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Stand der Technik
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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Startvorrichtung für eine
Brennkraftmaschine, insbesondere eines Fahrzeugs, mit einem Startermotor,
einem Schaltrelais, einer Startersteuerung für das Schaltrelais
und einer Energiequelle. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein
Verfahren zum Betreiben einer Startvorrichtung mit einem Startermotor
zum Starten einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Fahrzeugs,
wobei der Startermotor von einer Startersteuerung zum Starten der
Brennkraftmaschine ein- und ausgeschaltet wird.
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Es
sind Startvorrichtungen mit einem Startermotor zum Starten einer
Brennkraftmaschine bekannt. Die Startvorrichtungen werden entweder durch
einen Zündschalter definiert betätigt oder mittels
einer Steuerung, die durch einen Anlasserknopf vom Fahrer aktiviert
wird, definiert angesteuert. Es ist ferner bekannt, bei Fahrzeugen
mit einer Start-Stop-Einrichtung die Startvorrichtung durch eine
Steuerung definiert anzusteuern, um beispielsweise nach einem Stop
der Brennkraftmaschine diese wieder zur Fahrtaufnahme zu starten.
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Die
DE 102 31 0 88 A1 beschreibt
eine Schalteinrichtung zum Einschalten eines Startermotors mit zwei
Transistoren und jeweils einem Mittel zur Überprüfung
der Funktionsfähigkeit.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung eine Startvorrichtung, ein Verfahren zu
deren Betrieb und ein Computerprogrammprodukt der eingangs genannten Art
derart weiterzubilden, dass eine Startvorrichtung ressourcenschonender
mit einer höheren Lebensdauer einsetzbar ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird
die Aufgabe durch den Gegenstand der Patentansprüche 1
und 8 gelöst. Die abhängigen Ansprüche
definieren bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Es
ist ein Gedanke der Erfindung, für einen Startvorgang von
der Startvorrichtung nur so viel elektrische Leistung dem Startermotor
zur Verfügung zu stellen, wie für die Brennkraftmaschine
zum Start tatsächlich benötigt wird. Dies hat
den Vorteil, dass mit elektrischer Leistung effizient umgegangen
wird und ressourcenschonend die Bauteile beansprucht und beaufschlagt
werden. Es wird somit ein Leistungsüberschuss auf Seiten
des Startermotors vermieden, wenn der Startermotor gerade mit soviel elektrischer
Leistung beaufschlagt wird wie für ein Starten der Brennkraftmaschine
benötigt wird. Dies führt zu einer deutlichen
Reduzierung des Verschleißes am Starterritzel, das in einen
Zahnkranz der Brennkraftmaschine zum Starten eingespurt wird. Die
Reduzierung der elektrischen Leistung auf die tatsächlich
benötigte Leistung schont ferner die Kohlebürsten
in der elektrischen Maschine und die Lager, sowie im Schaltrelais
zur Ansteuerung des Startermotors Kontaktstücke.
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Die
Aufgabe wird also dadurch gelöst, dass die Startvorrichtung
mit einer Leistungsregulierungseinrichtung für den Startermotor
ausgebildet ist. Die Leistungsregulierungseinrichtung passt somit
die elektrische Leistung an die entsprechenden Betriebserfordernissen
an. Die Leistungsregulierungseinrichtung kann beispielsweise eine
elektronische Startersteuerung sein, die den Strom reduziert. Beispielsweise
kann die Leistung reguliert werden, indem Widerstände davorgeschaltet
sind. Dies hat jedoch den Nachteil, dass solche Leistungswiderstände
hohe elektrische Verbraucher sind und somit nicht ressourcenschonend
bezüglich der elektrischen Energie arbeiten.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Leistungsregulierungseinrichtung
mit einer Startersteuerung mit mindestens einem Leistungsschalter
und jeweils einer separat zugeordneten Energiequelle zur Erhöhung
der am Startermotor verfügbaren elektrischen Leistung ausgebildet.
