DE102012207739B3 - Switching relay has contact bridge and bridging switch that are formed in change-over contact to occupy intermediate position in which switch and bridge are closed during switchover of retracted position into holding position - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schaltrelais für einen Kraftfahrzeugstarter, einen Kraftfahrzeugstarter mit einem derartigen Schaltrelais sowie ein Verfahren zum Starten eines Kraftfahrzeugs.The present invention relates to a switching relay for a motor vehicle starter, a motor vehicle starter with such a switching relay and a method for starting a motor vehicle.
Stand der TechnikState of the art
Als Kraftfahrzeugstarter können elektrische Maschinen verwendet werden, die über ein Getriebe ein sogenanntes Starterritzel antreiben. Über eine Ausrückvorrichtung kann das Starterritzel in einen Zahnkranz an der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine eingespurt werden. Die hierzu erforderliche Kraft kann durch ein sogenanntes Einspur- bzw. Einrückrelais erzeugt werden.As a motor vehicle starter electrical machines can be used, which drive a so-called starter pinion gear. About a release device, the starter pinion can be meshed with a ring gear on the crankshaft of an internal combustion engine. The force required for this purpose can be generated by a so-called single-track or engagement relay.
Zum Starten der Brennkraftmaschine wird ein Starterstromkreis, beispielsweise über ein Zündschloss, geschlossen. Hierdurch wird der Relaisanker des Einrückrelais über eine Einzugswicklung eingezogen und schiebt über die Ausrückvorrichtung das Starterritzel in den Zahnkranz. Befindet sich das Ritzel hinreichend weit im Zahnkranz, schaltet der Relaisanker des Einspurrelais zusätzlich eine Kontaktbrücke durch und schließt damit den Stromkreis der elektrischen Maschine. Deren Anker beginnt sich hierdurch zu drehen und das Ritzel spurt über ein Steilgewinde in seine Endposition. Damit kann die Brennkraftmaschine durchgedreht werden und läuft schließlich an. Ein Freilauf sorgt für die Entkopplung der elektrischen Maschine, sobald die Brennkraftmaschine anläuft.To start the internal combustion engine, a starter circuit, for example via an ignition, closed. As a result, the relay armature of the contactor is pulled over a pull-in winding and pushes on the release device, the starter pinion in the sprocket. If the pinion is sufficiently far in the ring gear, the relay armature of the single track relay additionally switches through a contact bridge and thus closes the circuit of the electrical machine. Its anchor begins to rotate thereby and the pinion spurts over a coarse thread in its final position. Thus, the internal combustion engine can be turned off and finally starts. A freewheel ensures the decoupling of the electric machine as soon as the internal combustion engine starts.
Wird der Zündschlossstromkreis unterbrochen, bewegt sich der Relaisanker durch eine sich entspannende Relaisankerrückstellfeder in seine Ruhelage und öffnet dabei die Kontaktbrücke und schiebt das Ritzel aus dem Zahnkranz in seine Ausgangsposition. Der Stromkreis der elektrischen Maschine wird unterbrochen und die elektrische Maschine läuft aus.If the ignition circuit is interrupted, the relay armature moves through a relaxing relay armature return spring in its rest position, thereby opening the contact bridge and pushes the pinion from the ring gear to its original position. The circuit of the electric machine is interrupted and the electric machine runs out.
Bei herkömmlichen Fahrzeugen sind das Einspuren und der anschließende Start der Brennkraftmaschine in der Regel unproblematisch. Insbesondere bei den sogenannten Start-Stopp-Systemen sind jedoch herkömmliche Starter ungeeignet.In conventional vehicles, the meshing and the subsequent start of the internal combustion engine are usually unproblematic. However, in the case of so-called start-stop systems, conventional starters are unsuitable.
