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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Startersysteme in Kraftfahrzeugen.
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Zum Antreiben eines Verbrennungsmotors aus dem Stillstand heraus werden in Fahrzeugantrieben Startersysteme eingesetzt, welche üblicherweise einen Elektromotor zum Antreiben des Verbrennungsmotors aufweisen. Üblicherweise wird dabei der Verbrennungsmotor mittels eines Starters mit einem Elektromotor und einem Starterritzel, welches in einen Zahnkranz des Verbrennungsmotors eingespurt wird, gestartet. Neben klassischen Startern mit einem Starterritzel sind auch Riemenstarter, integrierte Starter, Hybridantriebe mit einer schaltbaren Kupplung zwischen dem Elektromotor und dem Verbrennungsmotor, bekannt.
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Bei einem der Anmelderin intern bekannten Starter mit Starterritzel wird das Ritzel erst mit der Drehzahl des auslaufenden Verbrennungsmotors synchronisiert. Bei Erreichen des Synchronlaufs wird das Ritzel in den drehenden Zahnkranz eingespurt, um einen schnellen Wiederstart bei auslaufendem Verbrennungsmotor zu erreichen. Dabei ist eine möglichst genaue Synchronisation wichtig, um Geräuschentwicklung und Verschleiß zu minimieren.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung basiert auf der Kenntnis, dass zwischen der Drehzahl des Starters und der Andrehdauer oder Bestromungsdauer ein bestimmtes Verhältnis besteht und dass von einer am Ende des Bestromens zum Hochlaufen des Starters, bei dem dessen Drehzahl erhöht wird, induzierten Spannung auf die aktuelle Starterdrehzahl des Starters geschlossen werden kann. Obiges erläutertes Verhältnis zwischen Andrehdauer und Drehzahl kann durch verschiedene Messungen der Hochlaufdrehzahl in Relation zur Bestromungsdauer des Starters unter Standardbedingung ermittelt werden. Die ermittelten Standardbedingungen oder Referenzdaten werden vorzugsweise in einer Nachschlagtabelle abgelegt.
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Da allerdings zu erwarten ist, dass in speziellen Anwendungsfällen die Randbedingungen, welche die Starterdrehzahl beeinflussen, deutlich von den Standardbedingungen abweichen können, ist erfindungsgemäß vorgesehen, die Standardbedingungen anhand der aktuell gemessenen induzierten Spannung bzw. anhand der mittels der gemessenen induzierten Spannung berechneten aktuellen Starterdrehzahl zu korrigieren.
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Parameter, die diese Abweichungen bedingen können, sind dabei der Innenwiderstand und die Spannung der Batterie, die Widerstände durch die Verkabelung zum Starter und die Widerstände im Starter selbst. Dadurch kann es zu einer nicht unerheblichen Abweichung der tatsächlichen Starterdrehzahl von der in der Nachschlagtabelle abgelegten Drehzahl kommen. Erfindungsgemäß können aber die Standardbedingungen, insbesondere die abgelegte Bestromungsdauer, in Abhängigkeit der jeweils aktuell gemessenen induzierten Spannung angepasst werden. Damit können erfindungsgemäß Geräuschentwicklung, Verschleiß und gar Beschädigungen an Ritzel und Zahnkranz minimiert oder verhindert werden.
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Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass die Spannungsmessung in der Regel deutlich genauer als eine Strommessung ist. Damit kann ein Berechnungsfehler, der sich durch die toleranzbehaftete Strommessung ergeben könnte, vorteilhafterweise ausgeglichen werden.
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Demgemäß wird ein Verfahren zum Einstellen einer Bestromungsdauer zum Bestromen eines Starters eines Startersystems, beispielsweise eines Start-Stopp-Systems, vorgeschlagen, welches die Schritte des Bestromen des Starters beim Einspuren eines Starterritzels des Starters in einen auslaufenden Motor für eine bestimmte Bestromungsdauer, des Abschaltens des Bestromens bei Erreichen der bestimmten Bestromungsdauer und des dabei Messens einer induzierten Spannung sowie des Vergleichens der gemessenen induzierten Spannung mit einer Referenzspannung und des davon abhängigen Einstellens der Bestromungsdauer umfasst. Das Einstellen der Bestromungsdauer beinhaltet insbesondere ein Korrigieren der Bestromungsdauer für das nächste Mal.
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Weiterhin wird ein Computerprogrammprodukt vorgeschlagen, welches auf einer programmgesteuerten Vorrichtung die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Einstellen einer Bestromungsdauer zum Bestromen eines Starters eines Startersystems veranlasst.
