DE102011076540A1

DE102011076540A1 - Starting device for starting internal combustion engine of vehicle, has starter motor, starter relay and starter pinion, which is driven by starter motor and is tracked by starter relay in ring gear of internal combustion engine

Info

Publication number: DE102011076540A1
Application number: DE201110076540
Authority: DE
Inventors: Karl-Otto Schmidt
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: SEG Automotive Germany GmbH
Priority date: 2011-05-26
Filing date: 2011-05-26
Publication date: 2012-11-29

Abstract

The starting device (1) has a starter motor (2), a starter relay (3) and a starter pinion (12), which is driven by the starter motor and is tracked by the starter relay in a ring gear (11) of an internal combustion engine (10). An overload protection device (7) has a sensor device (8) provided as a current detection device. A switch (17) is activated for turning-off the starter motor by the sensor device. A switching logic (18) has a microprocessor with a memory, particularly with a Controller area networkinterface. An independent claim is included for an overload protection method for a starting device of an internal combustion engine.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung bezieht sich auf eine Startvorrichtung zum Starten einer Brennkraftmaschine mit einem Startermotor, einem Starterrelais und mit einem Starterritzel, das vom Startermotor antreibbar ist und mittels des Starterrelais in einen Zahnkranz der Brennkraftmaschine einspurbar ist, wobei die Startvorrichtung mit einer Überlastschutzeinrichtung ausgebildet ist. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren einer Startvorrichtung zum Starten einer Brennkraftmaschine mit einem Startermotor, einem Starterrelais und einer Überlastschutzeinrichtung in einer Schaltungsanordnung, wobei eine Spannungsbeaufschlagung des Startermotors von der Überlastschutzeinrichtung bei Überschreiten einer definierten Schwelle unterbrochen wird.The invention relates to a starting device for starting an internal combustion engine with a starter motor, a starter relay and a starter pinion, which is drivable by the starter motor and can be tracked by the starter relay in a ring gear of the internal combustion engine, wherein the starting device is formed with an overload protection device. The invention further relates to a method of a starting device for starting an internal combustion engine with a starter motor, a starter relay and an overload protection device in a circuit arrangement, wherein a voltage application of the starter motor is interrupted by the overload protection device when a defined threshold is exceeded.

Herkömmliche Startvorrichtungen weisen eine Überlastschutzvorrichtung für Fehler auf, die einen Brand eines Startermotors verhindern sollen. Diese Überlastschutzvorrichtung ist als irreversible Sicherung aufgebaut, so dass eine Stromzufuhr und eine Spannungsbeaufschlagung des Startermotors unterbrochen werden, bis die Startvorrichtung in einer Wartungswerkstatt wieder repariert wird. Das Fahrzeug ist somit nicht mehr einsatzbereit. Dies ist nachteilig.Conventional starting devices have an overload protection device for faults intended to prevent a fire of a starter motor. This overload protection device is constructed as an irreversible fuse, so that a power supply and a voltage application of the starter motor are interrupted until the starting device is repaired in a maintenance workshop again. The vehicle is thus no longer ready for use. This is disadvantageous.

Ferner ist folgender Stand der Technik bekannt.Furthermore, the following prior art is known.

Die DE 27 00 982 C2 beschreibt eine Schaltanordnung für einen Startermotor mit einem Schutzschalter, der von einer Schaltlogik angesteuert wird. Sobald die Schaltlogik durch Auswertung der Strom- und Spannungsbeaufschlagung des Startermotors erkennt, dass eine zu startende Brennkraftmaschine gestartet ist, schaltet die Schaltlogik über den Schutzschalter den Startermotor aus.The DE 27 00 982 C2 describes a switching arrangement for a starter motor with a circuit breaker, which is controlled by a switching logic. As soon as the switching logic recognizes that an internal combustion engine to be started has started by evaluating the current and voltage applied to the starter motor, the switching logic switches the starter motor off via the circuit breaker.

Die DE 30 02 232 C2 beschreibt eine Schalteinrichtung für eine Startvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einem Thermoschalter, der an einem Startermotor angebaut ist, und im Stromkreis eines Starterrelais geschaltet ist. Der Thermoschalter unterbricht den Stromkreis zum Starterrelais und somit vom Startermotor bei Überschreiten einer vorher festgelegten Maximaltemperatur.The DE 30 02 232 C2 describes a switching device for a starting device for an internal combustion engine with a thermal switch, which is mounted on a starter motor, and is connected in the circuit of a starter relay. The thermal switch interrupts the circuit to the starter relay and thus from the starter motor when a predetermined maximum temperature is exceeded.

Die DE 199 49 822 A1 beschreibt einen Elektrostarter für einen Verbrennungsmotor mit einem Getriebe zum Verbrennungsmotor, das während des Startvorganges des Verbrennungsmotors den Kraftschluss zwischen dem Elektrostarter und dem Verbrennungsmotor bewirkt, mit einer Steuerschaltung für den Starterstrom und zur Erfassung der Starterspannung und/oder des Starterstroms mit einem Grenzwertgeber mit einer Schutzvorrichtung. Zur Vermeidung von einer zu starken Erwärmung wird aus der Welligkeit des Stromes bzw. der Spannung auf einen Grenzwert geschlossen, gemäß dessen der Startermotor abgeschaltet wird. The DE 199 49 822 A1 describes an electric starter for an internal combustion engine with a transmission to the internal combustion engine, which causes during the starting process of the internal combustion engine, the frictional connection between the electric starter and the internal combustion engine, with a control circuit for the starter current and for detecting the starter voltage and / or the starter current with a limit switch with a protective device , To avoid excessive heating, it is concluded from the ripple of the current or the voltage to a limit, according to which the starter motor is turned off.

