsdrehmoment der Maschine allmählich ab,
um dadurch eine höhere
Maschinendrehzahl zu einer Vervollständigung der Verbrennung zu
erreichen.
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Bei
einer Dieselmaschine werden eine erhöhte Ausgangsleistung und eine
Reduzierung der Abgasemissionen, Geräuschentwicklung, Vibration und Ähnliches
erwartet. Als ein Ergebnis besteht eine Tendenz dahingehend, das
Kompressionsverhältnis zu
reduzieren. Das Reduzieren des Kompressionsverhältnisses bewirkt ein niedrigeres
Drehmoment im Verlauf der Expansion, und zwar auf Grund des abgesenkten
Druckes in dem Zylinder und der Anstieg der Maschinenöltemperatur
wird verzögert,
und zwar auf Grund der niedrigeren Zylindertemperatur, wenn die
Maschine gestartet wird. Als ein Ergebnis wird die Reibung der Maschine
höher gehalten
und es ergeben sich schlechte Eigenschaften des Maschinenanlassvorganges
bei einer extrem niedrigen Temperatur.
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Normalerweise
ist die Maschinenanlassvorrichtung so konstruiert, dass sie um einen
Maximalpunkt der Ausgangsleistung in einer Ankurbelphase arbeitet
(vom Starten zur ersten Verbrennung hin, und zwar bei einer extrem
niedrigen Temperatur.
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Wie
jedoch oben beschrieben wurde, erfordert das Starten der Maschine
bei einer extrem niedrigen Temperatur eine Unterstützung des
Anlassers nach der Ankurbelphase, und zwar auf Grund des niedrigen
oder geringeren Anstiegs der Umdrehung während der Periode zwischen
der ersten Verbrennung und der Vervollständigung der Verbrennung. In diesem
Fall dreht sich die Maschine schneller, verglichen mit der Umdrehung
der Ankurbelstartphase (erste Verbrennung), und zwar auf Grund der
Verbrennung und des gelieferten Drehmoments, und es kann daher die
Ausgangsleistung des Anlassers nicht sehr effektiv in dem Bereich
der Ausgangsleistungskurve des Betriebes verwendet werden.
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Es
gibt bereits ältere
Vorschläge
in Verbindung mit dem oben beschriebenen Problem, um die Ausgangsleistungscharakteristika
des Anlassers umzuschalten.
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Ein
erstes Patent JP-A-2-204676 betrifft eine Zwei-Stufen-Umschaltung
des Feldbetrages der Reihenfeldwicklung, abhängig von dem Zustand der Maschine
(das heißt
der Maschinentemperatur), um das Anlassen der Maschine sicherzustellen.
In einem zweiten Patent JP-A-3-970 enthält ein Gerät eine Umgehungsschaltung,
welche die Reihenfeldwicklung umgeht, und einen Schalter in der
Umgehungsschaltung, der dazu verwendet wird, den Feldbetrag der
Reihenfeldwicklung umzuschalten.
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Bei
dem Stand der Technik, wie er in den zwei oben genannten Veröffentlichungen
beschrieben ist, werden nur die Charakteristika des Anlassers umgeschaltet,
und zwar in beiden Fällen,
und zwar zwischen einem Hochdrehmomenttyp und einem Hochdrehzahltyp,
und es werden daher nicht notwendigerweise die schlechten Charakteristika
des Anlassens der Maschine bei einer extrem niedrigen Temperatur
verbessert, da der Anlasser nicht immer in dem optimierten Bereich
der Ausgangsleistungskurve des Betriebes betrieben werden kann.
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Einen
weiteren Stand der Technik für
ein Maschinenanlasser-Steuersystem offenbart
DE 102 60 621 A1 . Dort
wird ein Gleichstrom-Shunt-Motor (
1) sowie bordseitige
Batterien (
6,
7) in einer Anlasservorrichtung
verwendet, um eine Brennkraftmaschine anzukurbeln. Unter normalen
Startbedingungen wird elektrischer Strom einem Anker (
10)
und einer Feldwicklung (
13) des Shunt-Motors von zwei Batterien zugeführt, die
parallel geschaltet sind. Unter Bedingungen, bei denen die Batteriespannung
niedrig ist oder die Maschine gemäß einem wirtschaftlichen Fahrmodus
wieder angelassen wird, wird der Ankerstrom von einer Batterie (
7)
aus zugeführt,
nachdem die Feldwicklung (
13) durch die andere Batterie
(
6) erregt worden ist. Ein Doppelschlussmotor (
9)
mit einer Reihen-Feldwicklung (
95) und einer Shunt-Feldwicklung (
91)
kann als Anlasservorrichtung verwendet werden. Die Größe des Stroms,
welcher der Shunt-Feldwicklung (
91) zugeführt wird,
wird so gesteuert, dass die Maschine bei einer Ankurbeloperation
schnell angekurbelt wird und die Maschine zu einem vollständigen Halt
kommt, nachdem ein Zündschalter
(
53) ausgeschaltet wurde. Die Anlasservorrichtung gemäß
DE 102 60 621 A1 verwendet
eine Kombination aus Reihenfeldwicklung und paralleler Feldwicklung,
um allgemein einen Steuerbereich des Ausgangsdrehmoments, der auf
die Maschine ausgeübt
wird, zu vergrößern. Besondere
Vorkehrungen für
den Betrieb bei extrem niedriger Temperatur sind jedoch nicht vorgesehen.