Dies hat den Vorteil, dass die Startersteuerung durch mindestens
einen zusätzlichen Leistungsschalter mit der dazugehörigen
Energiequelle, beispielsweise in Form einer Batterie, die elektrische Leistung
zuschaltet. Zur Vereinfachung der Leistungsregulierung wird die
Leistung in diskreten Werten zugeschaltet und nicht variabel. Eine
variable Erhöhung der elektrischen Leistung ist aufwendiger
zu realisieren und deshalb kostenintensiver im Gegensatz zu einem
einfachen Zuschalten einer diskreten elektrischer Leistung in Form
einer Batterie. Deshalb ist die bevorzugte Ausführungsform
die Zuschaltung von Energiequellen mit jeweils einer diskreten Energieleistung.
Umso mehr Leistungsschalter mit jeweils zugeordneter Energiequelle
verfügbar sind, desto differenzierter kann die elektrische
Leistung an die Betriebserfordernisse angepasst werden. Praktischerweise
sind in einer einfachen Ausführungsform drei Leistungsschalter
mit drei zugeordneten Energiequellen vorgesehen. Somit ist der Betriebsbereich der
Startvorrichtung in drei Teilbereiche einteilbar, in einen ersten
Teilbereich mit einer minimalen erforderlichen elektrischen Leistung
und in einen zweiten Teilbereich mit einer durchschnittlich erforderlichen elektrischen
Leistung und in einen dritten Teilbereich mit einer maximal erforderlichen
elektrischen Leistung.
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Gemäß einer
weiter bevorzugten Ausführungsform weist die Leistungsregulierungseinrichtung
mindestens ein Steuerungsteil, insbesondere einen Temperatursensor,
auf. Mittels des Steuerungsteils lässt sich der Leistungsbereich
vom Startermotor in Betriebsbereiche einteilen. Mittels des Temperatursensors
lässt sich der Betriebsbereich des Startermotors in Abhängigkeit
von der Temperatur einteilen. Das Steuerungsteil misst variable
Werte, während die Leistungsregulierungseinrichtung mit
Hilfe der Startersteuerung die Werte des Steuerungsteils auswertet
und die Leistungsregulierungseinrichtung entsprechend den Startermotor
in bestimmten Betriebsbereichen ansteuert.
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Gemäß einer
weiter bevorzugten Ausführungsform umfasst die Leistungsregulierungseinrichtung
ein zeitabhängiges Steuerungsteil, insbesondere eine Zeitschaltuhr.
Durch ein zeitabhängiges Steuerungsteil lässt
sich der Startermotor von der Leistungsregulierungseinrichtung zeitabhängig
im Startvorgang mit verschiedenen Leistungen beaufschlagen. Somit
kann der Startermotor effizient angesteuert werden, ohne dass das
Bordnetz zu stark beansprucht wird oder zu viel Leistung dem Bordnetz
unnötigerweise entzogen wird.
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Die
Startersteuerung kann auch mit diskreten elektrischen Schaltelementen
oder elektromechanische Kleinrelais und einer Temperatursensorik in
Bimetall-Ausführung ausgebildet sein. Vorteilhafterweise
ist die Leistungsregulierungseinrichtung auf der Pluspolseite des
Startermotors angeordnet. Somit wird die elektrische Energie dem
Startermotor gleich von der Pluspolseite zugeführt. Üblicherweise werden
Startanlagen mit der Masse mit dem Minuspol der Batterie verbunden.
Diese bereits vorhandene Verschaltung kann somit uneingeschränkt übernommen
werden.
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Alternativ
kann die Leistungsregulierungseinrichtung auf der Minuspolseite
des Startermotors angeordnet sein. Die Leistungsschalter sind somit auf
der Minuspolseite des Startermotors angeordnet und führen
dazu, dass beim Schließen der Leistungsschalter der Gesamtwiderstand
sich im Hauptstromkreis des Startermotors reduziert und die elektrische Leistung
erhöht, indem durch das Schließen der Leistungsschalter
jeweils eine weitere Energiequelle in Form beispielsweise einer
Batterie zugeschaltet wird. Bei Anwendung von einer Startvorrichtung
mit isolierter Masse, sind Startergehäuse, Motorblock des
Verbrennungsmotors, Fahrzeugrahmen isoliert angeordnet. Es kann
vorteilhaft sein, die Leistungsregulierungseinrichtung auf der Minuspolseite
anzuordnen, da auf der Pluspolseite zusätzliche Schaltelemente wie
z. B. Batterietrennschalter, Leitungsabzweigungen zu Generatoren
und große Verbraucher usw. vorhanden sind. Diese müßten
unter Umständen mit größerem Aufwand
abgeändert werden, um die gleiche Funktion darzustellen,
deshalb bietet sich hier die Minuspolseite an.