Es ist Aufgabe der Erfindung eine Startvorrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass eine Startvorrichtung auch nach Auftreten eines Grenzfalls aufgrund zu hoher elektrischer Belastung betriebsbereit bleibt.It is an object of the invention to develop a starting device and a method of the type mentioned in such a way that a starting device remains operational even after the occurrence of a borderline case due to excessive electrical load.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch den Gegenstand der Patentansprüche 1 und 10 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung. According to the invention the object is achieved by the subject matter of claims 1 and 10. The dependent claims define preferred embodiments of the invention.

Es ist ein Gedanke der Erfindung, einen selbstheilenden Überlastschutz für eine Startvorrichtung vorzusehen gegenüber einem herkömmlich bekannten selbstzerstörerischen Überlastschutz, wie dieser bereits Stand der Technik ist. Um Fehlfunktionen, beispielsweise in Form eines Temperaturschalters, zu vermeiden, umfasst erfindungsgemäß die Überlastschutzeinrichtung als Stromerfassungseinrichtung eine Sensoreinrichtung und einen über die Sensoreinrichtung aktivierbaren Schalter zum Ausschalten des Startermotors. Die Sensoreinrichtung ist derart ausgebildet, dass diese auf eine magnetische Wirkung eines stromdurchflossenen Leiters anspricht.It is an idea of the invention to provide a self-healing overload protection for a starting device over a conventionally known self-destructive overload protection, as this is already prior art. In order to avoid malfunctions, for example in the form of a temperature switch, according to the invention the overload protection device as current detection device comprises a sensor device and a switch which can be activated via the sensor device for switching off the starter motor. The sensor device is designed such that it responds to a magnetic effect of a conductor through which current flows.

Somit wird eine Fehlfunktion aufgrund beispielsweise eines fehlerhaften Temperaturverhaltens vermieden. Die Sensoreinrichtung arbeitet somit genauer, da letztendlich die tatsächlich auftretenden Ströme erfasst werden, die gemäß elektromechanischen Gesetzen, insbesondere proportional, auftreten.Thus, a malfunction due to, for example, a faulty temperature behavior is avoided. The sensor device thus operates more accurately, since ultimately the actually occurring currents are detected, which occur in accordance with electromechanical laws, in particular proportionally.

Der Schalter arbeitet bevorzugt als ein dynamischer Schalter, der nur bei Aktivierung z.B. durchschaltet und nicht zwischen zwei statischen Positionen schaltet. Der Schalter schaltet somit nur bei Strombeaufschlagung in eine Schaltposition und fällt danach bei Unterbrechung der Strombeaufschlagung zurück in einen deaktiven Zustand.The switch preferably operates as a dynamic switch which is activated only when activated e.g. turns on and does not switch between two static positions. The switch thus switches only when current is applied to a switching position and then falls back into an inactive state when the current is interrupted.

Gemäß einer die Erfindung weiterbildenden Ausführungsform umfasst die Überlastschutzeinrichtung einen Magnetsensor mit einem Weicheisenkern, eine Sensoreinrichtung, einen Verstärker und eine Schaltlogik. Jeder elektrische Strom erzeugt ein Magnetfeld, das zur Stromstärke proportional ist. Mit Hilfe eines ringförmigen Weicheisenkerns, der den Stromleiter umgibt, werden Feldlinien gebündelt. Das Magnetfeld und somit die Stromstärke kann mittels eines Magnetfeldsensors, beispielsweise einer Feldplatte oder eines Hall-Sensors, der in einen axialen Luftspalt des ringförmigen Magnetkerns eingebracht ist, gemessen werden. Somit lässt sich auf einfache Weise die Stromstärke erfassen, ohne eine Verfälschung des Messergebnisses zu erzielen. Um den Messwert auf eine elektrisch schaltbare Größe zu erhöhen, ist bevorzugt ein Verstärker vorgesehen. Mittels einer Schaltlogik, die elektronisch oder elektromechanisch oder auch mittels eines Mikrocomputers ausgebildet sein kann, lässt sich der Schalter in vorher festgelegten Grenzbereichen schalten. Ein Mikrocomputer hat den Vorteil das Kennlinien, gemäß denen geschaltet wird, diese individuell in einem Speicher gespeichert werden können.According to an embodiment further developing the invention, the overload protection device comprises a magnetic sensor with a soft iron core, a sensor device, an amplifier and a switching logic. Each electrical current generates a magnetic field that is proportional to the current. With the help of an annular soft iron core, which surrounds the conductor, field lines are bundled. The magnetic field and thus the current intensity can by means of a magnetic field sensor, for example a Field plate or a Hall sensor, which is introduced into an axial air gap of the annular magnetic core can be measured. Thus, the current can be detected in a simple manner, without achieving a falsification of the measurement result. In order to increase the measured value to an electrically switchable size, an amplifier is preferably provided. By means of a switching logic, which may be formed electronically or electromechanically or by means of a microcomputer, the switch can be switched in predetermined limits. A microcomputer has the advantage that the characteristics according to which are switched, they can be stored individually in a memory.