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DE 834 257 B offenbart
einen Gleichstrom-Verbundmotor zum Antrieb gleisloser Fahrzeuge,
und beschreibt dabei eine lastabhängige Steuerung eines Verbundmotors,
bei dem zwischen der Reihen-Feldsteuerung und der Parallel-Feldsteuerung
umgeschaltet wird.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Maschinenanlasser-Steuersystem
zu schaffen, welches verbesserte Eigenschaften hinsichtlich des Startvorgangs
der Maschine bei einer extrem niedrigen Temperatur aufweist, indem
in geeigneter Weise der Betrag des Feldes für den Anlasser gesteuert wird,
damit dieser in dem Bereich einer hohen Ausgangsleistung auf der
Betriebskennlinie während
der Periode zwischen dem Start der Maschine und der Vervollständigung
der Verbrennung angetrieben werden kann.
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Bei
dem Maschinenanlasser-Steuersystem der vorliegenden Erfindung gelangt
ein Compound-Motor zur Anwendung, der eine Reihenfeldwicklung und
eine Parallelfeldwicklung als Feldwicklungen enthält. Der
Compound-Motor als Anlasser startet eine Maschine, indem er eine
Umdrehungskraft auf die Maschine überträgt. Das Maschinenanlasser-Steuersystem
enthält
auch einen Anlasser-Controller, der eine Reihenfeld-Schaltereinrichtung
enthält,
die den Betrag oder Größe des Magnetfeldes
umschaltet, welches durch eine Reihenfeldwicklungs- und eine Parallelfeldwicklungsstrom-Steuereinrichtung
umschaltet, die einen Strom steuert, der durch die Parallelfeldwicklung
fließt.
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Der
Anlasser-Controller definiert einen ersten Feldbetrag, der dem Gesamtfeldbetrag
zwischen dem Start der Maschine und der ersten Verbrennung als eine
erste Feldsteuergröße entspricht,
und definiert auch einen zweiten Feldbetrag, der dem Gesamtfeldbetrag
entspricht, und zwar nach der ersten Verbrennung, und eine zweite
Feldsteuergröße darstellt.
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Der
Betrag des Feldes, der durch eine Reihenfeldwicklung erzeugt wird,
bedeutet eine Größe oder
Betrag eines Magnetfeldes (Intensität des Magnetfeldes), welches
durch einen Feldstrom (Gleichstrom) erzeugt wird, der von einer
Batterie aus zu der Reihenfeldwicklung fließt. Der Gesamtfeldbetrag der Feldwicklung
bedeutet die Gesamtgröße des Betrages
des Feldes, welches durch die Reihenfeldwicklung erzeugt wird, und
des Betrages des Feldes, welches durch die Parallelfeldwicklung
erzeugt wird, und zwar in der Parallelfeldwicklung (Feldgröße oder Feldstärke der
Parallelfeldwicklung).
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Gemäß der oben
beschriebenen Konstruktion kann das Maschinenanlasser-Steuersystem
in geeigneter Weise den Gesamtbetrag oder Gesamtgröße des Feldes
steuern (eine erste Feldsteuergröße und eine
zweite Feldsteuergröße), und
zwar in einem weiten Bereich zwischen dem Beginn des Anlassens der
Maschine und einer ersten Verbren nung, und auch nach der ersten
Verbrennung, indem der Strom in der Parallelfeldwicklung gesteuert
wird, und zwar neben dem Schaltbetrag des Feldes, welches durch die
Reihenfeldwicklung erzeugt wird. Als ein Ergebnis kann der Anlasser
immer an dem maximalen Ausgangsleistungspunkt in der Ausgangsleistungskennlinie
betrieben werden und es wird daher die Maschinenstartstabilität bei einer
extrem niedrigen Temperatur verbessert.
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Der
Anlasser-Controller in dem Maschinenanlasser-Steuersystem maximiert
den Feldbetrag, der durch die Reihenfeldwicklung erzeugt wird, und zwar
als erste Feldsteuergröße und als
zweite Feldsteuergröße. Als
erste Feldsteuergröße zwischen dem
Beginn des Startens der Maschine und der ersten Verbrennung maximiert
der Anlasser-Controller entweder den Feldbetrag, der durch die Reihenfeldwicklung
erzeugt wird, oder maximiert den Betrag des Parallelfeldwicklungsstromes
zusammen mit dem Feldbetrag, der durch die Reihenfeldwicklung erzeugt
wird, so dass der Anlasser wenigstens ein erforderliches Umdrehungsdrehmoment
zum Starten der Maschine ausgibt. Als zweite Feldsteuergröße nach
der ersten Verbrennung fügt
der Controller die folgenden Typen an Steuerungen durch. Das heißt, eine
Einstellungsreduzierung des Betrages des Feldes, welches durch die
Reihenfeldwicklung erzeugt wird, auf einen Wert der Ausgangsleistung,
so dass der Anlasser wenigstens die Umdrehung der Maschine aufrecht
erhalten kann, begleitet von einer Einstellungserhöhung oder
-zunahme des Betrages des Feldes, wenn die Umdrehungszahl unter
einen vorbestimmten Wert absinkt. Der Einstellungswert wird ferner
durch Steuern oder Regeln des Parallelfeldwicklungsstromes auf einen
vorbestimmten Wert fein abgestimmt. Der Einstellungswert wird auch
dadurch gesteuert oder geregelt, indem die Spannung der Batterie
und der Strom in dem Anlasser detektiert werden. Qualitativ kann
festgestellt werden, dass die Spannung der Batterie ansteigt und
der Strom in dem Anlasser abfällt,
wenn die Umdrehungszahl des Anlassers abfällt.
