DE102011004156A1

DE102011004156A1 - Circuit arrangement, method for operating it and starting device

Info

Publication number: DE102011004156A1
Application number: DE102011004156A
Authority: DE
Inventors: Karl-Otto Schmidt
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: SEG Automotive Germany GmbH
Priority date: 2011-02-15
Filing date: 2011-02-15
Publication date: 2012-08-16
Also published as: CN103380290A; WO2012110390A1; CN103380290B; EP2676028B1; EP2676028A1; HUE038271T2

Abstract

Es wird eine Schaltungsanordnung (1) für eine elektrische Maschine (2) beschrieben, insbesondere für eine Startvorrichtung mit einem Startermotor (2) zum Starten einer Brennkraftmaschine (15), in einem Kraftfahrzeug, mit einer Strombegrenzungsvorrichtung (3) zum Begrenzen eines Einschaltstroms der elektrischen Maschine (2), mit einer Überbrückungsvorrichtung (4) zum Überbrücken der Strombegrenzungsvorrichtung (3), wobei die Überbrückungsvorrichtung (4) direkt an ein hohes Potential einer Spannungsquelle (10) schaltbar ist. Um eine stabile Schaltungsanordnung und Startvorrichtung mit langer Lebensdauer einfach auszuführen, umfasst die Überbrückungsvorrichtung (4) einen Kontaktöffner und der Kontaktöffner ist in einem Strompfad (83) ausgebildet, so dass der Kontaktöffner direkt an einem Steuerschalter (8) der elektrischen Maschine (2) schaltbar ist.The invention relates to a circuit arrangement (1) for an electric machine (2), in particular for a starter motor (2) for starting an internal combustion engine (15) in a motor vehicle, having a current limiting device (3) for limiting an inrush current of the electric motor Machine (2), with a bridging device (4) for bridging the current limiting device (3), wherein the bridging device (4) is directly switchable to a high potential of a voltage source (10). In order to easily implement a stable circuit arrangement and starting device with a long service life, the lockup device (4) comprises a contact opener and the contact opener is formed in a current path (83) so that the contact opener can be switched directly to a control switch (8) of the electrical machine (2) is.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung für eine elektrische Maschine, insbesondere für eine Startvorrichtung mit einem Startermotor zum Starten einer Brennkraftmaschine, in einem Kraftfahrzeug, mit einer Strombegrenzungsvorrichtung zum Begrenzen eines Einschaltstroms der elektrischen Maschine, mit einer Überbrückungsvorrichtung zum Überbrücken der Strombegrenzungsvorrichtung, wobei die Überbrückungsvorrichtung direkt an ein hohes Potential einer Spannungsquelle schaltbar ist.The invention relates to a circuit arrangement for an electric machine, in particular for a starting device with a starter motor for starting an internal combustion engine, in a motor vehicle, with a current limiting device for limiting a switch-on of the electric machine, with a lock-up device for bypassing the current limiting device, wherein the lock-up device directly to a high potential of a voltage source is switchable.

Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zum Betreiben einer, insbesondere oben beschriebenen, Schaltungsanordnung für eine elektrische Maschine, insbesondere für eine Startvorrichtung mit einem Startermotor zum Starten einer Brennkraftmaschine, in einem Kraftfahrzeug, mit einer Strombegrenzungsvorrichtung zum Begrenzen eines Einschaltstroms der elektrischen Maschine und einer Überbrückungsvorrichtung zum zeitweisen Überbrücken der Strombegrenzungsvorrichtung.The invention further relates to a method for operating a, in particular above-described, circuit arrangement for an electrical machine, in particular for a starting device with a starter motor for starting an internal combustion engine, in a motor vehicle, with a current limiting device for limiting an inrush of the electric machine and a Bridging device for temporary bridging of the current limiting device.

Außerdem bezieht sich die Erfindung auf eine Startvorrichtung zum Starten einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug mit einer, insbesondere oben beschriebenen, Schaltungsanordnung, mit einem Startermotor und mit einer Strombegrenzungsvorrichtung zum Begrenzen eines Einschaltstroms des Startermotors und mit einer Überbrückungsvorrichtung zum Überbrücken der Strombegrenzungsvorrichtung, wobei die Überbrückungsvorrichtung mittels eines hohen Potentials einer Spannungsquelle schaltbar ist.In addition, the invention relates to a starting device for starting an internal combustion engine in a motor vehicle with, in particular described above, with a starter motor and a current limiting device for limiting an inrush of the starter motor and with a lock-up device for bypassing the current limiting device, wherein the lock-up device means a high potential of a voltage source is switchable.

Es sind Startvorrichtungen bekannt, die eine Brennkraftmaschine starten. Zum Starten der Brennkraftmaschine wird ein Starterritzel in einen Zahnkranz der Brennkraftmaschine mittels einem als Einspurvorrichtung ausgebildeten Starterrelais eingespurt. Dabei wird gleichzeitig von dem Relais eine Kontaktbrücke zwischen zwei Kontakten geschlossen, die einen Stromkreis für die elektrische Maschine zu einer Stromquelle schließt, wobei der Stromkreis auf hohe Ströme bis zu 1000 bzw. 1500 Ampere bei ca. 12 bis 13 Volt ausgelegt ist. Damit das Starterritzel den Zahnkranz problemlos einspurt und eine Zahn-auf-Zahn-Stellung vermieden wird, wird das Starterritzel über ein Steilgewinde eingespurt. Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die elektrische Maschine leicht angedreht wird, wobei der Stromkreis über einen Vorwiderstand geführt ist. Sobald die Brennkraftmaschine gestartet ist, spurt das Starterritzel aus dem Zahnkranz durch das Starterrelais als Anker aus, und der Stromkreis der elektrischen Maschine wird von der Kontaktbrücke unterbrochen.There are known starting devices which start an internal combustion engine. To start the internal combustion engine, a starter pinion is meshed with a ring gear of the internal combustion engine by means of a starter relay designed as a single-track device. At the same time a contact bridge between two contacts is closed by the relay, which closes a circuit for the electrical machine to a power source, the circuit is designed for high currents up to 1000 or 1500 amps at about 12 to 13 volts. The starter pinion is meshed via a coarse thread so that the starter pinion meshes in the sprocket without any problems and a tooth-on-tooth position is avoided. In addition, it can be provided that the electric machine is easily turned on, wherein the circuit is guided via a series resistor. Once the engine is started, the starter pinion spurts out of the ring gear through the starter relay as an anchor, and the circuit of the electrical machine is interrupted by the contact bridge.