Gemäß einer die Erfindung weiterbildenden Ausführungsform, um hohe Ströme zu schalten, ist bevorzugt der Schalter elektromechanisch, insbesondere als Relais, ausgebildet.According to an embodiment further developing the invention in order to switch high currents, the switch is preferably designed electromechanically, in particular as a relay.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist der Schalter als elektronischer Schalter, beispielsweise als Halbleitertransistor am Plus-Potential oder masseseitig, d.h. entweder als High-Side- oder Low-Side-Schalter, ausgebildet. Ein elektronischer Schalter lässt sich gegebenenfalls mit kleineren Steuerströmen schalten, kann kostengünstiger und raumsparender gebaut sein.According to an alternative embodiment, the switch is as an electronic switch, for example as a semiconductor transistor at the positive potential or ground side, i. either as a high-side or low-side switch. An electronic switch can optionally switch with smaller control currents, can be built more cost-effective and space-saving.

Gemäß einer die Erfindung weiterbildenden Ausführungsform umfasst die Schaltlogik bevorzugt eine einfache Vergleicherstufe aus sehr wenigen elektronischen Bauteilen. Gemäß einer die Erfindung weiterbildenden Ausführungsform kann die Schaltlogik umfangreichere Bauteile für umfangreiche Anforderungen aufweisen, beispielsweise einen Mikroprozessor mit einem Speicher zum Ablegen von Referenzkennlinien und weiter bevorzugt eine CAN-Schnittstelle. According to an embodiment which further develops the invention, the switching logic preferably comprises a simple comparator stage consisting of very few electronic components. According to an embodiment further developing the invention, the switching logic can have more extensive components for extensive requirements, for example a microprocessor with a memory for storing reference characteristics and more preferably a CAN interface.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform sind die Sensoreinrichtung und der Schalter als sogenanntes Reedrelais ausgebildet. Reedrelais sind allgemein bekannt. Sie bestehen aus zwei Metallzungen, die übereinander in einem Gehäuse untergebracht sind. Bei einer Annäherung einer magnetischen Kraft werden die Zungen durch die Magnetkraft zusammengezogen und stellen eine elektrische Verbindung her. Die Magnetkraft kann entweder von einem Dauermagneten oder einem Elektromagneten mittels einer Spule erzeugt werden. Das Reedrelais kann entweder als Kontaktöffner oder Kontaktschließer ausgebildet sein und vereint somit Sensoreinrichtung und Schalter.According to an alternative embodiment, the sensor device and the switch are designed as a so-called reed relay. Reed relays are well known. They consist of two metal tongues, which are housed one above the other in a housing. As the magnetic force approaches, the tongues are contracted by the magnetic force and establish an electrical connection. The magnetic force can be generated by either a permanent magnet or an electromagnet by means of a coil. The reed relay can be designed either as a contact opener or contact closer and thus combines sensor device and switch.

Weiter bevorzugt ist das Reedrelais mit einer Selbsthaltung ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass ein Neustart des Startermotors erst erfolgen kann, wenn die Hauptleitung zur Ansteuerung des Startermotors erst von der Startersteuerung unterbrochen wird. Somit wird eine Schädigung des Startermotors noch besser vermieden.More preferably, the reed relay is formed with a latching. This has the advantage that a restart of the starter motor can only take place when the main line for controlling the starter motor is interrupted only by the starter control. Thus, damage to the starter motor is even better avoided.

Gemäß einer die Erfindung weiterbildenden Ausführungsform ist der Hauptstrompfad des Startermotors von der Sensoreinrichtung der Überlastschutzeinrichtung detektierbar. Am Hauptstrompfad wird die Stromstärke indirekt über das entstandene Magnetfeld gemessen.According to an embodiment further developing the invention, the main current path of the starter motor can be detected by the sensor device of the overload protection device. At the main current path, the current is measured indirectly via the resulting magnetic field.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Abschnitt des Hauptstrompfads vor einem Schaltkontkat des Starterrelais der Abschnitt, der von der Sensoreinrichtung detektiert wird. Somit wird bei einem Starterrelais mit einer Einzugs- und einer Haltewicklung nur der Strom detektiert, wenn das Starterrelais den Schaltkontakt durchschaltet. Dies hat den weiteren Vorteil, dass die Sensoreinrichtung als Anbau an die Startvorrichtung nachträglich eingebaut werden kann oder sich auch als Karosserieanbau oder Anbau an die Brennkraftmaschine eignet.In a particularly preferred embodiment, the section of the main current path before a switching contact of the starter relay is the section which is detected by the sensor device. Thus, in a starter relay with a pull-in and a hold winding, only the current is detected when the starter relay turns on the switch contact. This has the further advantage that the sensor device can be retrofitted as an attachment to the starting device or is also suitable as a body attachment or attachment to the internal combustion engine.

Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist der Abschnitt des Strompfads zwischen Starterrelais und Startermotor von der Sensoreinrichtung detektierbar, der insbesondere in Reihe zu einer Einzugswicklung des Starterrelais und zur Erregerwicklung des Startermotors ausgebildet ist. Somit wird bereits auch die anfängliche Bestromung des Startermotors bei der Bestromung über die Einzugswicklung, wenn der Startermotor noch nicht über das durchgeschaltete Starterrelais mit Spannung beaufschlagt wird, bereits zum Feldaufbau benutzt. Dadurch reagiert die Sensoreinrichtung schneller und der Überlastschutz kann schneller wirken.According to a further preferred embodiment, the portion of the current path between the starter relay and the starter motor can be detected by the sensor device, which is designed in particular in series with a pull-in winding of the starter relay and with the field winding of the starter motor. Thus, even the initial energization of the starter motor in the energization of the pull-in winding, when the starter motor is not yet applied via the switched starter relay with voltage, already used for field construction. As a result, the sensor device reacts faster and the overload protection can act faster.