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Ferner
kann der Anlasser auch dadurch gesteuert werden, indem man einen
vorbestimmten Parallelfeldwicklungsstrom einstellt. Der vorbestimmte Wert
des Stromes wird so bestimmt, dass die Batteriespannung aufrecht
erhalten wird, und zwar über dem
Pegel, mit dem wenigstens die Maschine gestartet werden kann und
indem man gleich zeitig den Betrieb einer anderen ECU und von Zubehöreinrichtungen
aufrecht erhalten kann. Auch wird der Anlasser präzise durch
ein Management des Hauptstromes in dem Anker gesteuert oder geregelt.
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Der
Anlasser kann auch durch eine Rückkopplung
von einem Ziel-Hauptstrom, einer Ziel-Batteriespannung und einer
Ziel-Maschinenumdrehungszahl geregelt werden. Das heißt, die
Rückkopplung
wird auf den aktuellen Strom geführt,
basierend auf der Differenz des Ziel-Stromes und des aktuellen Stromes
oder Ist-Stromes und auf der Grundlage der Ist-Spannung basierend
auf der Differenz der Soll-Spannung und der Ist-Spannung und basierend auf der Ist-Umdrehungszahl
basierend auf der Differenz der Soll-Umdrehungszahl und der Ist-Umdrehungszahl.
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Der
Anlasser kann auch dadurch geregelt werden, indem man den Soll-Hauptstrom
in Bezug auf eine vorbestimmte Batteriespannung einstellt und auch
in Bezug auf eine vorbestimmte Maschinendrehzahl einstellt, um die
Ausgangsleistung in Verbindung mit der reduzierten Anlasszeit zu
maximieren, speziell für
eine Maschine, die mit einem Leerlaufstoppsystem ausgerüstet ist.
Das Leerlaufstoppsystem verwendet ein Maschinensteuersystem, welches
beispielsweise automatisch den Betrieb einer Maschine anhält, während ein
Fahrzeug an einem Verkehrslicht oder Ähnlichem anhält, und
automatisch den Maschinenbetrieb durch einen Anlasser wieder aufnimmt,
wenn das Fahrzeug den Befehl erhält,
sich zu bewegen.
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Der
Anlasser kann auch dadurch geregelt werden, indem man den Gesamtfeldbetrag
auf einen vorbestimmten Wert regelt, um mit einer Anormalität während des
Startens der Maschine fertig zu werden. Diese Steuerung oder Regelung
wird auch ausgeführt,
wenn der Anlasser mehr als eine vorbestimmte Zeitperiode betätigt wird.
Die Anlasser-Ausgangsleistung zum Ankurbeln der Maschine wird in
einem Wärmeverteilungsbereich
gehalten, um ein Zerstören des
Anlassers auf Grund übermäßiger Wärme zu verhindern.
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Die
Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben
sich klarer aus der folgenden detaillierten Beschreibung unter Hinweis
auf die beigefügten
Zeichnungen, in welchen gleiche Teile durch gleiche Bezugszeichen
gekennzeichnet sind, und in denen zeigen:
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1 ein
Schaltungsdiagramm eines Maschinenanlasser-Steuersystems gemäß einer
ersten Ausführungsform;
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2 ein
Flussdiagramm zum Steuern des Anlassvorganges der Maschine gemäß der ersten Ausführungsform;
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3 ein
Flussdiagramm einer Feldsteuerroutine in Verbindung mit der ersten
Ausführungsform;
und
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4 Charakteristika
des Anlassers in Verbindung mit der ersten Ausführungsform.
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(Erste Ausführungsform)
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1 zeigt
ein Schaltungsdiagramm einer ersten Ausführungsform eines Maschinenanlasser-Steuersystems.
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Dieses
Maschinenanlasser-Steuersystem 1 umfasst einen Anlasser
zum Starten einer Maschine (in den Figuren nicht gezeigt), einen
Anlasser-Controller (im Folgenden als ECU 2 bezeichnet),
welche die Eigenschaften bzw. Kennlinien der Anlasser-Ausgangsleistung
steuert oder regelt und Ähnliches.
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Der
Anlasser ist aus den folgenden Teilen konstruiert, das sind ein
Motor 3 zum Erzeugen eines Drehmoments zum Starten der
Maschine, eine angebrachte elektrische Schaltung (Motorschaltung 4) zum
Steuern des Motors 3, einen Hauptkontakt 5 an der
Motorschaltung 4, einen elektromagnetischen Schalter 6,
der den Hauptkontakt 5 öffnet und schließt, eine
gute bekannte Energieübertragungseinrichtung,
welche das Drehmoment des Motors 3 auf die Maschine überträgt (in den
Figuren nicht gezeigt) und Ähnliches.
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Der
Motor 3 besteht aus einem Compound-Motor 3, der
Reihenfeldwicklungen 7, 8 und eine Parallelfeldwicklung 9 als
Feldwicklungen enthält.
Wenn der Hauptkontakt 5 durch den elektromagnetischen Schalter 6 geschlossen
wird, liefert die Motorschaltung 4 einen Hauptstrom von
der Batterie 10 zu einem Anker 3a, der ein Drehmoment
an dem Anker 3a erzeugt. In diesem Fall bestehen die Reihenfeldwicklungen 7, 8 aus
einer ersten Reihenfeldwicklung 7 und einer zweiten Direktwicklung 8.