Die hohe Stromabnahme beim Starten einer Brennkraftmaschine führt dazu, dass die Batteriespannung von ursprünglich 12 Volt auf ca. 6 Volt und gegebenenfalls tiefer einbricht. Der Einbruch ist abhängig von Umgebungsparametern wie Temperatur und Batterieladezustand, der Baugröße, dem ohmschen Widerstand des Ankers, dem Spannungsabfall an den Kohlebürsten und den Zuleitungskablen. Weitere elektrische Verbraucher wie beispielsweise Steuergeräte, Kraftstoffpumpe und Scheinwerfer können gegebenenfalls nicht mehr ausreichend mit elektrischer Energie versorgt werden, so dass diese vom Starten beeinträchtigt werden. Dies ist bei einem sogenannten Kaltstart d. h. bei einem Start einer Brennkraftmaschine vor Betriebsbeginn des Fahrzeugs unkritisch. Kritischer ist dies beziehungsweise unbefriedigender für die Fahrzeuginsassen ist es, bei einem Start-Stopp-Betrieb des Kraftfahrzeugs. Beispielsweise werden elektrische Verbraucher beim Wiederstart der Brennkraftmaschine an einer Ampel oder im Stau derart beeinträchtigt, dass diese die nötige Batterieleistung nicht bekommen und somit zumindest kurzzeitig aussetzen. Dies ist unerwünscht.The high current decrease when starting an internal combustion engine causes the battery voltage from originally 12 volts to about 6 volts and possibly deeper breaks. The burglary is dependent on environmental parameters such as temperature and battery state of charge, the size, the resistance of the armature, the voltage drop across the carbon brushes and the feeder cables. Further electrical consumers such as control units, fuel pump and headlights may possibly not be sufficiently supplied with electrical energy, so that they are affected by the start. This is at a so-called cold start d. H. at a start of an internal combustion engine before operation of the vehicle is not critical. This is more critical or unsatisfactory for the vehicle occupants, in a start-stop operation of the motor vehicle. For example, electrical consumers are affected at the restart of the engine at a traffic light or in a traffic jam in such a way that they do not get the necessary battery power and thus at least temporarily suspend. This is undesirable.

Dem Anmelder ist bekannt, dass zur Begrenzung des Spannungseinbruchs eine Strombegrenzungsvorrichtung zumindest kurzzeitig beim Starten der Brennkraftmaschine eingesetzt werden kann, um den Spannungseinbruch zu reduzieren, indem die elektrische Maschine mit einem reduzierten Strom über einen Vorwiderstand beaufschlagt wird. Der Vorwiderstand ist dabei im Hauptstrompfad der elektrischen Maschine so geschaltet, dass auch hierüber hohe Ströme bis zu 600 A und mehr Ampere fließen können. Ist die Brennkraftmaschine angelaufen, so wird über eine Überbrückungsvorrichtung die Strombegrenzungsvorrichtung überbrückt und der Startermotor mit einem maximalen Strom beaufschlagt. Ein großer Spannungseinbruch zu diesem Zeitpunkt überwunden. Somit tritt ein nur noch vertretbarer kleiner Spannungseinbruch auf. Der Spannungseinbruch reduziert sich beispielsweise auf nur noch einen Bereich von 10 bis 20 Prozent von einem Bereich vorher von 50 bis 60 Prozent.The Applicant is aware that to limit the voltage dip, a current limiting device can be used at least for a short time when starting the internal combustion engine to reduce the voltage drop by the electrical machine is subjected to a reduced current via a series resistor. The series resistor is connected in the main current path of the electric machine so that high currents of up to 600 A and more amperes can flow over it as well. If the internal combustion engine has started, the current limiting device is bypassed via a bridging device and the starter motor is subjected to a maximum current. A large voltage dip at this time overcame. Thus, an only acceptable small voltage dip occurs. For example, the voltage dip reduces to only a range of 10 to 20 percent of an area previously 50 to 60 percent.

Dem Anmelder ist ferner bekannt, einen Vorwiderstand im Hauptstrompfad des Startermotors vorzusehen, der über eine Überbrückungsvorrichtung, die als Kontaktschließer ausgebildet ist, zu überbrücken, wenn der Startermotor bereits angedreht ist und eine gewisse Drehzahl erreicht hat, so dass der Spannungseinbruch, wie oben beschrieben, höchstens 10 bis 20 Prozent beträgt.The Applicant is also known to provide a series resistor in the main current path of the starter motor, which is bridged over a bridging device, which is designed as a contact closer, when the starter motor is already turned on and has reached a certain speed, so that the voltage dip, as described above, at most 10 to 20 percent.

Es ist Aufgabe der Erfindung eine Schaltungsanordnung, ein Verfahren und eine Startvorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass die Schaltungsanordnung und somit die Startvorrichtung über die Lebensdauer möglichst stabil und sicher arbeitet.It is an object of the invention, a circuit arrangement, a method and a starting device of the type mentioned in such a way that the circuit arrangement and thus the starting device over the life as stable and safe works.

Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch den Gegenstand der Patentansprüche 1, 7 und 8 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.According to the invention the object is achieved by the subject matter of claims 1, 7 and 8. The dependent claims define preferred embodiments of the invention.