Um den Startermotor effizient abzuschalten, ist gemäß einer ersten Ausführungsform der Schalter der Überlastschutzeinrichtung im Hauptstrompfad des Starterrelais angeordnet und schaltbar. Der Schalter schaltet somit, sofern vorhanden, sowohl eine Einzugs- und eine Haltwicklung vom Starterrelais.In order to switch off the starter motor efficiently, according to a first embodiment, the switch of the overload protection device is arranged and switchable in the main current path of the starter relay. The switch thus switches, if present, both a pull-in and a holding winding from the starter relay.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist der Schalter der Überlastschutzeinrichtung in Reihe zu einer Haltewicklung des Starterrelais und parallel zur Einzugswicklung und Startermotor schaltbar angeordnet. Der Schalter schaltet somit lediglich die Haltewicklung des Starterrelais. Somit kann der Schalter kleiner ausgebildet sein, da die Haltewicklung für kleinere Ströme ausgebildet ist. Außerdem kann der Schalter kompakt in der Startvorrichtung integriert sein. Alternativ ist der Schalter in Reihe zum Relaiskontakt im Hauptstrompfad des Startermotors angeordnet.According to an alternative embodiment, the switch of the overload protection device is arranged in series with a holding winding of the starter relay and switchable parallel to the pull-in winding and starter motor. The switch thus only switches the holding winding of the starter relay. Thus, the switch can be made smaller, since the holding winding is designed for smaller currents. In addition, the switch can be integrated compactly in the starting device. Alternatively, the switch is arranged in series with the relay contact in the main current path of the starter motor.

Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren einer Startvorrichtung dadurch gelöst, dass die Überlastschutzeinrichtung eine Sensoreinrichtung und einen Schalter umfasst, wobei der Schalter aktiviert wird, wenn von der Sensoreinrichtung eine magnetische Feldgröße über einem Grenzwert detektiert wird. Die magnetische Feldgröße ergibt sich durch den Aufbau eines elektrischen Felds im Strompfad, insbesondere des Hauptstrompfads, des Startermotors. Ist dieser Strom beispielsweise ungewöhnlich lange hoch, so dass ein hohes elektrisches magnetisches Feld aufgebaut wird, bei dem angenommen werden kann, dass der Startermotor geschädigt wird, so detektiert dies die Überlastschutzeinrichtung und reagiert mit einem Öffnen des Schalters der Überlastschutzeinrichtung. Somit ist eine selbstheilende Überlastschutzeinrichtung mit einem erfindungsgemäßen Verfahren geschaffen. Diese Überlastschutzeinrichtung ist temperaturunabhängig. Überlastschutzeinrichtungen sind vor allem deshalb wichtig, da Startvorrichtungen aufgrund eines Start-Stopp-Betriebs häufiger als herkömmlich im Fahrzeugbetrieb zum Einsatz kommen.The object is also achieved by a method of a starting device in that the overload protection device comprises a sensor device and a switch, wherein the switch is activated is when the sensor device detects a magnetic field size above a threshold value. The magnetic field size results from the structure of an electric field in the current path, in particular the main current path, the starter motor. If, for example, this current is unusually long, so that a high electric magnetic field is built up where it can be assumed that the starter motor is damaged, this detects the overload protection device and reacts by opening the switch of the overload protection device. Thus, a self-healing overload protection device is provided with a method according to the invention. This overload protection device is temperature independent. Overload protection devices are particularly important because starting devices are more frequently used than conventional in vehicle operation due to a start-stop operation.

Weiter vorteilhaft ist, dass kein zusätzlicher Verdrahtungsaufwand beim Fahrzeughersteller notwendig ist, da die Sensoreinrichtung zugleich Stellglied ist, insbesondere, wenn der Schalter und der Sensor als Reedrelais ausgebildet sind.It is also advantageous that no additional wiring effort is necessary for the vehicle manufacturer, since the sensor device is at the same time an actuator, in particular if the switch and the sensor are designed as reed relays.

Grundsätzlich ist keine Software erforderlich und somit auch keine spezielle Hardware, wie beispielsweise ein Mikrocomputer, Spannungsstabilisatoren oder diverse elektromagnetische Verträglichkeitsmaßnahmen.Basically, no software is required and thus no special hardware, such as a microcomputer, voltage stabilizers or various electromagnetic compatibility measures.

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 einen schematischen Schaltplan einer Startvorrichtung mit einer Überlastschutzeinrichtung, 1 a schematic circuit diagram of a starting device with an overload protection device,

2 einen schematischen Schaltplan einer Schaltungsanordnung einer Startvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform, 2 a schematic circuit diagram of a circuit arrangement of a starting device according to a second embodiment,

3 einen schematischen Schaltplan einer Überlastschutzeinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform, 3 a schematic circuit diagram of an overload protection device according to a first embodiment,

4 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Startvorrichtung, 4 a schematic side view of a starting device according to the invention,

5 einen schematischen Schaltplan einer Startvorrichtung gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform, 5 a schematic circuit diagram of a starting device according to another particular embodiment,

6 ein Zeit-Strom-Diagramm eines Startverlaufs einer Startvorrichtung, 6 a time-current diagram of a starting course of a starting device,

7 einen schematischen Schaltplan in einem ersten Belastungszustand, 7 a schematic circuit diagram in a first load condition,

8 einen schematischen Schaltplan der 6 mit einem Belastungszustand aufgrund Selbsterhaltung und 8th a schematic diagram of 6 with a state of stress due to self-preservation and

9 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens. 9 a flowchart of a method according to the invention.