Der Anker 3a und die erste/zweite Reihenfeldwicklung sind
in Reihe geschaltet.
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Der
elektromagnetische Schalter 6 umfasst eine Erregerwicklung 6a,
die über
ein Anlasserrelais 11 mit der Batterie 10 verbunden
ist. Wenn das Anlasserrelais 11 geschlossen wird, um einen
Strom zu der Erregerwicklung 6a durchzulassen, wird der Hauptkontakt 5 durch
eine elektromagnetische Kraft geschlossen (der Schalter 6 wird
eingeschaltet). Wenn auf der anderen Seite das Anlasserrelais 11 geöffnet wird
(in 1 gezeigt), um einen Strom zu der Erregerwicklung 6a zu
unterbrechen, wird der Hauptkontakt 5 geöffnet, und
zwar auf Grund des Verlustes der elektromagnetischen Kraft (der
Schalter 6 wird ausgeschaltet).
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In
dem Anlasserrelais 11 schließt beispielsweise der Relaiskontakt 11b (wird
eingeschaltet), wenn ein Fahrer einen Zündschlüssel betätigt (IG-Schlüssel 12),
um einen Strom von der Batterie 10 zu der Relaiswicklung 11a zu
schicken, und es öffnet
ein Relaiskontakt 11b (ausgeschaltet), wenn der IG-Schlüssel 12 oder
Zündschalter
geöffnet
wird, um einen Strom zu der Relaiswicklung 11a zu unterbrechen.
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Die
ECU 2 enthält
eine serielle Feldwicklungs-Magnetfeldschaltereinrichtung, die den
Betrag des Magnetfeldes der Reihenfeldwicklung 7, 8 umschaltet,
und enthält
eine Parallelfeldwicklungsstrom-Steuereinrichtung, welche einen
Strom der Parallelfeldwicklung 9 steuert, wobei die ECU 2 auch
einen Gesamtbetrag des Magnetfeldes steu ert, der durch die Feldwicklungen
erzeugt wird, und zwar durch Verwenden dieser zwei Einrichtungen,
das heißt
der Reihenfeldwicklungs-Magnetfeldschaltereinrichtung und der Parallelfeldwicklungsstrom-Steuereinrichtung.
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Die
Reihenfeldwicklungs-Magnetfeldschaltereinrichtung umfasst ein Kurzschlussrelais 13,
welches an die Motorschaltung 4 parallel zu der ersten Reihenfeldwicklung 7 geschaltet
ist, und eine Kurzschlussrelais-Treiberschaltung (in den Figuren
nicht gezeigt). Wenn die Wicklung 13a des Kurzschlussrelais 13 eingeschaltet
wird, schließt
der Relaiskontakt 13b (wird eingeschaltet) und es wird
ein Kurzschluss oder Überbrückung der
ersten Reihenfeldwicklung 7 vervollständigt. Wenn ein Strom zu der
Wicklung 13a ausgeschaltet wird, öffnet der Relaiskontakt 13b (wird
ausgeschaltet) und der Kurzschlusskreis wird geöffnet. Mit anderen Worten wird
das Kurzschlussrelais 13 in den AUS-Zustand versetzt (wird
ausgeschaltet), um einen Strom zu der ersten Reihenfeldwicklung 7 zu
leiten, oder das Relais wird in den EIN-Zustand versetzt (wird eingeschaltet),
um keinen Strom zu der ersten Reihenfeldwicklung 7 durchzulassen.
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Die "Parallelfeldwicklungsstrom"-Steuereinrichtung
umfasst beispielsweise ein Halbleiterschalterelement 14,
wie einen MOS-FET und Ähnliches, und
eine Element-Treiberschaltung
in der ECU 2 (in den Figuren nicht gezeigt). Der Strom
in der Parallelfeldwicklung 9 kann in einem weiten Bereich
gesteuert oder geregelt werden (Antriebstastverhältnis D = 0 bis 100%), indem
eine "Tastverhältnissteuerung oder
-regelung" gemäß einem
Einschalt-/Ausschaltbetrieb des Schalterelements 14 vorgenommen
wird.
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Die
Steuerungsoperation zum Starten der Maschine wird nun im Folgenden
beschrieben.
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Bei
dem Schritt S10 beginnt die Startmaschinensteuerung mit der Eingabe
eines Startsignals. Das Startsignal wird beispielsweise dann ausgegeben,
wenn der IG-(Zünd)Schlüssel 12 in
die ST-(Start-)Position von einem Fahrer gestellt wird (in 1 dargestellt).
Das Startsignal wird auch ausgegeben, wenn die Maschine durch ein
Leerlaufstoppsystem wieder gestartet wird (in den Figuren nicht
gezeigt).
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Bei
dem Schritt S11 wird ein Soll-Hauptstrom I0(i-Null), welcher dem
Anker 3a zuzuführen
ist, eingestellt. In diesem Fall wird der Soll-Stromwert auf I0 eingestellt,
das heißt,
unmittelbar unter die zulässige Stromgrenze
(in 4 gezeigt), und zwar für die Wärmekapazität, um einen Widerstand gegenüber der
Wärme bzw.
Hitze sicherzustellen und um eine maximale Ausgangsleistung des
Anlassers zu erreichen.