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Ein Computerprogramm-Produkt wie ein Computerprogramm-Mittel kann beispielsweise als Speichermedium, wie Speicherkarte, USB-Stick, Floppy, CD-ROM, DVD oder auch in Form einer herunterladbaren Datei von einem Server in einem Netzwerk bereitgestellt oder geliefert werden. Dies kann zum Beispiel in einem drahtlosen Kommunikationsnetzwerk durch die Übertragung einer entsprechenden Datei mit dem Computerprogramm-Produkt oder dem Computerprogramm-Mittel erfolgen.
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Weiter wird eine Vorrichtung zum Einstellen einer Bestromungsdauer zum Bestromen eines Starters eines Startersystems, beispielsweise eines Start-Stopp-Systems, vorgeschlagen. Die Vorrichtung hat ein Bestromungsmittel zum Bestromen des Starters beim Einspuren eines Starterritzels des Starters in einen auslaufenden Motor für eine bestimmte Bestromungsdauer, ein Abschaltmittel zum Abschalten des Bestromens bei Erreichen der bestimmten Bestromungsdauer, ein Messmittel zum Messen einer beim Abschalten der Bestromung induzierten Spannung, ein Vergleichsmittel zum Vergleichen der gemessenen induzierten Spannung und einer Referenz-Spannung und ein Einstellmittel zum Einstellen der Bestromungsdauer in Abhängigkeit des Vergleichs.
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Das jeweilige Mittel, insbesondere das Bestromungsmittel, das Abschaltmittel, das Messmittel, das Vergleichsmittel und das Einstellmittel, kann hardwaretechnisch oder auch softwaretechnisch implementiert sein. Bei einer hardwaretechnischen Implementierung kann das jeweilige Mittel als Vorrichtung, zum Beispiel als Computer oder Mikroprozessor, Vorrichtung oder auch als Teil eines Systems, zum Beispiel als Computer-System, ausgebildet sein. Bei einer softwaretechnischen Implementierung kann das jeweilige Mittel als Computerprogrammprodukt, als eine Funktion, als eine Routine, als Teil eines Programmcodes oder als ausführbares Objekt ausgebildet sein.
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Ferner wird ein Startersystem vorgeschlagen, welches eine wie oben erläuterte, erfindungsgemäße Vorrichtung zum Einstellen einer Bestromungsdauer zum Bestromen eines Starters des Startersystems, beispielsweise eines Start-Stopp-Systems, eines Fahrzeugantriebs aufweist.
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Im Sinne der vorliegenden Anmeldung ist ein Fahrzeug ein Personenkraftwagen (Pkw), ein Lastkraftwagen (Lkw) oder ein Nutzkraftfahrzeuge (Nkw) oder ein Motorrad.
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In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des in Anspruch 1 angegebenen Verfahrens.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung wird eine Drehzahl des Starters in Abhängigkeit der gemessenen induzierten Spannung ermittelt.
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Vorteilhafterweise können dadurch die Standardbedingungen, insbesondere die abgelegte Bestromungsdauer, in Abhängigkeit der jeweils aktuell ermittelten Drehzahl oder Starterdrehzahl angepasst werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird die ermittelte Drehzahl mit einer Referenzdrehzahl verglichen und abhängig davon wird die Bestromungsdauer eingestellt. Damit kann die jeweilige Bestromungsdauer adaptiv eingestellt werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird das Einspuren in den auslaufenden Motor abgebrochen, falls die ermittelte Drehzahl größer als ein oberer Drehzahl-Schwellwert ist.
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Unterschiedliche Faktoren können dazu führen, dass der Starter nach einer Anwendung der in der Nachschlagtabelle hinterlegten und damit gewählten Bestromungsdauer tatsächlich schneller ist. Solche Faktoren sind zum Beispiel ein niederohmiges Bordnetz, eine niederohmige Batterie oder niederohmige Bürsten- und Kupferwiderstände im Starter. Ist der Starter dann tatsächlich schneller als erwartet, induziert er auch eine höhere Spannung nach Bestromungsende bzw. nach dem Abschalten des Bestromens. Abhängig vom Drehzahlüberschuss kann die Bestromungsdauer bei der nächsten Bestromung reduziert werden.
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Bei einem allzu hohen Drehzahlüberschuss, der dann detektiert wird, falls die ermittelte Drehzahl größer als ein oberer bestimmter Drehzahlschwellwert ist, wird das Einspuren in den auslaufenden Motor abgebrochen. Stattdessen wird ein Einspuren in den Stillstand durchgeführt, um eine allzu starke Geräuschbildung und hohen Verschleiß zu vermeiden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird das Starterritzel beim nächsten Startvorgang später vorgespurt, falls die ermittelte Drehzahl kleiner als ein unterer Drehzahl-Schwellwert.