Die 1 zeigt eine erfindungsgemäße Startvorrichtung 1 zum Starten einer Brennkraftmaschine 10 mit einem Startermotor 2 und einem Starterrelais 3. Der Startermotor 2 treibt ein Starterritzel 12 an, das in einen Zahnkranz 11 der Brennkraftmaschine mittels des Starterrelais 3 einspurbar ist. Das Starterrelais 3 umfasst eine Einzugswicklung 6 und eine Haltewicklung 5. Die Einzugswicklung 6 ist in Reihe zur Erregerwicklung vom Startermotor 2 geschaltet und die Haltewicklung parallel dazu. Das Starterrelais 3 schließt ferner einen Relaiskontakt 32, so dass der Startermotor 2 mit einer maximalen Spannung und Strom von einer Batterie 4 beaufschlagt wird. Die Startvorrichtung 1 wird mittels eines Steuerschalters 14 gesteuert, der von einer nicht dargestellten Startersteuerung oder einer allgemeinen übergeordneten Steuerung angesteuert wird und beispielsweise zu einem Zündschlüsselschalter in Wirkkontakt steht, ebenso wie bevorzugt zu einer Start-Stopp-Steuerung, um die Brennkraftmaschine 10 in einem Start-Stopp-Betrieb zu betreiben. Das Starterrelais 3 und der Startermotor 2 werden über entsprechende elektrische Leitungen von einer elektrischen Energiequelle, der Batterie 4, gespeist.The 1 shows a starting device according to the invention 1 for starting an internal combustion engine 10 with a starter motor 2 and a starter relay 3 , The starter motor 2 drives a starter pinion 12 on that in a sprocket 11 the internal combustion engine by means of the starter relay 3 is trackable. The starter relay 3 includes a pull-in winding 6 and a holding winding 5 , The intake winding 6 is in series with the field winding of the starter motor 2 switched and the holding winding parallel to it. The starter relay 3 further includes a relay contact 32 , so the starter motor 2 with a maximum voltage and current from a battery 4 is charged. The starting device 1 is by means of a control switch 14 controlled, which is controlled by a starter control, not shown, or a general parent control and, for example, is in operative contact with an ignition key switch, as well as preferably to a start-stop control to the internal combustion engine 10 to operate in a start-stop mode. The starter relay 3 and the starter motor 2 be via appropriate electrical lines from an electrical energy source, the battery 4 , fed.

Um eine selbstheilende Überlastschutzeinrichtung 7 vorzusehen, ist gemäß der in der 1 gezeigten besonders bevorzugten Ausführungsform eine Sensoreinrichtung 8 im Strompfad in Reihe zum Startermotor 2 und zur Einspurwicklung 6 geschaltet. Die Sensoreinrichtung 8 steht im Wirkkontakt mit einem Verstärker und einer Schaltlogik 18, die im Überlastfall einen Schalter 17 ansteuert, der gemäß der 1 in Reihe zur Haltewicklung 5 des Starterrelais 3 geschaltet ist und als Kontaktöffner ausgebildet ist, d.h. im bestromten Zustand den Schaltkontakt 20 öffnet, so dass ein Relaiskontakt 32 vom Starterrelais 3 geöffnet wird, um den Startermotor 2 nicht mehr mit Spannung zu beaufschlagen. Somit wird der Startermotor 2 vor einer zu starken elektrischen Belastung geschützt. Erfindungsgemäß ist die Sensoreinrichtung 8 als Stromerfassungseinrichtung ausgebildet, die auf eine magnetische Wirkung eines stromdurchflossenen Leiters anspricht, hier der sogenannten Klemme 45, die am Startermotor 2 angeordnet ist. Die Sensoreinrichtung erfasst dieses Magnetfeld. Das Magnetfeld ist stärker, je stärker die Stromstärke ist. Mit Hilfe eines in 4 gezeigten ringförmigen Weicheisenkerns 15, der den Stromleiter, hier die Klemme Kl.45, umgibt, werden die Feldlinien gebündelt. Somit kann das Magnetfeld und damit die Stromstärke daraus mittels eines Magnetfeldsensors, z.B. einer Feldplatte oder eines Hall-Sensors, der in einen axialen Luftspalt des ringförmigen Magnetkerns eingebracht ist, gemessen werden.A self-healing overload protection device 7 is provided in accordance with the 1 shown particularly preferred embodiment, a sensor device 8th in the current path in series with the starter motor 2 and to the single track winding 6 connected. The sensor device 8th is in operative contact with an amplifier and a switching logic 18 , which in case of overload a switch 17 which, according to the 1 in series with the holding winding 5 of the starter relay 3 is switched and is designed as a contact opener, ie in the energized state, the switching contact 20 opens, leaving a relay contact 32 from the starter relay 3 is opened to the starter motor 2 not to apply tension anymore. Thus, the starter motor 2 protected against excessive electrical load. According to the invention, the sensor device 8th formed as a current detection device, which is based on a magnetic effect of a current-carrying conductor responds, here the so-called terminal 45 on the starter motor 2 is arranged. The sensor device detects this magnetic field. The magnetic field is stronger the stronger the current. With the help of an in 4 shown annular soft iron core 15 , which surrounds the conductor, here the terminal Kl.45, the field lines are bundled. Thus, the magnetic field and thus the current strength thereof can be measured by means of a magnetic field sensor, for example a field plate or a Hall sensor, which is introduced into an axial air gap of the annular magnetic core.

Als Schalter 17 ist sowohl ein Relaisschalter als auch ein Halbleitertransistor einsetzbar. Der Schalter 17 ist in der 1 als Low-Side-Schalter dargestellt, in der 2 ist der Schalter 17 als High-Side-Schalter angeordnet.As a switch 17 Both a relay switch and a semiconductor transistor can be used. The desk 17 is in the 1 shown as a low-side switch in the 2 is the switch 17 arranged as a high-side switch.