Es ist ein Gedanke der Erfindung, eine dem Anmelder bekannte Schaltungsanordnung derart weiterzubilden, so dass, falls die Überbrückungsvorrichtung fehlerhaft arbeitet oder ausfällt und somit der Vorwiderstand zerstört werden würde, eine Funktionsuntüchtigkeit der Startvorrichtung vermieden wird.It is an idea of the invention to develop a circuit arrangement known to the Applicant, so that if the bridging device malfunctions or fails and thus the series resistor would be destroyed, a failure of the starting device is avoided.

Es ist somit ein Gedanke der Erfindung, aus diesem Grund die Überbrückungsvorrichtung als Kontaktöffner auszubilden, wobei der Kontaktöffner in dem Strompfad derart ausgebildet ist, so dass der Kontaktöffner direkt an einen Steuerschalter der elektrischen Maschine schaltbar ist. Somit wird der als Überbrückungsvorrichtung ausgebildete Kontaktöffner direkt ohne Verzögerung mit Spannung beaufschlagt, wenn der Steuerschalter zur Ansteuerung einer Startvorrichtung geschlossen wird. Der Kontaktöffner trennt somit den Hauptstrompfad schnell, so dass die elektronische Maschine über eine Strombegrenzungsvorrichtung anlaufen muss. Im Fehlerfall des Kontaktöffners ist dagegen die Strombegrenzungsvorrichtung ständig überbrückt. Es ist also der herkömmliche Strompfad mit maximaler Strombeaufschlagung freigeschaltet, wie bei einem konventionellen Kaltstart. Die Gefahr, dass bei einem Funktionsausfall der Überbrückungsvorrichtung die Strombegrenzungsvorrichtung einen thermischen Schaden erleidet, wird somit mit dem direkt geschalteten Kontaktöffner quasi selbsttätig oder automatisch vermieden.It is therefore an idea of the invention to form the lock-up device as a contact opener for this reason, wherein the contact opener is formed in the current path such that the contact opener can be switched directly to a control switch of the electric machine. Thus, the trained as a bridging contact opener is applied directly without delay with voltage when the control switch is closed to control a starting device. The contact opener thus separates the main current path quickly, so that the electronic machine must start via a current limiting device. In the case of failure of the contact opener, however, the current limiting device is constantly bridged. So it is the conventional current path with maximum current exposure enabled, as in a conventional cold start. The risk that the current limiting device suffers thermal damage in the event of a functional failure of the bridging device is thus virtually automatically or automatically avoided with the directly switched contact opener.

Die Überbrückungsvorrichtung wird wieder gelöst, indem der Startermotor beziehungsweise die elektrische Maschine mit Spannung beaufschlagt wird und somit eine Spannung induziert, so dass ein Spannungsabfall an der elektrischen Maschine zu einer Reduktion der Spannung an der Überbrückungsvorrichtung führt, was wiederum dazu führt, dass der Schaltkontakt vom Kontaktöffner im Hauptstrompfad wieder geschlossen wird. Dieser Vorgang dauert bevorzugt solange, dass eine sogenannte Kurzschlussphase dass heißt, die Zeitdauer in dem ein Spannungseinbruch stattfinden könnte überwunden wird, so dass wie bereits oben beschrieben ein Spannungseinbruch deutlich reduziert wird.The lock-up device is released again by the voltage is applied to the starter motor or the electric machine and thus induces a voltage, so that a voltage drop across the electric machine leads to a reduction of the voltage at the lock-up device, which in turn leads to the switching contact of the Contact opener in the main circuit path is closed again. This process preferably takes so long that a so-called short-circuit phase that is, the time duration in which a voltage dip could take place, so that as already described above, a voltage dip is significantly reduced.

Um noch definierter die zu überbrückende Zeitdauer typabhängig einzustellen, ist bevorzugt eine Schaltverzögerungseinrichtung in einer Potential-Masse-Strompfadrichtung im Strompfad hinter dem Kontaktöffner angeordnet. Somit wird bei Spannungsbeaufschlagung des Kontaktöffners dieser zuerst aktiviert und die Verzögerung zum Schließen des geöffneten Kontakts wird vorher durch die Schaltverzögerungseinrichtung festeingestellt.In order to set the duration to be bridged in a more defined manner depending on the type, a switching delay device is preferably arranged in a potential-ground current path direction in the current path behind the contact opener. Thus, when voltage is applied to the contact opener, it is first activated and the delay to close the open contact is previously set by the switching delay device.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Schaltverzögerungseinrichtung ein passives Bauelement, insbesondere einen Widerstand. Dies hat den Vorteil, dass das passive Bauelement deutlich kostengünstiger ausgeführt sein kann, als eine Spule. Außerdem wird die gespeicherte Energie der Spule im Kontaktöffner, das heißt dem schaltenden Relais, gleichmäßig belastet.According to an advantageous embodiment, the switching delay device comprises a passive component, in particular a resistor. This has the advantage that the passive component can be made significantly cheaper than a coil. In addition, the stored energy of the coil in the contact opener, that is, the switching relay, evenly loaded.

Gemäß einer bevorzugten oder zusätzlichen Ausführungsform, um eine stabile Konstruktion zu erzielen, umfasst die Schaltverzögerungseinrichtung ein passives Bauelement, insbesondere eine Spule. Mit einer Spule, die auf dem Kern der Relaisspule vom Kontaktöffner angeordnet sein kann, lässt sich gegenüber einem vergleichbaren ohmschen Widerstand die Abschaltzeit je nach Bestromungsrichtung der Spule verzögern oder verkürzen. Die Abschaltzeit wird verzögert, wenn die Bestromungsrichtung und die Bewicklungsrichtung in beiden Spulen gleichgerichtet ist. Die Abschaltzeit wird verkürzt, wenn die zusätzliche Spule in entgegengesetzter Richtung der Spule vom Kontaktöffner bestromt beziehungsweise bewickelt ist.According to a preferred or additional embodiment, in order to achieve a stable construction, the switching delay device comprises a passive component, in particular a coil. With a coil which can be arranged on the core of the relay coil from the contact opener, the turn-off time can be delayed or shortened in comparison to a current through which the coil is energized compared to a comparable ohmic resistance. The turn-off time is delayed when the energization direction and the winding direction in both coils are rectified. The turn-off time is shortened when the additional coil is energized or wound in the opposite direction of the coil from the contact opener.