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Vorzugsweise
ist die Startvorrichtung mit einer Start-Stop-Steuerung verbindbar.
Somit wird die Startvorrichtung effizient mit elektrischer Energie
versorgt, sowohl für einen Startvorgang im Kalten, wenn das
Starten der Brennkraftmaschine eine höhere elektrische
Leistung erfordert, da die Brennkraftmaschine ein größeres
Motordurchdrehmoment aufweist, wenn die Brennkraftmaschine noch
kalt ist und das Motordurchdrehmoment aufgrund der Viskosität des
in der Brennkraftmaschine befindlichen Motoröls erhöht
ist. Bei einem Wiederstart im Start-Stop-Betrieb ist die Brennkraftmaschine
bereits erwärmt, so dass die Viskosität des Motoröls
deutlich verbessert ist, so dass das Motordurchdrehmoment deutlich
reduziert ist und der Startermotor nur noch eine geringere elektrische
Leistung zum Starten der Brennkraftmaschine benötigt, was
durch die Leistungsregulierungseinrichtung bereitgestellt und ermöglicht wird.
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Die
Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zum Betreiben einer Startvorrichtung
dadurch gelöst, dass der Startermotor im Startvorgang leistungsreguliert
von der Startersteuerung angesteuert wird. Die Startersteuerung
unterscheidet beispielsweise, wie vorhin beschrieben, ob die Brennkraftmaschine
zum Starten ein niedriges Motordurchdrehmoment und ein mittleres
oder ein erhöhtes Motordurchdrehmoment aufweist. Dementsprechend
steuert die Startersteuerung leistungsreguliert den Startermotor
an.
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Gemäß einem
die Erfindung weiterbildenden Verfahren wird der Startermotor abhängig
von, vorzugsweise in drei, eingeteilten Betriebsbereichen durch
die Startersteuerung mit einer definierten elektrischen Maximal-Leistung
beaufschlagt. Die Maximal-Leistung wird begrenzt durch den Starter,
die Batterie und die Leitungswiderstände, und dem Ladezustand
also hier max. 100%, der hier jedoch nicht sensiert wird. Das an
der Brennkraftmaschine aufzubringende Drehmoment, das als Motordurchdrehmoment
bezeichnet wird, ist zu einem wesentlichen Teil temperaturabhängig.
Es bietet sich somit an, die Leistung am Startermotor dementsprechend
anzupassen, um somit effizient den Startermotor mit einer elektrischen
Leistung zu versorgen. Ein Leistungsüberschuss führt
zu einem unnötig hohen Verschleiß von den Kohlebürsten,
in Lagern sowie an den Kontaktstücken am Starterrelais.
Die Betriebsbereiche sind abhängig von der vorgegebenen
Anzahl von Leistungsschaltern mit zugehörigen Betriebsquellen eingeteilt.
Bei einer Dreierteilung sind vorzugsweise folgende Temperaturbereiche
vorgesehen: ein erster Temperaturbereich > 20°C, ein zweiter Temperaturbereich
zwischen 0°C und 20°C und ein niedrigerer Temperaturbereich < 0°C. Umso
höher die Temperatur ist, desto geringer ist die erforderliche
elektrische Leistung der elektrischen Maschine, d. h. dem Startermotor.
Die Temperaturbereiche sind Fahrzeugtypspezifisch und an die klimatischen
Verhältnisse regional spezifisch variabel anpassbar.