Wird eine magnetische Feldgröße über einem Grenzwert detektiert, der für eine zu hohe elektrische Belastung des Startermotors 2 gleich steht, so wird über den Schalter 17 der Startermotor 2 indirekt und über das Starterrelais 3 direkt ausgeschaltet.If a magnetic field size above a limit value is detected, which is responsible for excessive electrical load on the starter motor 2 is the same, so is the switch 17 the starter motor 2 indirectly and via the starter relay 3 directly off.

Die 2 zeigt eine weitere bevorzugte alternative Ausführungsform einer Startvorrichtung 1 mit einer Überlastschutzeinrichtung 7, bei der im Unterschied zur 1 der Schalter 17 vor dem Starterrelais 3 geschaltet ist und somit auch die Einzugswicklung 6 wirksam abschaltet, wenn ein Überlastfall detektiert wird. Der Schalter 17 ist somit direkt in Reihe hinter dem Steuerschalter 14 geschaltet. Die Einzugswicklung 6 wird beim Eintreten eines Grenzfalls somit über den Schalter 17 stromlos, was somit zu einer schnelleren ausschaltenden Reaktion des Starterrelais 3 führt.The 2 shows a further preferred alternative embodiment of a starting device 1 with an overload protection device 7 , unlike the 1 the desk 17 in front of the starter relay 3 is switched and thus also the pull-in winding 6 effectively shuts off when an overload condition is detected. The desk 17 is thus directly in series behind the control switch 14 connected. The intake winding 6 becomes when a borderline case thus over the switch 17 de-energized, thus resulting in a faster turn-off reaction of the starter relay 3 leads.

Die 3 zeigt in einem schematischen vergrößerten Schaltplan die Überlastschutzeinrichtung 7, wie diese beispielsweise als Modul in einem Gehäuse untergebracht ist. Zur Überlastschutzeinrichtung 7 gehört die Sensoreinrichtung 8, die an einem Weicheisenkern 15 montiert ist. Die Sensoreinrichtung 8 ist in Wirkkontakt mit einem Verstärker 19, der die empfangenen Signale von der Sensoreinrichtung 8 für eine Schaltlogik 18 elektrisch verstärkt. Die Schaltlogik 18 vergleicht die erfassten Werte von der Sensoreinrichtung 8 und steuert im Grenzfall den Schalter 17 an. Der Schalter 17 unterbricht einen Schaltkreis mittels eines Schaltkontakts 20. Der Schaltkreis dient zur Ansteuerung des Starterrelais 3 und kann, je nach Ausführungsform, gemäß der 1 oder 2 vor oder hinter dem Starterrelais 3 geschaltet sein. Alternativ ist der Schaltkreis der Strompfad des Startermotors 2.The 3 shows in a schematic enlarged circuit diagram, the overload protection device 7 , as this example is housed as a module in a housing. To the overload protection device 7 belongs the sensor device 8th working on a soft iron core 15 is mounted. The sensor device 8th is in operative contact with an amplifier 19 which receives the received signals from the sensor device 8th for a switching logic 18 electrically reinforced. The switching logic 18 compares the detected values from the sensor device 8th and controls the switch in the limit 17 at. The desk 17 interrupts a circuit by means of a switch contact 20 , The circuit is used to control the starter relay 3 and, depending on the embodiment, according to 1 or 2 in front of or behind the starter relay 3 be switched. Alternatively, the circuit is the current path of the starter motor 2 ,

Die 4 zeigt die erfindungsgemäße Startvorrichtung 1 in einer Seitenansicht mit einer erfindungsgemäßen Überlastschutzeinrichtung 7, wobei ein Weicheisenkern 15 bevorzugt an einem verlängerten Gewinde vom Starterrelais 3 an einem sogenannten Anschlussbolzen einer Klemme Kl.45 montiert ist. Somit ist die Überlastschutzeinrichtung 7 sehr kompakt gebaut an eine herkömmliche Startvorrichtung 1 integrierbar. Eine Sensoreinrichtung 8 ist am Weicheisenkern 15 zur Detektion des Magnetfelds eingebaut.The 4 shows the starting device according to the invention 1 in a side view with an overload protection device according to the invention 7 , where a soft iron core 15 preferably on an extended thread from the starter relay 3 is mounted on a so-called terminal bolt of a terminal Kl.45. Thus, the overload protection device 7 very compact built on a conventional starting device 1 integrated. A sensor device 8th is at the soft iron core 15 installed for detection of the magnetic field.

Die 5 zeigt einen weiteren schematischen Schaltplan einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Startvorrichtung 1 mit einer Überlastschutzeinrichtung 7, bei der die Sensoreinrichtung 8 an der sogenannten Klemme Kl.45 anliegt und diese sensiert, wobei die Schalteinrichtung 17, wie in der 2 gezeigt, parallel zum Steuerschalter 14 geschaltet ist. Der Schalter 17 schaltet das Starterrelais 3 stromlos, wenn ein Überlastfall detektiert wird. Alternativ ist der Schalter 17 in Reihe zum Relaiskosntakt 32 angeordnet. The 5 shows a further schematic circuit diagram of another embodiment of a starting device according to the invention 1 with an overload protection device 7 in which the sensor device 8th at the so-called terminal Kl.45 rests and senses, with the switching device 17 , like in the 2 shown, parallel to the control switch 14 is switched. The desk 17 switches the starter relay 3 de-energized when an overload is detected. Alternatively, the switch 17 in series with the relay cosnact 32 arranged.