Weiter bevorzugt umfasst die Schaltungsanordnung eine erste Schaltvorrichtung, über die die elektrische Maschine mit Spannung beaufschlagbar ist und wobei im Strompfad eine Überbrückungsvorrichtung eine Sicherheitseinrichtung, insbesondere in Form einer Diode, nachgeschaltet ist. Die Schaltvorrichtung hat den Vorteil, dass mit der Schaltvorrichtung hohe Ströme bis oder über 1000 Ampere kurzzeitig geschaltet werden können und diese Schaltvorrichtung mit kleinen Strömen über den Steuerschalter schaltbar ist. Damit beim Ausschalten der elektrischen Maschine die Schaltvorrichtung nicht von der Überbrückungsvorrichtung, die bevorzugt als Relais mit einer Spule ausgebildet ist, diese aufgrund induktiver Spannung die Schaltvorrichtung mit Strom speist, was zu Fehlfunktionen und Beschädigungen der elektrischen Maschine führen könnte, ist bevorzugt eine Diode zum Sperren des Stromes in entgegengesetzter Richtung als Sicherheitseinrichtung nachgeschaltet.Further preferably, the circuit arrangement comprises a first switching device, via which the electrical machine can be acted upon by voltage and wherein in the current path a bridging device is a safety device, in particular in the form of a diode, connected downstream. The switching device has the advantage that with the switching device high currents up to or over 1000 amps can be switched briefly and this switching device with small currents via the control switch is switchable. Thus, when switching off the electrical machine, the switching device is not of the lock-up device, which is preferably designed as a relay with a coil, this feeds the switching device with power due to inductive voltage, which could lead to malfunction and damage to the electrical machine, is preferably a diode for blocking downstream of the current in the opposite direction as a safety device.

Um eine Startvorrichtung möglichst effizient auszubilden, so dass eine nicht allzu hohe thermische Belastung auftritt, umfasst die erste Schaltvorrichtung bevorzugt eine Einzugswicklung und eine Haltewicklung, wobei die Einzugswicklung masseseitig an der Potentialseite der elektrischen Maschine, insbesondere an einem Strompfad knoten mit der Masse der Überbrückungsvorrichtung geschaltet ist. Die Haltewicklung ist dagegen direkt mit der Masseseite der Stromquelle verbunden. Eine derartige Schaltung hat den Vorteil, dass die Einzugswicklung kurzzeitig bestromt wird, und diese niederohmig ist und die Haltewicklung hochohmig ist und somit einen geringeren Haltestrom benötigt.In order to form a starting device as efficiently as possible, so that a not too high thermal load occurs, the first switching device preferably comprises a pull-in winding and a holding winding, the pull-in winding on the ground side on the potential side of the electric machine, in particular on a current path knot connected to the ground of the bridging device is. The holding winding, however, is connected directly to the ground side of the power source. Such Circuit has the advantage that the pull-in winding is energized for a short time, and this is low-resistance and the holding winding is high-impedance and thus requires a lower holding current.

Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren dadurch gelöst, dass nach einem Einschalten eines Steuerschalters die Überbrückungsvorrichtung mit Spannung beaufschlagt wird und in Folge dessen ein Hauptstrompfad des Startermotors von der Überbrückungsvorrichtung als Kontaktöffner unterbrochen wird, wobei der Hauptstrompfad von einer ersten Schaltvorrichtung geschlossen wird und die elektrische Maschine über die Strombegrenzungsvorrichtung mit Spannung beaufschlagt wird, wobei in Folge eines Spannungsabfalls am Startermotor die Spannung der zur elektrischen Maschine in Reihe geschalteten Überbrückungsvorrichtung abfällt, so dass der Hauptstrompfad von der Überbrückungsvorrichtung wieder geschlossen wird und die Strombegrenzungsvorrichtung überbrückt wird, wobei der Hauptstrompfad von der ersten Schaltvorrichtung unterbrochen wird, sobald die mit Spannung beaufschlagte erste Schaltvorrichtung vom Steuerschalter ausgeschaltet wird. Somit wird durch einen stabilen Aufbau und ein stabiles Verfahren verhindert, dass bei einer Fehlfunktion oder einem Funktionsausfall der Überbrückungsvorrichtung die Spannungsbegrenzungsvorrichtung unnötig hoch belastet wird, so dass eine Zerstörung der Starkstrombegrenzungsvorrichtung vermieden wird. Die Überbrückungsvorrichtung in Form eines zusätzlichen Relais wird, wie bei einem Mono-Flop-Baustein verzögert abgeschaltet und bildet somit eine monostabile Kippstufe in Form eines Kontaktöffners.The object is also achieved by a method in that after turning on a control switch, the lock-up device is supplied with voltage and consequently a main current path of the starter motor is interrupted by the lock-up device as a contact opener, the main current path is closed by a first switching device and the electric Power is applied via the current limiting device, wherein due to a voltage drop across the starter motor, the voltage of the electric machine connected in series bypass device drops, so that the main current path is closed by the lock-up device and the current limiting device is bridged, the main current path of the first Switching device is interrupted when the energized first switching device is turned off by the control switch. Thus, it is prevented by a stable structure and a stable process that in case of malfunction or malfunction of the lock-up device, the voltage limiting device is unnecessarily high load, so that destruction of the high-current limiting device is avoided. The bridging device in the form of an additional relay is, as in a mono-flop module, switched off with a delay and thus forms a monostable flip-flop in the form of a contact opener.