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Gemäß einem
alternativen oder zusätzlichen Verfahren kann vorgesehen
sein, dass der Startermotor im Startvorgang durch Startersteuerung
in Zeitstufen leistungsreguliert mit elektrischer Leistung beaufschlagt
wird. Durch eine zeitlich verzögerte Zuschaltung durch
Leistungsschalter von elektrischer Energie aus Energiequellen, beispielsweise
in Form von einer Batterie oder Batteriegruppen, ist somit ein relativ
sanftes Andrehen möglich, so dass die Bauteile von der
Startvorrichtung, insbesondere die vom Starter, d. h. die Kohlebürsten,
elektrische Kontakte und der Rollenfreilauf sowie die Verzahnungen
geschont beansprucht werden.
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Die
Aufgabe wird durch ein Computerprogrammprodukt dadurch gelöst,
das es in einen Programmspeicher mit Programmbefehlen ladbar ist,
um alle Schritte eines oben beschriebenen Verfahrens auszuführen,
wenn das Computerprogrammprodukt in einer Startersteuerung ausgeführt
wird. Das Computerprogrammprodukt hat den Vorteil, dass Betriebsbereiche
einfach, variabel und typenspezifisch einstellbar sind. Eine ressourcenschonende
Optimierung bezüglich einem Verschleiß der Bauteile
und bezüglich der elektrischen Leistung kann berechnet und/oder
aus empirischen Werten ermittelt werden. Das Computerprogrammprodukt
kann die spezifischen Werte angepasst werden.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch
zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen
Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar sind.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
näher erläutert. Es zeigen:
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1 einen
schematischen Schaltplan einer Startvorrichtung gemäß einer
ersten Ausführungsform,
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2 einen
schematischen Schaltplan einer Startvorrichtung gemäß einer
zweiten Ausführungsform,
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3 eine
Tabelle mit drei verschiedenen Betriebsbereichen,
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4 eine
Tabelle mit drei von Betriebszeiten abhängigen Betriebsbereichen,
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5a–c
Zeitdiagramme bezüglich Betriebswerten im Startvorgang
von der Startvorrichtung,
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6 ein
Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Ausführungsformen
der Erfindung
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Die 1 zeigt
einen schematischen Schaltplan einer erfindungsgemäßen
Startvorrichtung 1 für eine nicht dargestellte
Brennkraftmaschine von einem Fahrzeug. Die Startvorrichtung 1 umfasst
einen Startermotor 2, der von einem Schaltrelais 3 mit
elektrischer Leistung von einer Batterie 4 als elektrischer Energiequelle
schaltbar beaufschlagbar ist. Das Schaltrelais 3 mit einem
ersten Schaltkontakt Ski wird von einer Startersteuerung 5 angesteuert.
Das Schaltrelais 3 kann als sogenanntes Starterrelai, oder
auch als Einrückrelais bezeichnet die Funktion des Einspurens
eines Starterritzels in den Zahnkranz der Brennkraftmaschine umfassen.
Das Starterrelais kann ein- oder zweistufig ausgebildet sein. Herkömmlicherweise
Weise ist die Startersteuerung 5 beispielsweise ein Zündschalter
am Zündschloss eines Fahrzeugs oder eine elektronische
Schaltung mit einem Schaltknopf. Für einen Start-Stop-Betrieb
ist die Startersteuerung 5 komplexer aufgebaut und steht
in Kontakt mit der Motorsteuerung von der Brennkraftmaschine.
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Erfindungsgemäß umfasst
die Startvorrichtung 1 mindestens einen weiteren zweiten
Leistungsschalter, der vorzugsweise als zweites Schaltrelais 6 ausgebildet
ist und ebenfalls von der Startersteuerung 5 ansteuerbar
ist. Das zweite Schaltrelais 6 schaltet mit einem zweiten
Schaltkontakt Sk2 eine weitere Energiequelle in Form einer Batterie 7 zu
und senkt somit den Gesamtwiderstand im Hauptstromkreis des Startermotors 2.
Somit steht eine höhere Leistung für den Startermotor 2 zur
Verfügung, so dass der Startermotor 2 ein höheres
Drehmoment abgeben kann, was beispielsweise aufgrund eines höheren
Motordurchdrehmoments der Brennkraftmaschine erforderlich ist.