Start-Stopp-Systeme erfordern beispielsweise ein möglichst rasches Einspuren des Starterritzels in den sich noch drehenden Zahnkranz bei auslaufender Brennkraftmaschine, um einen raschen Wiederstart zu ermöglichen. Daher, und auch aufgrund der vergleichsweise häufigen Startvorgänge ist der Verschleiß entsprechender Vorrichtungen in Start-Stopp-Systemen deutlich erhöht. Der mit dem Startvorgang verbundene Lärm wird zudem als störend empfunden.Start-stop systems, for example, require the fastest possible meshing of the starter pinion in the still rotating ring gear with expiring internal combustion engine to allow a quick restart. Therefore, and also due to the relatively frequent starting operations, the wear of corresponding devices in start-stop systems is significantly increased. The noise associated with the starting process is also perceived as disturbing.
Um den mechanischen Verschleiß und den Lärmeintrag bei Start-Stopp-Systemen so gering wie möglich zu halten, können die erläuterten Einspur- und Schaltfunktionen voneinander getrennt werden. Hierzu kann ein zusätzliches Schaltrelais bereitgestellt werden, das eine Bestromung des Stromkreises der elektrischen Maschine unabhängig vom Einspuren des Ritzels in den Zahnkranz durch das weiter vorhandene Einspurrelais ermöglicht. Die Bestromung kann dabei beispielsweise zeitversetzt zum Einspuren erfolgen.In order to minimize the mechanical wear and the noise input in start-stop systems as possible, the described single-track and shift functions can be separated from each other. For this purpose, an additional switching relay can be provided, which allows energization of the circuit of the electric machine regardless of the meshing of the pinion in the sprocket by the further existing Einspurrelais. The energization can be done, for example, time offset to the meshing.
Die Erfindung will die Funktion entsprechender Einspurrelais verbessern und damit verbesserte Möglichkeiten zum Starten von Kraftfahrzeugen, insbesondere von Kraftfahrzeugen mit Start-Stopp-Systemen, schaffen.The invention seeks to improve the function of corresponding Einspurrelais and thus provide improved possibilities for starting motor vehicles, especially of motor vehicles with start-stop systems.
Aus der
Aus der
Aus der
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Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Erfindungsgemäß werden ein Schaltrelais mit einem Wechselkontakt für einen Kraftfahrzeugstarter, ein Kraftfahrzeugstarter mit einem derartigen Schaltrelais sowie ein Verfahren zum Starten eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.According to the invention, a switching relay with a changeover contact for a motor vehicle starter, a motor vehicle starter with such a switching relay and a method for starting a motor vehicle with the features of the independent claims are proposed. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims and the following description.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Das erfindungsgemäße Schaltrelais verbessert das Schließen eines Stromkreises einer elektrischen Maschine einer Kraftfahrzeugstarters unabhängig vom Einspuren des Ritzels in den Zahnkranz. Es weist dazu wenigstens zwei elektrische Spulen (”Wicklungen”) auf, welche einen Relaisanker bewegen. Eine erste Wicklung ist dabei hochohmig ausgebildet und wird nachfolgend als ”Haltewicklung” bezeichnet, eine zweite Wicklung ist niederohmig ausgebildet und wird nachfolgend als ”Einzugswicklung” bezeichnet. Einzugs- und Haltewicklung können um einen gemeinsamen Kern gewickelt sein.The switching relay according to the invention improves the closing of a circuit of an electrical machine of a motor vehicle starter regardless of the meshing of the pinion in the sprocket. It has for this purpose at least two electrical coils ("windings") which move a relay armature. A first winding is of high resistance and is referred to below as a "holding winding", a second winding is formed low resistance and is hereinafter referred to as "pull-in winding" designated. Feeding and holding winding can be wound around a common core.