Die Aufgabe wird auch durch eine Startvorrichtung dadurch gelöst, dass die Überbrückungsvorrichtung mittels eines hohen Potentials an einer Spannungsquelle schaltbar ist und die Überbrückungsvorrichtung als Kontaktöffner, bevorzugt als Schaltrelais, ausgebildet ist. Somit ist die Überbrückungsvorrichtung ziemlich schnell schaltbar, Schaltverzögerungselemente sind vor oder in der Überbrückungsvorrichtung nicht angeordnet. Die Startvorrichtung ist einfach aufgebaut und erreicht somit eine lange Lebensdauer.The object is also achieved by a starting device in that the bridging device can be switched by means of a high potential at a voltage source and the bridging device is designed as a contact opener, preferably as a switching relay. Thus, the lockup device is switchable rather quickly, shift delay elements are not arranged in front of or in the lockup device. The starting device is simple and thus achieves a long life.

Um gegebenenfalls die Überbrückungsvorrichtung schnell und einfach auszutauschen oder um die Startvorrichtung an einen gegebenen Bauraum geometrisch effizient anzupassen, ist bevorzugt die Überbrückungsvorrichtung als separates Bauteil zum Startermotor mit einem als erste Schaltvorrichtung dienenden Starterrelais ausgebildet. Die Überbrückungsvorrichtung kann somit an der Brennkraftmaschine oder an der Karosserie separat angeordnet sein.In order optionally to replace the lock-up device quickly and easily, or to geometrically efficiently adapt the starting device to a given installation space, the lock-up device is preferably designed as a separate component to the starter motor with a starter relay serving as a first switching device. The lockup device can thus be arranged separately on the internal combustion engine or on the body.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform sind die Überbrückungsvorrichtungen mit dem Startermotor und dem Starterrelais in einem gemeinsamen Gehäuse oder als gemeinsame Baugruppe ausgebildet. Bei einer solchen Ausführungsform sind bevorzugt Kabel eingesetzt, die mit unter sehr hohe Ströme übertragen. Sicherheitstechnisch ist somit die Startvorrichtung einfach, sicher und kompakt aufgebaut.According to an alternative embodiment, the bridging devices are formed with the starter motor and the starter relay in a common housing or as a common assembly. In such an embodiment, cables are preferably used which transmit with very high currents. In terms of safety, the starting device is thus simple, safe and compact.

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.It goes without saying that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the respectively indicated combination but also in other combinations.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to drawings. Show it:

1 eine erste erfindungsgemäße Schaltungsanordnung, 1 a first circuit arrangement according to the invention,

2 eine Schaltungsanordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform, 2 a circuit arrangement according to a second embodiment,

3 eine Schaltungsanordnung gemäß einer dritten Ausführungsform und 3 a circuit arrangement according to a third embodiment and

4 ein Zeit-Schalt-Diagramm. 4 a time-switching diagram.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

Die 1 zeigt einen schematischen Schaltplan einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 1 für eine elektrische Maschine 2. Die elektrische Maschine 2 ist Teil einer Startvorrichtung 17. Die Startvorrichtung 17 umfasst ferner eine erste Schaltvorrichtung 5, die als Relais mit einer Einzugswicklung 13 und einer Haltewicklung 14 ausgebildet ist, um zum einen mit dem Anker ein Starterritzel 25 in einen Zahnkranz 18 einer Brennkraftmaschine 15 ein- und auszuspuren und zum anderen eine Kontaktbrücke mit einem Schaltkontakt 51 von einem Hauptstrompfad 20 der elektrischen Maschine 2 zwischen einer als Energiequelle dienenden Batterie 10 und dem Startermotor 2 zu schließen und zu öffnen.The 1 shows a schematic circuit diagram of a circuit arrangement according to the invention 1 for an electric machine 2 , The electric machine 2 is part of a starting device 17 , The starting device 17 further comprises a first switching device 5 acting as a relay with a pull-in winding 13 and a holding winding 14 is formed, on the one hand with the anchor a starter pinion 25 in a sprocket 18 an internal combustion engine 15 on and off and on the other a contact bridge with a switching contact 51 from a main stream path 20 the electric machine 2 between a serving as a power source battery 10 and the starter motor 2 to close and open.

Ferner ist als Strombegrenzungseinrichtung ein Anlaufwiderstand 3 als Vorwiderstand dem Startermotor 2 vorgeschaltet. Der Schaltkontakt 51 kann vor oder hinter dem Vorwiderstand 3 angeordnet sein, bevorzugt ist er, wie in der 1 dargestellt, hinter dem Schaltkontakt 51 angeordnet. Die Startvorrichtung 17 wird über einen Steuerschalter 8 mit einem Schaltkontakt 81 angesteuert, der elektrische Energie von der Batterie 10 schaltet, wobei die Schaltströme in einem Nebenstrompfad 30 deutlich niedriger sind als die Schaltströme im Hauptstrompfad 20. Die Schaltströme im Hauptstrompfad 20 können im Bereich von bis ca. 1000 Ampere und mehr betragen. Der Nebenstrompfad 30, der primär die erste Schaltvorrichtung 5 und eine Überbrückungsvorrichtung 4 versorgt, ist für deutlich niedrigere Ströme ausgelegt. Der Anlaufwiderstand 3 wird von einer Überbrückungsvorrichtung 4 erfindungsgemäß überbrückt.Further, as a current limiting device is a starting resistor 3 as a series resistor to the starter motor 2 upstream. The switching contact 51 can be in front of or behind the series resistor 3 be arranged, he is preferred, as in the 1 shown behind the switch contact 51 arranged. The starting device 17 is via a control switch 8th with a switching contact 81 energized, the electrical energy from the battery 10 switches, the switching currents in a secondary current path 30 clear are lower than the switching currents in the main current path 20 , The switching currents in the main current path 20 can be in the range of up to about 1000 amperes and more. The secondary flow path 30 , which is primarily the first switching device 5 and a lock-up device 4 supplied, is designed for significantly lower currents. The starting resistance 3 is from a lock-up device 4 bridged according to the invention.