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Bei
dem Schritt S12 wird das Kurzschlussrelais 13 ausgeschaltet.
Zwischen dem Start der Steuerung und der ersten Verbrennung (wird
noch später bei
dem Schritt S15 bestimmt) wird die erste Reihenfeldwicklung 7 nicht
kurzgeschlossen, indem nämlich das
Kurzschlussrelais 13 ausgeschaltet wird. Ein erforderliches
Antriebsdrehmoment zur Überwindung des
oberen Totpunktzentrums (TDC) wird angenommen, da die erste Reihenfeldwicklung 7 und
die zweite Reihenfeldwicklung 8 zusammen ein serielles
Feld ausbilden.
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Bei
dem Schritt S13 wird das Antriebstastverhältnis des Schalterelements 14 auf
ein Maximum eingestellt (Tastverhältnis D = 100%). Wenn das Antriebstastverhältnis D
= 100% beträgt,
erreicht der Parallelfeldstrom, der die Parallelfeldwicklung 9 eingeschaltet
hat, ein Maximum, und zwar in dem steuerbaren oder regelbaren Bereich.
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Bei
dem Schritt S14 wird der elektromagnetische Schalter 6 durch
das Anlasserrelais 11 eingeschaltet, wodurch der Hauptkontakt 5 geschlossen wird.
Dann wird der Hauptstrom von der Batterie 10 zu dem Anker 3a über die
Reihenfeldwicklung (die erste Reihenfeldwicklung 7 und
die zweite Reihenfeldwicklung 8) eingeschaltet und es wird
der Parallelfeldstrom zu der Parallelfeldwicklung 9 eingeschaltet.
Als ein Ergebnis wird ein Magnetfeld um die Feldwicklung erzeugt
und der Anker 3a beginnt sich zu drehen. In diesem Fall
erreicht die Gesamtstärke oder
-größe des Magnetfeldes,
welches um die Feldwicklung herum erzeugt wird, ein Maximum (maximale
magnetische Feldstärke)
und somit kann die maximale Anlasser-Ausgangsleistung P aus dem
Vorverbrennungsankurbeldrehmoment T1 abgeleitet werden, wie in 4 gezeigt
ist.
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Bei
dem Schritt S15 wird die erste Verbrennung der Maschine bestimmt
oder festgelegt. In diesem Fall basiert die Bestimmung auf der Zahl
der Maschinenumdrehungen. Wenn die erste Verbrennung bestimmt worden
ist, verläuft
der Prozess weiter zu dem nächsten
Schritt S16.
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Bei
dem Schritt S16 wird detektiert, ob eine Anormalität (beispielsweise,
wenn die Batterie 10 nahezu keine Ladung mehr hat) vorhanden
ist oder nicht, oder ob der Anlasser länger als eine vorbestimmte
Zeitperiode betrieben wurde oder nicht. Wenn das Ergebnis dabei
NEIN lautet, verläuft
der Prozess zu dem nächsten
Schritt S17, und wenn das Ergebnis JA lautet, verläuft der
Prozess zu dem Schritt S19.
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Bei
dem Schritt S17 wird die Feldsteuer- oder -regelroutine (die zweite
Feldregelung) nach der ersten Verbrennung ausgeführt. Die Feldregelroutine bei
dem Schritt S17 wird noch später
beschrieben.
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Bei
dem Schritt S18 wird die Vervollständigung des Anlassens der Maschine
bestimmt. Es wird dabei bestimmt und bestätigt oder nicht bestätigt, ob eine
aktuelle Zahl der Maschinenumdrehungen die Zahl der Ankurbelumdrehungen überschreitet
bzw. überschritten
hat. Wenn das Ergebnis dabei JA lautet, das heißt, wenn bestimmt wird, dass
die Maschine gestartet wurde, und zwar nach der Durchführung der
Feldregelroutine bei dem Schritt S17, endet dieser Prozess, und
wenn das Ergebnis NEIN lautet, kehrt der Prozess zu dem Schritt 16 zurück.
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Bei
dem Schritt S19 wird das Kurzschlussrelais 13 ausgeschaltet.
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Bei
dem Schritt S20 wird das Antriebstastverhältnis des Schalterelements 14 auf
ein Maximum eingestellt (Antriebstastverhältnis D = 100%).
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Der
Prozess bei den Schritten S19 und S20 ist für den Zweck erforderlich, dass
eine minimale Anzahl der Umdrehungen zum Starten der Maschine sichergestellt
wird oder eine minimale Umdrehungszahl für die Verbrennung für das Ankurbeln
sicherge stellt wird, wenn eine Anormalität während des Startens der Maschine
auftritt oder wenn der Anlasser die Maschine in einer vorbestimmten
Zeitperiode nicht starten kann.
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Bei
dem Schritt S21 wird die Bestimmung, die Maschine anzulassen, wiederholt.
Wenn bestimmt wird, dass die Maschine gestartet wurde (das Ergebnis
der Bestimmung lautet JA), wird der Prozess nach Schritt S21 beendet.
Wenn das Ergebnis der Bestimmung NEIN lautet, wird der Prozess wiederholt,
bis die Maschine gestartet ist (Wiederholung des Schrittes S21).
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Es
werden nun Prozesse bei dem Schritt S17 (Feldsteuerroutine) unter
Hinweis auf das Flussdiagramm in 3 beschrieben.
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Bei
dem Schritt S17a wird das Antriebstastverhältnis D' des Schalterelements 14 auf
D eingestellt.