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Erfindungsgemäß sind
beliebige weitere dritte, vierte usw. Leistungsschalter 8 in
Reihe hinter den ersten und zweiten Leistungsschalter 3, 6 geschaltet, die
jeweils eine zugehörige Energiequelle, beispielsweise in
Form einer Batterie zuschalten und von der Startersteuerung 5 angesteuert
werden. In der bevorzugten Ausführungsform wird ein drittes
Schaltrelais 8 mit einem dritten Schaltkontakt Sk3 von
der Startersteuerung 5 angesteuert und schaltet eine dritte
Batterie 10 zu. Die Leitungen haben jeweils Widerstände,
die durch RLH1, RLH2 und
RLH3 gekennzeichnet und dargestellt sind.
Die Rückleitung auf der Minuspolseite des Startermotors 2 hat
einen Widerstand RLR und ist mit einem Widerstandssymbol
dargestellt.
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Gemäß einer
nicht dargestellten Ausführungsform sind die Schaltkontakte 6 und 8 müssen nicht
in Reihe verschaltet. Bei einer solchen Ausführungsform
sind die Batterien über parallel angeordnete Schaltkontakte 6 und 8 mit
einem gemeinsamen Sternpunkt auf den Schaltkontatk 3 schaltbar.
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Die
Startersteuerung 5 ist mit einem Temperatursensor 9 verbunden,
um die Temperatur der Brennkraftmaschine zu detektieren, um daraus
ein mögliches, tatsächliches Motordurchdrehmoment der
Brennkraftmaschine abzuleiten. Das Motordurchdrehmoment kann entweder
durch eine temperaturabhängige Formel errechnet werden
oder aufgrund einer Nachschlagetabelle, wobei die Zwischenwerte interpoliert
werden können. Alternativ zum Temperatursensor 9 können
die Werte über eine Schnittstelle, beispielsweise von der
Motorsteuerung an die Startersteuerung 5 übermittelt
werden, so dass ein zusätzlicher Temperatursensor 9 in
einem Fahrzeug nicht notwendig wird.
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Ferner
hat die Startersteuerung 5 ein zeitabhängiges
Steuerungsteil, vorzugsweise in Form einer Zeitschaltuhr 13,
um das erfindungsgemäße Verfahren, wie unten beschrieben,
auszuführen. Die Startersteuerung 5 umfasst ferner
einen Mikrocomputer mit einer CPU 11 und mit einem Programmspeicher 12.
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Die 1 zeigt
die Anordnung des ersten Schaltrelais 3, zweiten Schaltrelais 6 und
dritten Schaltrelais 8 mit jeweils der zugehörigen
Energiequelle sowie der Startersteuerung 5 zur Ansteuerung auf
der Pluspolseite des Startermotors. Die Startersteuerung 5 bildet
zusammen mit den Schaltrelais 3, 6, 8 und
den Batterien 4, 7, 10 eine Leistungsregulierungseinrichtung,
um den Startermotor 2 definiert entsprechend der Anforderungen
zum Starten der Brennkraftmaschine mit einer elektrischen Leistung zu
versorgen. Dies hat den Vorteil, dass ein erheblicher Leistungsüberschuss
nicht aktiviert wird und somit ein unnötig hoher Verschleiß an
einem Starterritzel vom Startermotor 2 sowie an dem Zahnkranz
einer Brennkraftmaschine als auch an den Kohlebürsten im
Startermotor 2 und an Kontaktstücken in den Schaltrelais 3, 6 und 8 sowie
unnötig hohe Belastung des Rollenfreilaufes/Freilaufkupplung
vermieden werden Zudem kann durch die Versorgung des Bordnetzes
aus den Batterien 4 oder 7, der Spannungseinbruch
bei einem Startvorgang reduziert werden, da der Leitungswiderstand
RLH1 in diesem Fall nur für Starterstrom
wirksam ist, jedoch nicht für den deutlich geringern Strom
für die restlichen Verbraucher jedoch nur der Leitungswiderstand
RLH2, oder RLH3,
je nach Verschaltung. Hiermit können evtl. notwendige DC/DC-Wandler
zur Stabilisierung der Bordnetzspannung deutlich kostengünstiger
ausgelegt werden, evtl. sogar ganz entfallen.