Die Überbrückungsvorrichtung 4 umfasst ferner eine zweite Schaltvorrichtung 7, die ebenfalls als Relais ausgebildet ist, mit einem zweiten Schaltkontakt 71, um sehr hohe Ströme vom Hauptstrompfad 20 zu schalten. Die Überbrückungsvorrichtung 4 ist als Kontaktöffner vorgesehen, so dass im unbelasteten Zustand der zweiten Schaltvorrichtung 7 von der Überbrückungsvorrichtung 4 der Stromkreis geschlossen ist und der Anlaufwiderstand 3 überbrückt wird. Die Überbrückungsvorrichtung 4 ist direkt am hohen Potential der Batterie 10 geschaltet und wird ebenfalls durch den Steuerschalter 8 angesteuert. Hierfür ist die Überbrückungsvorrichtung 4 am Strompfadknoten 84 des Nebenstrompfads 30 hinter dem Steuerschalter 8 geschaltet.The lock-up device 4 further comprises a second switching device 7 , which is also designed as a relay, with a second switching contact 71 to very high currents from the main current path 20 to switch. The lock-up device 4 is provided as a contact opener, so that in the unloaded state of the second switching device 7 from the lockup device 4 the circuit is closed and the starting resistance 3 is bridged. The lock-up device 4 is directly at the high potential of the battery 10 and is also controlled by the control switch 8th driven. For this purpose, the lock-up device 4 at the current path node 84 of the secondary flow path 30 behind the control switch 8th connected.

Die 2 zeigt eine weitere besondere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 1, wobei die Überbrückungsvorrichtung 4 lediglich modifiziert ist. Zur Einstellung der Schaltverzögerung nach dem Öffnen des Kontaktöffners 7 ist eine Schaltverzögerungseinrichtung 60 vorgesehen, die in der 2 als Bauelement in Form eines Widerstands 61 nachgeschaltet ist. Mit dem ohmschen-Widerstand 61 in Reihe wird die gespeicherte Energie der Spule vom Kontaktöffner 7 linear gleichmäßig belastet, wobei die Abschaltzeit (tau) = der Induktivität (L)/Widerstand (R) ist.The 2 shows a further particular embodiment of the circuit arrangement according to the invention 1 wherein the lock-up device 4 only modified. For setting the switching delay after opening the contact opener 7 is a switching delay device 60 provided in the 2 as a component in the form of a resistor 61 is downstream. With the ohmic resistance 61 in series, the stored energy of the coil from the contact opener 7 linearly uniformly loaded, with the turn-off time (tau) = the inductance (L) / resistance (R).

Zusätzlich ist eine Diode 9 als Sicherheitseinrichtung parallel zur Schaltverzögerungseinrichtung 60 geschaltet, damit beim Ausschalten des Startermotors 2 das Relais 7 nicht umgekehrt bestromt wird und somit dazu führt, dass die erste Schaltvorrichtung 5 den Schaltkontakt 51 wieder schließt, was zu einer Fehlfunktion des Startermotors 2 und somit zu einer vorzeitigen Zerstörung bzw. einem Verschleiß führen könnte. Wie in 1 und 2 gezeigt ist, kann die Überbrückungsvorrichtung 4 als separates Bauteil ausgebildet sein und somit separat an einer herkömmlichen Startvorrichtung 17 angeschlossen bzw. montiert sein oder an der Karosserie oder an der Brennkraftmaschine 15. Die herkömmliche Startvorrichtung 17 ist lediglich in soweit modifiziert, dass sie den Anlaufwiderstand 3 umfasst und zwei Strompfadknoten 32 und 34 vor und hinter dem Anlaufwiderstand 3 aufweist, an die Überbrückungsvorrichtung 4 angeschlossen wird.In addition, there is a diode 9 as safety device parallel to the switching delay device 60 switched, so when you turn off the starter motor 2 the relay 7 is not supplied with electricity in reverse order and thus leads to the first switching device 5 the switching contact 51 closes again, causing a malfunction of the starter motor 2 and thus could lead to premature destruction or wear. As in 1 and 2 is shown, the lock-up device 4 be formed as a separate component and thus separately on a conventional starting device 17 be connected or mounted or on the body or on the internal combustion engine 15 , The conventional starting device 17 is merely modified to the extent that it is the starting resistance 3 includes and two current path nodes 32 and 34 in front of and behind the starting resistor 3 to the lock-up device 4 is connected.