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Ist der Starter aktuell zu langsam, weil das Bordnetz, die Batterie oder der Starter hochohmiger sind als erwartet, kann bei der nächsten Bestromung die Ansteuerdauer oder Bestromungsdauer verlängert werden. Zudem kann das Starterritzel vorteilhafterweise etwas später als ursprünglich gemäß der Nachschlagtabelle geplant vorgespurt werden, um mit einer entsprechend geringeren Motordrehzahl synchronisiert zu werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird eine Nachschlagtabelle vorgesehen, in welcher eine Zuordnung der Referenzdrehzahl des Starters zu der Bestromungsdauer gespeichert wird.
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Das Beispiel der Nachschlagtabelle ist die einfachste Möglichkeit, die jeweilige Referenzdrehzahl und die entsprechende Bestromumgsdauer in zugeordneter Weise abzulegen. Damit ergibt sich ein schneller Vergleich im Betrieb.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird die jeweilige, der entsprechenden Referenzdrehzahl zugeordnete Bestromungsdauer in Abhängigkeit des Vergleichs zwischen der ermittelten Drehzahl und der entsprechenden Referenz-Drehzahl eingestellt.
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Damit ergibt sich vorteilhafterweise eine einfache und geordnete Speichermöglichkeit von Referenzdrehzahl und zugeordneter Bestromungsdauer.
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Ferner wird ein Verfahren zum Bestromen eines Starters eines Startersystems, beispielsweise eines Start-Stopp-Systems, vorgeschlagen. Das Verfahren hat die Schritte des Einstellens einer Bestromungsdauer zum Bestromen des Starters des Startersystems gemäß dem oben erläuterten Verfahren und des Bestromens des Starters für die eingestellte Bestromungsdauer.
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Des Weiteren wird eine Anordnung zum Bestromen eines Starters eines Startersystems, beispielsweise eines Start-Stopp-Systems, vorgeschlagen. Die Anordnung hat die oben erläuterte Vorrichtung zum Einstellen einer Bestromungsdauer zum Bestromen des Starters und ein Bestromungsmittel zum Bestromen des Starters für die eingestellte Bestromungsdauer.
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Weiterhin wird ein Startersystem vorgeschlagen, welches einen Starter und die oben erläuterte Anordnung zum Bestromen des Starters hat.
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Weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Einstellen einer Bestromungsdauer zum Bestromen eines Starters eines Startersystems,
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2 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Einstellen einer Bestromungsdauer zum Bestromen eines Starters eines Startersystems,
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3 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Einstellen einer Bestromungsdauer zum Bestromen eines Starters eines Startersystems,
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4 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Bestromen eines Starters eines Startersystems, und
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5 ein schematisches Diagramm zur Darstellung der Veränderungen einer Referenzlinie bei einem schnell hochlaufenden Starter und bei einem langsam hochlaufenden Starter.
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In 1 ist ein schematisches Ablaufdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Einstellen einer Bestromungsdauer zum Bestromen eines Starters eines Startersystems dargestellt. Das erste Ausführungsbeispiel nach 1 weist die Verfahrensschritte 101 bis 103 auf. Im Verfahrensschritt 101 wird der Starter beim Einspuren eines Starterritzels des Starters in einen auslaufenden Motor für eine bestimmte Bestromungsdauer bestromt. Im Verfahrensschritt 102 wird das Bestromen bei Erreichen der bestimmten Bestromungsdauer abgeschaltet und dabei wird die induzierte Spannung gemessen. Insbesondere wird die induzierte Spannung an der Klemme 45 des Starters gemessen.
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Insbesondere wird im Verfahrensschritt 103 die gemessene induzierte Spannung mit einer Referenzspannung verglichen und abhängig davon wird die Bestromungsdauer eingestellt. Dabei wird insbesondere für eine bestimmte Bestromungsdauer, zum Beispiel für x ms, hochgedreht, weil man nach dieser Bestromungsdauer eine gewisse Drehzahl erwartet. Nach dem Bestromungsende wird die Spannung gemessen und geprüft, ob die richtige Geschwindigkeit erreicht wurde oder nicht. Ggf. Anpassung der Andrehdauer (Anpassung oder Skalierung der Referenzlinie.
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2 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels zum Einstellen einer Bestromungsdauer zum Bestromen eines Starters eines Startersystems mit den Verfahrensschritten 201 bis 204.
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Im Verfahrensschritt 201 wird der Starter beim Einspuren eines Starterritzels des Starters in einen auslaufenden Motor für eine bestimmte Bestromungsdauer bestromt. Im Verfahrensschritt 202 wird das Bestromen bei Erreichen der bestimmten Bestromungsdauer abgeschaltet und dabei wird die induzierte Spannung gemessen.
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Im Verfahrensschritt 203 wird eine Drehzahl des Starters in Abhängigkeit der gemessenen induzierten Spannung ermittelt.
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Im Verfahrensschritt 204 wird die ermittelte Drehzahl mit einer Referenzdrehzahl verglichen und abhängig davon wird die Bestromungsdauer in der Referenztabelle korrigiert.