Die 6 zeigt in einem Zeit-Stromstärke-Diagramm zwei Kennlinien, eine erste Kennlinie 1A bei einem normalen Startverlauf, gemäß dessen der Hauptstrom innerhalb von 200–300 Millisekunden (ms) kurzzeitig auf bis zu beispielsweise 1.300 Ampere ansteigt, und danach unter 500 Ampere liegt. Im Unterschied dazu ist bei einem blockierten Antriebsstrang ein Stromverlauf mit einer Kennlinie 2A eingezeichnet. Hier liegt der Hauptstrom nach ca. 400 Millisekunden (ms)–1,8 Sekunden bei ca. 1.300–1.200 A. Diese lang andauernde hohe Bestromung würde zu einer Schädigung des Startermotors 2 führen, so dass eine Unterbrechung der Stromzufuhr mit der Überlastschutzeinrichtung 7 eingreift und zuerst der Schalter 17 öffnet und danach das Starterrelais 3 den Schaltkontakt 32 unterbricht.The 6 shows in a time-current graph two characteristics, a first characteristic 1A in a normal start-up, according to which the main current within 200-300 milliseconds (ms) briefly increases up to, for example, 1,300 amps, and then below 500 amps. In contrast to this, in the case of a blocked drive train, a current profile with a characteristic 2A is shown. After approx. 400 milliseconds (ms) -1.8 seconds, the main current is approx. 1,300-1,200 A. This long-lasting high current supply would damage the starter motor 2 lead, causing a power interruption with the overload protection device 7 engages and first the switch 17 opens and then the starter relay 3 the switching contact 32 interrupts.

Die 7 und 8 zeigen eine zur 1 und 2 alternative bevorzugte Ausführungsform, bei der die Überlastschutzeinrichtung als sogenanntes Reedrelais 16 ausgebildet ist. Das Reedrelais 16 ist auf den Überlastfall ausgelegt. Bei Erzeugung eines entsprechend hohen Magnetfelds werden zwei Metallzungen 27, 28 eines Reedkontakts 26 zusammengezogen, so dass ein Schalter einen Strompfad öffnet und einen anderen Strompfad schließt. Das in der 7 und 8 gezeigte Reedrelais 16 ist als Umschalter oder sogenannter Wechselkontakt eingesetzt. Es ist somit als Öffner und Schließer einsetzbar. Der in 7 und 8 dargestellte Reedkontakt 26 öffnet die Stromzufuhr zu dem Starterrelais 3 bei einem entsprechend großem Magnetfeld 13. Dieser Grenzfall mit dem erzeugten Magnetfeld 13 ist in 7 dargestellt. Das Magnetfeld 13 ergibt sich aus der folgenden bekannten Formel: Durchflutung Θ = I × N, wobei I die Stromstärke und N die Windungszahl ist.The 7 and 8th show one to 1 and 2 alternative preferred embodiment, wherein the overload protection device as a so-called reed relay 16 is trained. The reed relay 16 is designed for the overload case. When generating a correspondingly high magnetic field, two metal tongues 27 . 28 a reed contact 26 contracted so that one switch opens a rung and closes another rung. That in the 7 and 8th shown reed relay 16 is used as a changeover switch or so-called changeover contact. It can thus be used as opener and closer. The in 7 and 8th illustrated reed contact 26 opens the power supply to the starter relay 3 at a correspondingly large magnetic field 13 , This limiting case with the generated magnetic field 13 is in 7 shown. The magnetic field 13 results from the following known formula: Flooding Θ = I × N, where I is the current and N is the number of turns.

Um einen sicheren Schaltzustand zu erreichen, ist die Überlastschutzeinrichtung 7 mit einem Reedrelais 16 mit Wechselkontakt und einer Selbsthaltung in Form einer Selbsthalteschaltung 23 mit einer Selbsthaltespule 22 ausgebildet. Die Selbsthalteschaltung 23 führt, wie in der 8 dargestellt, dazu, dass der in der 7 gezeigte und erzeugte geschaltete Zustand aufgrund eines erhöhten Grenzwerts beibehalten wird, da aufgrund des Wechselkontakts die Selbsthaltespule 22 nun bestromt und ein selbsthaltendes Magnetfeld 23 mit der Selbsthaltespule 22 erzeugt wird. Dieser Wechselkontakt wird erst gelöst, wenn durch den Steuerschalter 14 die Stromzufuhr vollständig unterbrochen wird. Die Selbsthaltespule 22 hat eine solchen ohmschen Widerstand, dass das Starterrelais 3 den Relaiskontakt 32 nicht mehr schließt. To achieve a safe switching state, the overload protection device is 7 with a reed relay 16 with changeover contact and a self-holding in the form of a self-holding circuit 23 with a self-holding coil 22 educated. The self-holding circuit 23 leads, as in the 8th shown, that in the 7 shown and generated switched state is maintained due to an increased limit, since due to the changeover contact the self-holding coil 22 now energized and a self-holding magnetic field 23 with the self-holding coil 22 is produced. This changeover contact is only released when through the control switch 14 the power supply is completely interrupted. The self-retaining coil 22 has such an ohmic resistance that the starter relay 3 the relay contact 32 no longer closes.

Die in 7 und 8 dargestellte Überlastschutzeinrichtung 7 ist analog zu den Ausführungsformen der 1 und 2 entweder vor dem Starterrelais 3 oder nach der Haltewicklung 5 oder an der Klemme Kl.45 schaltbar anordenbar.In the 7 and 8th illustrated overload protection device 7 is analogous to the embodiments of 1 and 2 either in front of the starter relay 3 or after the holding winding 5 or switchable to terminal Kl.45.