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Bei
dem Schritt S17b wird die Zahl der Maschinenumdrehungen Ne beispielsweise
basierend auf dem Sensorsignal von dem Ne-Sensor 15 detektiert
(1).
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Bei
dem Schritt S17c wird der EIN/AUS-Zustand des Kurzschlussrelais 13 bestimmt
und der Prozess gelangt dann zu dem Schritt S17d, wenn das Ergebnis
AUS lautet. Der Prozess wird mit Schritt S17f fortgesetzt, wenn
das Ergebnis EIN lautet.
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Bei
dem Schritt S17d wird die Zahl der Maschinenumdrehungen Ne mit einem
ersten vorbestimmten Wert Ne1 verglichen, um zu bestimmen, ob dieser
größer ist
als Ne1. Nach der ersten Verbrennung, wenn die Mischung in der Maschine
beginnt zu verbrennen und die Temperatur des Zylinders ansteigt,
steigt auch die Maschinendrehzahl Ne an, und zwar auf Grund der
Zunahme der Maschinenöltemperatur
und Abnahme des Reibungsdrehmoments. Anschließend wird bestimmt, ob die
Zahl der Maschinenumdrehungen Ne größer ist als die vorbestimmte Zahl
Ne1 oder nicht. Wenn Ne größer ist
als Ne1, gelangt der Prozess zu dem Schritt S17e. Wenn Ne gleich
ist oder kleiner ist als Ne1, verläuft der Prozess zu dem Schritt
S17h.
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Bei
dem Schritt S17e wird das Kurzschlussrelais 13 eingeschaltet
und der Prozess gelangt zu dem Schritt S17h. In diesem Fall wird
durch Einschalten des Kurzschlussrelais 13 ein Kurzschluss
für die erste
Reihenfeldwicklung 7 gebildet. Somit wird lediglich die
zweite Reihenfeldwicklung 8 als Reihenfeld wirksam. Als
ein Ergebnis erfolgt ein Übergang der
Eigenschaften des Anlassers von einem Hochdrehmomenttyp zu einem
Hoch-Umdrehungszahltyp und somit wird die Zahl der Maschinenumdrehungen effektiv
angehoben.
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Bei
dem Schritt S17f wird die Zahl der Maschinenumdrehungen Ne mit einem
zweiten vorbestimmten Wert Ne2 (Ne1 > Ne2) verglichen, um zu bestimmen, ob
diese kleiner ist als Ne2. Wenn das Kurzschlussrelais 13 bei
dem Schritt S17c als EIN-geschaltet bestimmt wurde (wenn die erste
Reihenfeldwicklung 7 kurzgeschlossen ist), kann sich ein
Fall ergeben, dass die Zahl der Maschinenumdrehungen Ne absinkt,
und zwar aus einem unbestimmten Grund. In diesem Fall wird bestimmt,
ob die Maschinenumdrehungszahl Ne kleiner ist als die zweite vorbestimme
Zahl Ne2. Wenn Ne kleiner ist als Ne2, verläuft der Prozess zu dem Schritt
S17g. Wenn Ne gleich ist oder größer ist
als Ne2, gelangt der Prozess zu dem Schritt S17h.
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Bei
dem Schritt S17g gelangt der Prozess nach dem Ausschalten des Kurzschlussrelais 13 zu dem
Schritt S17h. In diesem Fall wird ein Reihenfeldwicklungsfeld durch
beide Wicklungen, und zwar durch die erste Reihenfeldwicklung 7 und
die zweite Reihenfeldwicklung 8, gebildet. Als ein Ergebnis
erfolgt ein Übergang
der Kennlinie des Anlassers von einem Hochdrehzahltyp zu einem Hochdrehmomenttyp
und somit kann die Zahl der Maschinenumdrehungen effektiv angehoben
werden.
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Der
Hauptstrom I1, der von der Batterie 10 dem Anker 3a zugeführt wird,
kann beispielsweise auf der Grundlage des Sensorssignals, welches
von dem Stromsensor 16 (1) eingespeist
wird, detektiert werden, welcher Sensor den Entladestrom der Batterie 10 erfasst.
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Bei
dem Schritt S17i wird der EIN/AUS-Zustand des Kurzschlussrelais 13 bestimmt
und der Prozess schreitet zu dem Schritt S17j voran, wenn das Ergebnis
AUS lautet, und der Prozess schreitet zu dem Schritt S17k voran,
wenn das Ergebnis EIN lautet.
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Bei
dem Schritt S17j wird das Antriebstastverhältnis D des Schalterelements 14 geregelt,
und zwar auf der Grundlage einer Rückkopplung basierend auf der
Differenz des Soll-Hauptstromes I0 und des Ist-Hauptstromes I1.
Das heißt,
wenn I1 größer ist
als I0, wird das Antriebstastverhältnis D angehoben, um den Hauptstrom
abzusenken, welcher dem Anker 3a zugeführt wird. Wenn I1 kleiner ist
als I0, wird das Antriebstastverhältnis D reduziert, um den Hauptstrom
zu erhöhen.