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Vorzugsweise wird eine Nachschlagtabelle (Look-Up-Table, LUT) vorgesehen, in welcher eine Zuordnung der Referenzdrehzahl des Starters zu der Bestromungsdauer gespeichert wird. In einem solchen Fall wird die jeweilige, der entsprechenden Referenzdrehzahl zugeordnete Bestromungsdauer in Abhängigkeit des Vergleichs zwischen der ermittelten Drehzahl und der entsprechenden Referenz-Drehzahl eingestellt.
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In 3 ist ein schematisches Ablaufdiagramm eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Einstellen einer Bestromungsdauer zum Bestromen eines Starters eines Startersystems dargestellt, welches die Verfahrensschritte 301 bis 307 aufweist. Dabei entsprechen die Verfahrensschritte 301 bis 303 der 3 den Verfahrensschritten 201 bis 203 der 2, welche zur Vermeidung von Wiederholungen hier nicht erneut erläutert werden.
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In Abhängigkeit der im Verfahrensschritt 303 in Abhängigkeit der gemessenen induzierten Spannung ermittelten Drehzahl des Starters werden die Verfahrensschritte 304 bis 307 durchgeführt.
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Im Verfahrensschritt 304 wird die ermittelte Drehzahl mit Referenzdrehzahlen, insbesondere mit einem oberen Drehzahl-Schwellwert und mit einem unteren Drehzahl-Schwellwert, verglichen.
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Ist die ermittelte Drehzahl größer als der obere Drehzahl-Schwellwert, so wird im Verfahrensschritt 305 das Einspuren in den auslaufenden Motor abgebrochen. Zudem wird die Andrehdauer für das nächste Mal korrigiert. Die Korrektur wird vorzugsweise in der Nachschlagtabelle abgelegt.
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Liegt die ermittelte Drehzahl in einem Toleranzbereich, insbesondere zwischen dem oberen Drehzahl-Schwellwert und dem unteren Drehzahl-Schwellwert, so wird die Nachschlagtabelle im Verfahrensschritt 306 gegebenenfalls korrigiert.
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Ist die ermittelte Drehzahl kleiner als der untere Drehzahl-Schwellwert, so wird im Verfahrensschritt 307 das Starterritzel später als geplant vorgespurt, um mit einer entsprechend geringeren Motordrehzahl synchronisiert zu werden. Zudem wird die Andrehdauer für das nächste Mal korrigiert. Die Korrektur wird vorzugsweise in der Nachschlagtabelle abgelegt.
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4 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Bestromen eines Starters eines Startersystems, welches die Verfahrensschritte 401 und 402 aufweist.
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Im Verfahrensschritt 401 wird die Bestromungsdauer zum Bestromen des Starters des Startersystems beispielsweise wie nach einem Ausführungsbeispiel der 1–3 eingestellt.
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Im Verfahrensschritt 402 wird der Starter für die gemäß dem Verfahrensschritt 401 eingestellte Bestromungsdauer bestromt.
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Ein Beispiel für die Funktionsweise der Erfindung ist in der 5 dargestellt. Dabei zeigt die 5 ein schematisches t-D-Diagramm zur Darstellung der Veränderungen einer Referenzlinie 501 bei einem schnell hochlaufenden Starter und bei einem langsam hochlaufenden Starter. In 5 bezeichnen t die Zeit in ms, D die Drehzahl des Starters in 103/min, 501 die in der Nachschlagtabelle hinterlegte Referenzlinie und 508 die Zieldrehzahl. Weiter zeigen die Kurven 502 und 503 Beispiele für einen schnell hochlaufenden Starter. Der Pfeil 504 illustriert hierbei die Verbiegung der Referenzlinie 501 bei einem aktuell schnell hochlaufenden Starter hin zur D-Achse. Ferner zeigen die Kurven 505 und 506 Beispiele für einen langsam hochlaufenden Starter. Dabei illustriert der Pfeil 507 die Verbiegung der Referenzlinie 501 bei einem aktuell langsam hochlaufenden Starter hin zur t-Achse.
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Des Weiteren werden die in der Nachschlagtabelle abgelegten Parameter oder Reglerparameter insbesondere unterschiedlich ausgewählt. Dabei wird insbesondere versucht, die Andrehdauer bzw. die Bestromungsdauer für den nächsten Bestromungsvorgang direkt so zu verändern, dass die gewünschte Zieldrehzahl gemäß 5 erreicht wird. Damit werden große Änderungen von Mal zu Mal möglich und die Anfälligkeit für die Verstärkung von Messungenauigkeiten bei der Auswertung der induzierten Spannung kann sehr groß werden. Des Weiteren ist denkbar, eine Begrenzung der Änderung der Bestromungsdauer zum nächsten Mal auf kleine Schritte vorzusehen. Dies kommt einer Anpassung an ein sich nur langsam änderndes Bordnetz näher.