Die 9 zeigt ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrensablaufs eines Überlastschutzverfahrens mit einer Startvorrichtung 1. In einem ersten Schritt S1 wartet die Startvorrichtung 1 auf eine Startanforderung, die beispielsweise durch Schließen des Steuerschalters 14 erfolgt.The 9 shows a flowchart of a method sequence according to the invention of an overload protection method with a starting device 1 , In a first step S1, the starting device waits 1 to a start request, for example, by closing the control switch 14 he follows.

In einem zweiten Schritt S2 wird der Startermotor 2 normal bestromt. Der Startermotor 2 erreicht kurzzeitig, innerhalb ca. 100 ms, sehr hohe Ströme mit bis zu und über 1.000 Ampere.In a second step S2, the starter motor 2 normally energized. The starter motor 2 reaches for a short time, within approx. 100 ms, very high currents with up to and over 1,000 amperes.

Wird im Abfrageschritt A3 erkannt, dass die Brennkraftmaschine 10 gestartet ist, so wird der Startermotor 2 zeitlich kurz darauf ausgeschaltet. Dies geschieht im positiven Fall im Schritt S10. Die Ausschaltung erfolgt über ein Öffnen des Steuerschalters 14.Is detected in the query step A3 that the internal combustion engine 10 is started, then the starter motor 2 switched off shortly thereafter. This is done in the positive case in step S10. The shutdown is done by opening the control switch 14 ,

Wird dagegen die Brennkraftmaschine 10 nicht gestartet und ist der Antriebsstrang beispielsweise blockiert, so wird im Schritt S4 ein Magnetfeld 13 aufgebaut.Will, however, the internal combustion engine 10 not started and the drive train is blocked, for example, so in step S4, a magnetic field 13 built up.

Das Magnetfeld 13 wird von einer Sensoreinrichtung 8 oder einem Reedrelais 16 im Schritt S5 detektiert.The magnetic field 13 is from a sensor device 8th or a reed relay 16 detected in step S5.

In einem Schritt S6 wird von einem Schalter 17 oder einem Reedrelais 16 mit einem Schalter der Startermotor 2 über Stromlosschalten des Starterrelais 3 ausgeschaltet.In a step S6 is a switch 17 or a reed relay 16 with a switch the starter motor 2 via power-off of the starter relay 3 switched off.

Im Folgenden geht die Steuerung zum Schritt S10 wieder über, indem der Startimpuls über den Steuerschalter 14 wieder gelöst wird. Danach geht der Verfahrensablauf wieder in Schritt S1 über, in dem auf eine Startanforderung gewartet wird. Alle Figuren zeigen lediglich schematische nicht maßstabsgerechte Darstellungen. Im Übrigen wird insbesondere auf die zeichnerischen Darstellungen für die Erfindung verwiesen.In the following, the control returns to step S10 by the start pulse via the control switch 14 is solved again. Thereafter, the process flow goes back to step S1, in which waiting for a start request. All figures show only schematic not to scale representations. Incidentally, reference is made in particular to the drawings for the invention.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 2700982 C2 [0004]
DE 3002232 C2 [0005]
DE 19949822 A1 [0006]

Claims

Starting device ( 1 ) for starting an internal combustion engine ( 10 ) with a starter motor ( 2 ), a starter relay ( 3 ) and with a starter pinion ( 12 ) from the starter motor ( 2 ) is drivable and by means of the starter relay ( 3 ) in a sprocket ( 11 ) of the internal combustion engine ( 10 ) is leasable, wherein the starting device ( 1 ) with an overload protection device ( 7 ) and the overload protection device ( 7 ) as current detection means a sensor device ( 8th ) responsive to magnetic action of a current-carrying conductor, wherein via the sensor device ( 8th ) a switch ( 17 ) for switching off the starter motor ( 2 ) is activated.

Starting device according to claim 1, characterized in that the overload protection device ( 7 ) a magnetic sensor with a soft iron core ( 15 ) as a sensor device ( 8th ), an amplifier ( 19 ) and a switching logic ( 18 ).

Starting device according to claim 1 or 2, characterized in that the switch ( 17 ) is electromechanical, in particular as a relay, is formed.

Starting device according to one of claims 1 or 2, characterized in that the switch ( 17 ) is designed as an electronic switch.

Starting device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the switching logic ( 18 ) comprises an electronic comparison stage, in particular the switching logic ( 18 ) has a microprocessor with a memory, particularly preferably with a CAN interface.

Starting device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the sensor device ( 8th ) and the switch ( 17 ) as a reed relay ( 16 ), in particular with a self-holding circuit ( 23 ), are formed.

Starting device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the main current path of the starter motor ( 2 ) from the sensor device ( 8th ) of the overload protection device ( 7 ) is detectable, in particular the current path between the starter relay ( 3 ) and starter motor ( 2 ), in particular in series with a draw-in winding ( 6 ) of the starter relay ( 3 ) and to the excitation winding of the starter motor ( 2 ) is trained.

Starting device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the switch ( 17 ) in the main current path of the starter relay ( 3 ) is switchable.

Starting device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the switch ( 17 ) in series with a holding winding ( 5 ) of the starter relay ( 3 ) is switchable.

Method of starting device ( 1 ) for starting an internal combustion engine ( 10 ) with a starter motor ( 2 ), a starter relay ( 3 ) and an overload protection device ( 7 ) in a circuit arrangement, wherein a voltage application of the starter motor ( 2 ) from the overload protection device ( 7 ) is interrupted when a defined threshold is exceeded, wherein the overload protection device ( 7 ) a sensor device ( 8th ) and a switch ( 17 ) and the switch ( 17 ) is activated when the sensor device ( 8th ) a magnetic field magnitude is detected above a threshold.