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Bei
dem Schritt S17k wird das Antriebstastverhältnis D des Schalterelements 14 durch
Rückkopplung
basierend auf der Differenz zwischen dem Soll-Hauptstrom I0 und
dem Ist-Hauptstrom I1 geregelt. Das heißt, wenn I1 größer ist
als I0, wird das Antriebstastverhältnis D angehoben um den Hauptstrom
zu erhöhen,
der zu dem Anker 3a fließt. Wenn I1 kleiner ist als
I0, wird das Antriebstastverhältnis
D reduziert, um den Hauptstrom zu erhöhen. Zusätzlich ist ein Rückkopplungskoeffizient
k1 bei dem Schritt S17j größer als
ein Rückkopplungskoeffizient
k2 bei dem Schritt S17k.
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Nachdem
der Schritt S17j oder der Schritt S17k verarbeitet wurde, kehrt
der Prozess zu dem Schritt S18 in der Hauptroutine zurück (Flussdiagramm,
welches in 2 gezeigt ist).
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Ferner
wird eine Rückkopplungsregelung basierend
auf der Differenz zwischen dem Hauptstrom bei dem Schritt S17j und
dem Schritt S17k durchgeführt,
die Rückkopplung
kann ein größeres Ansprechverhalten
haben, wenn der Differenzwert zu dem Regelvorgang bzw. der Regelgröße hinzu
addiert wird. In diesem Fall kann die maximale Ausgangsleistung
aufrecht erhalten werden, und zwar selbst dann, wenn das Ankurbeldrehmoment schwankt,
da der Hauptstrom eingeschaltet wird, um die maximal zulässige Stromgrenze
zu erreichen (in 4 gezeigt), und zwar in Verbindung
mit der Wärmekapazität unter
Sicherstellung eines Hitzewiderstandes.
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Das
Maschinenanlasser-Steuersystem 1 der ersten Ausführungsform
kann die Gesamtgröße des Feldes
in einem weiten Bereich steuern oder regeln, und zwar zwischen dem
Starten der Maschine und der Vervollständigung der Verbrennung, was
durch Umschalten des Betrages oder der Größe des Feldes erfolgt, welches
durch die Reihenfeldwicklungen 7, 8 erzeugt wird
und indem der Strom der Parallelfeldwicklung gesteuert oder geregelt
wird (Antriebstastverhältnis
D des Schalterelements 14). Als ein Ergebnis kann der Anlasser
immer auf dem höchsten
Ausgangsleistungspunkt in der Ausgangsleistungskennlinie angetrieben
werden, so dass dadurch die Startfähigkeit der Maschine verbessert
wird. Die Wirksamkeit des Anlassers kommt speziell bei einer extrem niedrigen
Temperatur zum Tragen, und zwar zwischen dem Beginn des Startens
der Maschine und der ersten Verbrennung, da der Anlasser während dieser
Periode ein maximales Drehmoment ausgibt.
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Spezifischer
ausgedrückt,
beginnt nach der ersten Verbrennung der Maschine die Mischung in der
Maschine zu verbrennen und das Maschinenöl steigt in der Temperatur
an. Als ein Ergebnis steigt die Zahl der Maschinenumdrehungen an,
und zwar auf Grund der Abnahme des Reibungsdrehmoments in der Maschine.
Daher nimmt auch die Zahl der Anlasserumdrehungen zu, und zwar verglichen
mit dem Zeitpunkt der Ankurbelung in der Vorverbrennungsperiode
(vor der ersten Verbrennung). Es wird dann die Kennlinie des Anlassers
von einem Hochdrehmomenttyp in einen Hochdrehzahltyp geändert, und zwar
durch Kurzschließen
der ersten Reihenfeldwicklung 7, um dadurch die effektive
Feldstärke
abzusenken, wenn die Zahl der Maschinenumdrehungen Ne die erste
vorbestimmte Zahl Ne1 überschreitet
(Schritt S17e). Als ein Ergebnis kann die Zahl der Maschinenumdrehungen
effektiv erhöht
werden, um eine Zeitperiode zum Starten der Maschine zu reduzieren
(speziell dann, wenn die Maschine wieder gestartet wird, und zwar
durch ein eingebautes Leerlauf-Stopp-System).
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Aus
einem nicht näher
definierten Grund gibt es eine Situation, bei der die Zahl der Maschinenumdrehungen
Ne unter die vorbestimmte Zahl Ne2 abfällt. In diesem Fall wird das
Kurzschlussrelais 13 ausgeschaltet (Schritt S17g), um ein
Reihenfeldwicklungsfeld durch die erste Reihenfeldwicklung 7 und durch
die zweite Feldwicklung 8 zu erzeugen. Dies erhöht das effektive
Feld und damit wird die Kennlinie des Anlassers auf den Hochdrehmomenttyp
geändert.
Als ein Ergebnis kann die Zahl der Maschinenumdrehungen effektiv
angehoben werden, um die Zeitperiode zu reduzieren, die zum Starten
der Maschine erforderlich ist (speziell dann, wenn die Maschine
wieder gestartet wird, und zwar durch ein eingebautes Leerlauf-Stopp-System).
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Ferner
kann nach der ersten Verbrennung der Anlasser immer bei seiner maximalen
Ausgangsleistung betrieben werden, und zwar nicht nur durch Schalten
der Stärke
des Feldes, welches durch die Reihenfeldwicklungen 7, 8 erzeugt
wird, sondern auch durch Steuern oder Regeln des Stromes der Parallelfeldwicklung 9 (das
Antriebstastverhältnis
D des Schalterelements 14). Das heißt, wenn der Anlasser auf einen
Punkt gesteuert oder geregelt wird, bei dem das Antriebstastverhältnis D
des Schalterelements 14 bei 100% liegt, und zwar vor der
ersten Verbrennung der Maschine, kann der Anlasser lediglich einen
Wert von P0 bei einem Ankurbeldrehmoment T2 ausgeben, und zwar nach
der ersten Verbrennung, wenn das Antriebstastverhältnis D
so gehalten wird, wie es ist (D = 100%) (in 4 gezeigt).