Die 3 zeigt wiederum einen Schaltplan einer Schaltungsanordnung 1 bei der lediglich die Schaltverzögerungseinrichtung 60 dahingehend modifiziert ist, dass statt dem Widerstand 61 eine Spule 62 angeordnet ist. Die Spule 62 ist also in Reihe zum zusätzlichen Relais 7 geschaltet und ist auf eine Zeitdauer so ausgelegt, wie eine Schaltverzögerung vom Kontaktöffner 7 vordefiniert erwünscht wird. Dadurch wird der sogenannte Kurzschlusspunkt, das heißt der unerwünschte Spannungseinbruch durch den Einsatz des Anlaufwiderstands 3 zeitlich überbrückt, wobei der Schaltkontakt 71 offen ist. Mit der Spule 62 kann die Schaltverzögerung verlängert oder verkürzt werden, je nach dem in welcher Richtung die Spule 62 bestromt wird. Bevorzugt ist die Spule 62 auf dem gleichen Eisenkern wie die Spule des Kontaktöffners 7 gewickelt. Ist die Spule 62 in gleicher Richtung gewickelt wie die Spule des Kontaktöffners 7 und wird sie auch in gleicher Richtung bestromt, wird die magnetische Durchflutung beim Abschalten auch verstärkt, so dass ein längeres Abschalten als bei einem vergleichbaren ohmschen Widerstand erfolgt. ⊝ Gesamt = ⊝7 + ⊝62, wobei ⊝ Gesamt = Φ·N²/L The 3 again shows a circuit diagram of a circuit arrangement 1 in which only the switching delay device 60 modified to the effect that instead of the resistance 61 a coil 62 is arranged. The sink 62 So it is in series with the additional relay 7 is switched and is designed for a period of time as a switching delay from the contact opener 7 predefined is desired. As a result, the so-called short-circuit point, that is, the unwanted voltage drop by the use of the starting resistance 3 bridged over time, the switching contact 71 is open. With the coil 62 the switching delay can be lengthened or shortened, depending on the direction in which the coil 62 is energized. The coil is preferred 62 on the same iron core as the coil of the contact opener 7 wound. Is the coil 62 wrapped in the same direction as the coil of the contact opener 7 and if it is also energized in the same direction, the magnetic flux is also amplified when switching off, so that a longer shutdown occurs than with a comparable ohmic resistance. ⊝ total = ⊝7 + ⊝62, where ⊝ total = Φ · N ² / L

Ist dagegen die Spule 62 in der Gegenrichtung zur Spule des Kontaktöffners 7 gewickelt und ist sie auch in der Gegenrichtung bestromt, so wird ein umgekehrter Effekt erzeugt. Die wirksame Durchflutung der Spule des Kontaktöffners 7 wird durch die Durchflutung der zweiten Spule 62 geschwächt, sodass die Abschaltzeit bei einem vergleichbaren ohmschen Widerstand verkürzt wird. ⊝ Gesamt = ⊝7 – ⊝62. Somit ist durch die zusätzlichen in Reihe geschaltete zweite Spule 62 eine effektive weitere Möglichkeit vorhanden, das Zeitverhalten des Begrenzungsmoduls 4 an die jeweilige Anwendungssituation und typspezifisch anzupassen.Is the coil on the other hand 62 in the opposite direction to the coil of the contact opener 7 wound and if it is energized in the opposite direction, so a reverse effect is generated. The effective flooding of the coil of the contact opener 7 is due to the flooding of the second coil 62 weakened, so that the turn-off is shortened at a comparable ohmic resistance. ⊝ total = ⊝7 - ⊝62. Thus, by the additional second coil connected in series 62 an effective further possibility exists, the timing of the limiting module 4 adapted to the particular application situation and type-specific.

Die 4 zeigt in einem Zeit-Schalt-Diagramm verschiedene Schaltzustände von einem Steuerschalter 8 am Schaltkontakt 81, dem zusätzlichen Relais als zweite Schaltvorrichtung 7 am Schaltkontakt 41, dem Strom I an dem zweiten Schaltkontakt 71 und dem Startermotor 2.The 4 shows in a time-switching diagram various switching states of a control switch 8th at the switching contact 81 , the additional relay as a second switching device 7 at the switching contact 41 , the current I at the second switching contact 71 and the starter motor 2 ,

Das Verfahren zum Betreiben der Schaltungsanordnung 1 läuft wie folgt ab. Zu einem Zeitpunkt T0 ist die Schaltungsanordnung in Ruhestellung. Zum Zeitpunkt T1 wird der Steuerschalter 8 geschlossen und die Spannung Nebenstrompfad 30 springt auf die Potentialspannung P zum Zeitpunkt T1. Kurz danach zum Zeitpunkt T2 springt auch die Spannung am Relais 7 auf die Potentialspannung P und dabei wird der Schaltkontakt 71 geöffnet, was mit einer Zustandsänderung zum Zeitpunkt T2 in der 4 dargestellt ist. Genau darunter ist in gestrichelter Linienform eine Zeit-Stromkurve dargestellt, wie sie an der Spule des Relais 7 gemessen werden kann. Der Strom steigt zum Zeitpunkt T2 an bis zum Zeitpunkt T3. Zum Zeitpunkt T3 ist der Schaltkontakt 51 der ersten Schaltvorrichtung 5 geschlossen worden, sodass der Startermotor 2 über den Hauptstrompfad 20 die Spannung beaufschlagt.The method of operating the circuitry 1 runs as follows. At a time T0, the circuit arrangement is at rest. At time T1, the control switch 8th closed and the voltage secondary current path 30 jumps to the potential voltage P at time T1. Shortly thereafter at time T2, the voltage jumps on the relay 7 on the potential voltage P and thereby the switching contact 71 open, indicating a state change at time T2 in the 4 is shown. Just below is shown in dashed line form a time-current curve, as shown on the coil of the relay 7 can be measured. The current increases at time T2 until time T3. At time T3 is the switching contact 51 the first switching device 5 been closed, so the starter motor 2 over the main stream path 20 the voltage applied.

Dadurch dass der Startermotor 2 andreht, sinkt der Strom I wie in der 4 dargestellt ab. Der Stromabfall folgt dabei folgender Formel i = I^–t/tau wobei tau (eine Zeitkonstante) = L/R, wobei L gleich die Induktivität der Spule 7 ist und R der Widerstand der Spule ist.Because of the starter motor 2 turns on, the current I decreases as in the 4 shown off. The current drop follows the following formula: i = I ^{-t / tau} where tau (a time constant) = L / R, where L equals the inductance of the coil 7 and R is the resistance of the coil.