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Die 2 zeigt
einen schematischen Schaltplan der erfindungsgemäßen
Startvorrichtung 1 gemäß der 1 mit
dem Unterschied, dass das erste Schaltrelais 3 sowie die
weiteren Schaltrelais 6 und 8 als Leistungsregulierungseinrichtung
auf der Minuspolseite vom Startermotor 2 angeordnet sind.
Dies ist eine Variante zur 1. Bei Anwendung
von Startanlagen mit isolierter Masse, d. h. Startergehäuse,
Motorblock des Verbrennungsmotors, Fahrzeugrahmen, ... sind elektrisch
nicht mit dem Minuspol der Batterie verbunden, wie beispielsweise
bei Baumaschinen, Schiffsantrieben, Stationärmotoren, Schienenfahrzeugen,
ist vorteilhaft, die Leistungsregulierungseinrichtung auf der Minuspolseite
anzuordnen, da auf der Pluspolseite oft zusätzliche Schaltelemente
wie z. B. Batterietrennschalter, Leitungsabzweigungen zu Generatoren
und große Verbraucher usw. vorhanden sind. Diese müßten
u. U. mit größerem Aufwand abgeändert
werden, um die gleiche Funktion darzustellen, deshalb bietet sich
die Minusseite an.
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Die
elektrische Leitung zum Pluspol des Startermotors 2 hat
einen ohmschen Innenwiderstand RLH. Drei
Leitungen auf dem Minuspolseite des Startermotors 2 weisen
einen Innenwiderstand RLR1, RLR2 und
RLR3 auf. Die Startersteuerung 5 ist
aus Gründen der Vereinfachung weggelassen worden.
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Die 3 zeigt
eine Tabelle mit einer Einteilung des Betriebsbereiches vom Startermotor 2 in drei,
von der Temperatur abhängigen Betriebsbereichen BI,II,III. Ein erster Temperaturbereich BI umfasst eine Temperatur größer
als 20°C der Brennkraftmaschine. Im ersten Temperaturbereich
BI, der über den Temperatursensor 9 detektiert
wird und von der Startersteuerung 5 als solcher erfasst
wird, wird entsprechend dem im Programmspeicher 12 gespeicherten Verfahren
nur der erste Leistungsschalter 3 mit dem Schaltkontakt
Ski mittels des ersten Schaltrelais 3 geschlossen, so dass
der Startermotor 2 mit einer minimalen elektrischen Leistung
von der Batterie 4 beaufschlagt wird und somit das Starterritzel
den Zahnkranz schont. In diesem Temperaturbereich BI über 20°C
ist das Motordurchdrehmoment geringer als bei niedrigeren Temperaturen.
Somit wird elektrische Leistung eingespart und Belastung der Bauteile
reduziert, so dass ein Verschleiß reduziert wird.
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Ein
zweiter Temperaturbereich BII, in dem der Startermotor 2 im
Startvorgang arbeiten kann, ist beispielsweise zwischen 0°C
bis 20°C. Hier sind gemäß der Tabelle
aus der 3 die Schaltkontakte Sk1 und Sk2
am Leistungsschalter vom ersten Schaltrelais 3 und vom
zweiten Schaltrelais 6 jeweils geschlossen und der Schaltkontakt
Sk3 am dritten Schaltrelais 8 offen. Es ergibt sich somit
eine durchschnittliche Leistung, die höher ist als bei
dem Temperaturbereich > 20°C.
Der Startermotor 2 gibt somit ein erhöhtes Drehmoment
für ein erhöhtes Motordurchdrehmoment aufgrund
einer erhöhten elektrischen Leistung ab, dadurch dass eine
zweite Batterie 7 parallel zur ersten Batterie 4 durch
den Schalter 6 geschaltet wird.
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Die
Tabelle gemäß 3 zeigt
einen dritten Temperaturbereich BIII mit
einer Temperatur kleiner 0°C, in dem der Startermotor 2 arbeitet.