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Wenn
auf der anderen Seite das Antriebstastverhältnis D abgesenkt wird, beispielsweise
auf D2 (%), kann die Anlasser-Ausgangsleistung ihren maximalen Wert
von P1 bei dem Ankurbeldrehmoment T2 nach der ersten Verbrennung
erreichen. Das heißt,
es wird die Zahl der Ankurbelumdrehungen auf ein Maximum erhöht, und
zwar mit einer Zeitperiode zum Starten der Maschine, die minimal
ist. Wenn jedoch das Antriebstastverhältnis D auf D2 (%) eingestellt
wird, wird die zulässige
Stromgrenze in Verbindung mit der Wärmekapazität bei dem Ankurbeldrehmoment
D2 für
die Anlasser-Ausgangsleistung P1 überschritten. Wenn das Antriebstastverhältnis D
auf D1 (%) geändert
wird (D1 ist größer als
D2), kann die Anlasser-Ausgangsleistung einen Wert von P2 bei dem
Ankurbeldrehmoment T2 erreichen, und zwar nach der ersten Verbren nung,
ohne dabei die zulässige
Stromgrenze in Verbindung mit der Wärmekapazität zu überschreiten.
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Selbst
wenn ferner eine Anormalität
während des
Startens der Maschine auftritt oder selbst wenn der Anlasser die
Maschine nicht in einer vorbestimmten Zeitperiode starten kann oder
in ähnlichen
Fällen, kann
eine minimale Zahl von Ankurbelumdrehungen für die erste Verbrennung sichergestellt
werden oder es kann die minimale Zahl der Ankurbelumdrehungen für das Starten
der Maschine sichergestellt werden, um den Startvorgang der Maschine
zu vervollständigen,
indem ein Reihenfeldwicklungsfeld mit Hilfe der ersten Reihenfeldwicklung 7 und
mit Hilfe der zweiten Reihenfeldwicklung 8 erzeugt wird
und indem das Antriebstastverhältnis
D des Schalterelements 14 auf 100% gesteuert wird.
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(Andere Ausführungsformen)
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Bei
der ersten Ausführungsform
wird das Antriebstastverhältnis
D des Schalterelements 14 über eine Rückkopplung basierend auf der
Differenz zwischen dem Soll-Hauptstrom
und dem Ist-Hauptstrom in der Feldregelroutine nach der ersten Verbrennung geregelt.
Jedoch kann die Rückkopplungsregelung für das Antriebstastverhältnis D
auch auf der Differenz zwischen der Soll-Batteriespannung, die von dem
Soll-Hauptstrom abgeleitet wird, und der Ist-Batteriespannung vorgenommen
werden, da der Hauptstrom und die Batteriespannung in Beziehung
stehen.
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Da
ferner der Hauptstrom und die Zahl der Maschinenumdrehungen miteinander
in Beziehung stehen, kann die Soll-Zahl der Maschinenumdrehungen
basierend auf dem Soll-Hauptstrom eingestellt werden und somit kann
das Antriebstastverhältnis
D durch eine Rückkopplung
basierend auf der Differenz zwischen der Soll-Zahl der Maschinenumdrehungen und
der Ist-Zahl der Maschinenumdrehungen geregelt werden.
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Ferner
kann der Soll-Hauptstrom so eingestellt werden, dass die Batteriespannung über einem vorbestimmten
Spannungswert liegt. Auf diese Weise kann ein Absenken der Batteriespannung
zum Zeitpunkt des Startens der Maschine sicher verhindert werden.
Darüber
hinaus wird der Soll-Hauptstrom derart eingestellt, dass die Maschinenumdrehungen
eine vorbestimmte Zahl erreichen. Auf diese Weise können unliebsame
Fahrzeugvibrationen zum Zeitpunkt des Anlassens der Maschine abgesenkt werden
und die Gewissheit des Startens der Maschine kann ebenfalls verbessert
werden.
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Bei
der ersten Ausführungsform
wird die Feldgröße oder
Feldstärke,
die durch die Reihenfeldwicklungen 7, 8 erzeugt
wird, in zwei Schritten basierend auf dem EIN/AUS-Zustand des Kurzschlussrelais 13 umgeschaltet.
Jedoch können
die Umschaltschritte der Reihenfeldwicklung auch in drei Schrittfolgen
vorgenommen werden oder auch in mehreren Schrittfolgen durch Erhöhen der
Zahl der Kurzschlussrelais 13.
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Wenn
ferner das Kurzschlussrelais 13 eingeschaltet wird, um
einen Kurzschluss für
die erste Reihenfeldwicklung 7 zu bilden, existiert weiterhin
ein kleiner Strombetrag, der zu der Feldwicklung 7 fließt. Dieser
Leckstrom von dem Relais 13 zur ersten Reihenfeldwicklung 7 kann
dadurch beseitigt werden, indem ein Schalter benachbart der ersten
Reihenfeldwicklung 7 installiert wird. Wenn das Kurzschlussrelais 13 eingeschaltet
wird, kann der Leckstrom der ersten Reihenfeldwicklung 7 komplett
durch Öffnen des
Schalters unterbrochen werden.