Bis zum Zeitpunkt T4 ist der Strom soweit abgesunken, dass der Schaltkontakt 71 wieder schließt und der Startermotor M2 ab diesem Zeitpunkt über dem Hauptstrompfad 20 mit dem maximalen Strom und der maximalen Spannung beaufschlagt wird. Der Steuerschalter 8 bleibt solange geschlossen, bis die Brennkraftmaschine 15 gestartet ist oder eine andere Ansteuerung notwendig ist. Der Steuerschalter 8 ist beispielsweise ein Zündschlüsselschalter bzw. ein Impuls vom Zündschlüsselschalter oder wird von der Motorsteuerung, beispielsweise für einen Start-Stopp-Betrieb angesteuert. Der Hauptstrompfad 20 wird also von der ersten Schaltvorrichtung 5 erst dann unterbrochen, wenn die Beaufschlagung mit Spannung vom Steuerschalter 8 unterbrochen und somit ausgeschaltet ist. Somit ist der Anlaufwiderstand 3 nur kurzzeitig belastet bei Fehlfunktionen bzw. Nichtfunktionieren der zweiten Schaltvorrichtung 7 ist der Hauptstrompfad 20, wie herkömmlich, geschlossen. Somit ist eine stabile Startvorrichtung und Schaltungsanordnung geschaffen, die über die Lebensdauer hält und einen Spannungseinbruch wirksam im Start-Stopp-Betrieb eines Fahrzeugs verhindert. Alle Figuren zeigen lediglich schematische nicht maßstabsgerechte Darstellungen. Im Übrigen wird insbesondere auf die zeichnerische Darstellungen für die Erfindung verwiesen.Until time T4, the current has dropped so far that the switching contact 71 closes again and the starter motor M2 from this point on the main current path 20 with the maximum current and the maximum voltage is applied. The control switch 8th remains closed until the internal combustion engine 15 is started or another control is necessary. The control switch 8th For example, is an ignition key switch or a pulse from the ignition key switch or is controlled by the engine control, for example, for a start-stop operation. The main stream path 20 So is the first switching device 5 interrupted only when the application of voltage from the control switch 8th interrupted and thus switched off. Thus, the starting resistance 3 only briefly loaded in case of malfunction or non-functioning of the second switching device 7 is the main stream path 20 as usual, closed. Thus, a stable starting device and circuit arrangement is provided, which holds over the life and prevents a voltage dip effectively in the start-stop operation of a vehicle. All figures show only schematic not to scale representations. Incidentally, reference is made in particular to the drawings for the invention.

Claims

Circuit arrangement ( 1 ) for an electric machine ( 2 ), in particular for a starting device with a starter motor ( 2 ) for starting an internal combustion engine ( 15 ), in a motor vehicle, with a current limiting device ( 3 ) for limiting an inrush current of the electric machine ( 2 ), with a bridging device ( 4 ) for bridging the current limiting device ( 3 ), wherein the bridging device ( 4 ) directly to a high potential of a voltage source ( 10 ), the bridging device ( 4 ) a contact opener ( 7 ) and the contact opener ( 7 ) in a current path ( 83 ), so that the contact opener ( 7 ) directly at a control switch ( 8th ) of the electric machine ( 2 ) is switchable.

Circuit arrangement ( 1 ) according to claim 1, characterized in that a switching delay device ( 60 ) in a potential-mass current path direction in the current path behind the contact opener ( 7 ) is arranged.

Circuit arrangement ( 1 ) according to one of claims 1 or 2, characterized in that the switching delay device ( 60 ) a passive component, in particular a coil ( 62 ).

Circuit arrangement ( 1 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the switching delay device ( 60 ) a passive component, in particular a resistor ( 61 ).

Circuit arrangement ( 1 ) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the circuit arrangement ( 1 ) a first switching device ( 5 ), via which the electrical machine ( 2 ) can be acted upon voltage and wherein the current path ( 83 ) of the bridging device ( 4 ) a safety device ( 9 ), in particular a diode, is connected downstream.

Circuit arrangement ( 1 ) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the first switching device ( 5 ) a pull-in winding ( 13 ) and a holding winding ( 14 ), wherein the pull-in winding ( 13 ) mass side at the potential side ( 21 ) of the electric machine ( 2 ), in particular at a current path node ( 24 ) with the mass of the bridging device ( 4 ) is switched.

Method for operating a circuit arrangement ( 1 ), in particular according to one of claims 1 to 6, for an electrical machine ( 2 ), in particular for a starting device ( 17 ) with a starter motor ( 2 ) for starting an internal combustion engine ( 15 ), in a motor vehicle, with a current limiting device ( 3 ) for limiting an inrush current of the electric machine ( 2 ) and a bridging device ( 4 ) for temporary bridging of the current-limiting device ( 3 ), wherein after switching on a control switch, the lock-up device ( 4 ) is applied as a contact opener with voltage and as a result a main current path of the starter motor ( 2 ) from the bridging device ( 4 ) is interrupted, wherein the main current path of a first switching device ( 5 ) and the electric machine ( 2 ) via the current limiting device ( 4 ) is applied, wherein as a result of a voltage drop across the starter motor ( 2 ), the voltage of the bridging device connected in series with the electrical machine ( 4 ), so that the main current path ( 20 ) from the bridging device ( 4 ) is closed again and the current limiting device ( 3 ) is bridged, wherein the main current path of the first switching device ( 5 ) is interrupted as soon as the application of voltage from the control switch ( 8th ) is switched off.

Starting device ( 17 ) for starting an internal combustion engine ( 15 ) in a motor vehicle, with a circuit arrangement ( 1 ), in particular according to one of claims 1 to 8, with a starter motor ( 2 ) and with a current limiting device ( 3 ) for limiting an inrush current of the starter motor ( 2 ) and with a bridging device ( 4 ) for bridging the current limiting device ( 3 ), wherein the bridging device ( 4 ) is switchable by means of a high potential of a voltage source and the bridging device ( 4 ) as a contact opener ( 7 ), preferably as a switching relay, is formed.

Starting device ( 17 ) according to claim 8, wherein the bridging device ( 4 ) Is designed as a separate component to the starter motor with a serving as a first switching device starter relay.

Starting device according to claim 8, wherein the bridging device are formed with the starter motor and the starter relay in a common housing or as a common assembly.