In diesem dritten Temperaturbereich BIII ist
der Schaltkontakt Sk1, Sk2, Sk3 vom ersten Schaltrelais 3,
vom zweiten Schaltrelais 6 und vom dritten Schaltrelais 8 jeweils
geschlossen. Dadurch sind drei Batterien 4, 7, 10 als
Energiequelle parallel geschaltet, die zusammen eine erhöhte
elektrische Leistung an dem Startermotor 2 bereitstellen,
so dass dieser aufgrund der erhöhten Viskosität
des Motoröls in der Brennkraftmaschine auch diese schnell
starten kann. Zudem ist die Leistungsfähigkeit von elektrischen
Batterien in Temperaturbereichen unter 0°C stark herabgesetzt, so
dass auch aus diesem Grund die Batterien parallel geschaltet werden.
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Die 4 zeigt
eine weitere Tabelle, gemäß der die Schaltkontakte
Sk1, Sk2, Sk3 durch die Schaltrelais 3, 6, 8 betätigt
und angesteuert von der Startersteuerung 5 als Leistungsregulierungseinrichtung
nach einem definierten Programm geschaltet werden. Die Tabelle 4
zeigt wiederum drei Betriebsbereiche BI,II,III,
die ähnlich wie die Tabelle gemäß der 3 die
drei Möglichkeiten der Schaltkontakte im offenen und geschlossenen
Zustand zeigt, wobei hier das Kriterium der Zeitablauf im Startvorgang
ist. In einer ersten Zeitdauer von t1 bis t2 wird der Startermotor 2 mit
einer geringen Leistung beaufschlagt, die mit zunehmender Zeit ab
dem Startvorgang durch Zuschalten des zweiten Schaltkontakts Sk2
ab einem Zeitpunkt t2 und ab einem Zeitpunkt t3 durch Schalten eines
dritten Schaltkontakts Sk3 erhöht wird. Somit ist der Startermotor 2 sanft
andrehbar und die Drehzahl des Startermotors 2 erhöht
sich langsamer, die Stromspitze ist anfänglich deutlich
geringer, so dass die Bauteile, wie beispielsweise Verzahnungen, Freilaufkupplung,
Schaltkontakte einschließlich der Kohlebürsten
vom Startermotor 2 weitaus geringer beansprucht werden.
Ein Verschleiß ist somit deutlich reduziert.
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Die 5a zeigt
die Einschaltzustände der Schalter 3, 6 und 8 mit
den Schaltkontakten Sk1, Sk2, Sk3 mit zunehmendem Zeitablauf t im
Startvorgang. Zum Zeitpunkt t1 wird der erste Schalter 3 geschlossen.
Zum Zeitpunkt t2 wird der zweite Schalter 6 geschlossen
und zum Zeitpunkt t3 wird der dritte Schalter 8 mit dem
Schaltkontakt Sk3 geschlossen.
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Die
Tabelle 5b zeigt entsprechend den in Stufen sinkenden Gesamtwiderstand
Ri im Hauptstromkreis des Startermotors 2 parallel
zur Zuschaltung der Schaltkontakte Ski bis Sk3 zu den Zeitpunkten
t1, t2 und t3.
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Die 5c zeigt
ein Zeit-Strom-Diagramm mit einer erfindungsgemäßen
Strom-Kennlinie IE entsprechend den Schaltzuständen
wie in den 5a und 5b dargestellt.
Die Schaltzustände erzeugen im Startvorgang bei Ausführung
des Verfahrens gemäß der Tabelle aus der 4 einen
Anstieg des Starterstroms IE in Stufen mit
deutlich geringeren Stromspitzen IE1, IE2 und IE3 jeweils
kurz nach einem Zuschalten zu den Zeitpunkten t1, t2 und t3 im Stromnetz.
Dadurch wird das Bordnetz insgesamt weniger belastet, so dass ein
Start der Brennkraftmaschine beispielsweise bei einem Start-Stopp-Betrieb
und einem gleichzeitigen Betrieb weiterer elektrischer Verbraucher
nicht festgestellt wird. Zusätzlich ist die Kennlinie IH angezeigt, die gegenüber der Kennlinie
IE dargestellt ist. Die Drehzahl n vom Startermotor 2 erhöht
sich gemäß der Kennlinie nE langsamer
gegenüber der Drehzahlkennlinie nH,
gemäß der der Startermotor 2 sofort mit
maximaler elektrischer Leistung wie herkömmlicher Weise
gemäß Kennlinie IH belastet
worden ist.
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Die 6 zeigt
ein Ablaufdiagramm gemäß einer bevorzugten Ausführungsform,
wie beispielsweise das Verfahren in der Startersteuerung 5 abläuft,
das in Form eines Computerprogramms im Programmspeicher 12 niedergelegt
ist.
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Zu
einem bestimmten Zeitpunkt erfolgt ein Startsignal, beispielsweise
durch einen Zündschalter aktiviert vom Fahrzeugführer,
das durch einen Schritt S10 symbolisiert wird.
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Daraufhin
fragt die Startersteuerung 5 vom Temperatursensor 9 oder
auch über ein Bussystem oder über die Motorsteuerung
die aktuelle Motortemperatur der Brennkraftmaschine in einem Schritte
20 ab.
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In
einem Schritt S30 wird die Temperatur der Startersteuerung 5 mitgeteilt,
so dass die Startersteuerung 5 im Schritt S40 eine Auswertung
vornimmt und im Schritt S50, gemäß der Tabelle
aus der 3, entscheidet, welche Schalter 3, 6, 8 zum
Starten der Brennkraftmaschine geschlossen werden.
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In
einem Schritt S60 wird ein erster Leistungsschalter über
das Schaltrelais beispielsweise über das erste Schaltrelais 3 geschlossen
und der Startermotor 2 gestartet.
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In
einem Abfrageschritt A1 wird geprüft, ob die Brennkraftmaschine
gestartet ist. Ist dies der Fall, was über das Steuerungsteil
festgestellt wird, so wird der Startermotor 2 von der Startersteuerung 5 in
einem Schritt S70 ausgeschaltet. Ist die Brennkraftmaschine noch
nicht gestartet, so fängt eine Uhr im Abfrage Schritt A1
zu laufen an.
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Ist
innerhalb einer bestimmten Zeit die Brennkraftmaschine noch nicht
auf eine vorgegebene Mindest-Drehzahl hochbeschleunigt, so wird
beispielsweise gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
das Verfahren gemäß der Tabelle aus der 4
gewählt.
Es wird also in einem Schritt S80 bestimmt, dass ein weiterer, beispielsweise
ein zweiter Schalter, geschlossen werden soll. Der Verfahrensablauf kehrt
zur Startersteuerung aus Schritt 50 zurück und ein zweiter
Schalter wird geschlossen, so dass die Brennkraftmaschine mit einer
erhöhten Leistung am Startermotor 2 durchgedreht
wird. Das Verfahren durchläuft die Schritte 60 und die
Abfrage A1 weiter. Ist die Brennkraftmaschine immer noch nichtauf
eine geforderte Mindestdrehzahl hochbeschleunigt, so kann nach einem
zweiten Zeitablauf der ein weiterer, dritter Leistungsschalter 3 durch
Ansteuerung von der Startersteuerung 5 geschlossen werden.
Dieser Ablauf kann durchaus innerhalb einer Sekunde durchlaufen
werden, so dass ein Fahrer davon fast keine Notiz nimmt.
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Die
Startersteuerung 5 kann auch eine Selbstlernfunktion umfassen,
so dass sie selbständig lernt, bei welchen Temperaturen
die Brennkraftmaschine schnell und mit welcher Kombination von geschlossenen
Schaltern gestartet werden kann, und wie viele Schalter offen bleiben
können, um die Brennkraftmaschine immer noch erfolgreich
zu starten. Es versteht sich, dass die in der 6 kombiniert dargestellten
Verfahren in Abhängigkeit von Temperaturen und Zeiten zum
Schalten der Schaltkontakte Sk1 bis Sk3 auch getrennt einem Verfahrensablauf ausgeführt
werden können. Die Figuren zeigen schematische, nicht maßstabsgerechte
Darstellungen. Im Übrigen wird insbesondere auf die zeichnerischen Darstellungen
zu der Erfindung als ähnlich verwiesen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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