Einzugs- und Haltewicklung sind in Reihe geschaltet und es ist ein Überbrückungsschalter zum Überbrücken der Haltewicklung über eine Überbrückungsleitung in einer ersten Schaltstellung des Relais (vorzugsweise die Ruhestellung/Normalstellung), nachfolgend auch als ”Einzugsstellung” bezeichnet, vorgesehen. Das Relais ist so ausgebildet, dass der Überbrückungsschalter in einer zweiten Schaltstellung (vorzugsweise die betätigte Stellung), nachfolgend auch als ”Haltestellung” bezeichnet, geöffnet ist und damit die Überbrückung der Haltewicklung aufgehoben wird. Gleichzeitig ist in der Haltestellung eine Kontaktbrücke, die von dem Relais geschaltet wird, geschlossen. In der Einzugsstellung ist die Kontaktbrücke geöffnet. Es versteht sich, dass bei geschlossenem Überbrückungsschalter unter Umständen dennoch ein Reststrom durch die Haltewicklung fließt. Dies kann dadurch verstärkt und vorteilhaft genutzt werden, dass in der Überbrückungsleitung beispielsweise ein Widerstandselement oder eine Diode angeordnet wird. Die jeweiligen Stromflüsse durch die Überbrückungsleitung einerseits und die Haltewicklung andererseits ergeben sich dann durch das Widerstandsverhältnis, wie unten erläutert.Feeding and holding winding are connected in series and there is a bypass switch for bypassing the holding winding via a bypass line in a first switching position of the relay (preferably the rest position / normal position), hereinafter also referred to as "feed position" provided. The relay is designed so that the bypass switch in a second switching position (preferably the actuated position), hereinafter also referred to as "holding position" is open, and thus the bridging of the holding winding is released. At the same time in the holding position, a contact bridge, which is connected by the relay, closed. In the retraction position, the contact bridge is open. It is understood that with closed bypass switch under certain circumstances still a residual current flows through the holding winding. This can be amplified and advantageously used by arranging, for example, a resistance element or a diode in the bypass line. The respective current flows through the bridging line on the one hand and the holding winding on the other hand then result from the resistance ratio, as explained below.
Relais mit Einzugs- und Haltewicklungen können vorteilhaft zunächst eine große Einzugskraft und nachfolgend eine verringerte Haltekraft auf den Relaisanker ausüben. Die Einzugskraft wird durch ein Bestromen der niederohmigen Einzugswicklung erzeugt, solange die Haltewicklung überbrückt ist. Hierbei ergibt sich aufgrund eines vergleichsweise hohen Stromflusses eine starke magnetische Durchflutung. Durch den hohen Stromfluss ergibt sich jedoch auch eine hohe Wärmeentwicklung, die u. U. das Relais schädigen kann, und die vermieden werden soll. Gleichzeitig reicht zum Halten des Relais auch eine geringere magnetische Durchflutung aus. Beides kann durch anschließendes gemeinsames Bestromen der hochohmigen Haltewicklung (die nicht mehr überbrückt wird) und der niederohmigen Einzugswicklung erreicht werden.Relay with retraction and holding windings can advantageously first exert a large pull-in force and subsequently a reduced holding force on the relay armature. The pull-in force is generated by energizing the low-impedance pull-in winding, as long as the holding winding is bridged. This results in a strong magnetic flux due to a relatively high current flow. Due to the high current flow but also results in a high heat development, the u. U. the relay can damage, and should be avoided. At the same time a smaller magnetic flux is sufficient to hold the relay. Both can be achieved by subsequent common energizing of the high-impedance holding winding (which is no longer bridged) and the low-impedance pull-in winding.
Durch die Reihenschaltung von Einzugs- und Haltewicklung müssen auch keine Mittel vorgesehen sein, um bei parallel geschalteter Einzugs- und Haltewicklung die Einzugswicklung nur für die Zeit zu bestromen, die für das Schalten des Relais und damit einer Kontaktbrücke zum Schließen des Stromkreises der elektrischen Maschine des Kraftfahrzeugstarters erforderlich ist. Entsprechende Mittel müssen ferner sicherstellen, dass für die Zeit danach, in der die Kontaktbrücke geschlossen gehalten werden muss, nur die Haltewicklung bestromt wird. Dies erweist sich jedoch häufig als aufwendig und erfordert entsprechende Ansteuerlogiken, die die Kraftfahrzeugstarter verteuern. Die vorliegende Erfindung schlägt demgegenüber eine Lösung vor, bei der die genannten Funktionen weitgehend selbständig und ohne die Verwendung aufwendiger Ansteuerlogiken ablaufen.Due to the series connection of pull-in and hold winding no means must be provided in order to energize the pull-in winding with parallel-connected feed and hold winding only for the time required for switching the relay and thus a contact bridge to close the circuit of the electric machine Motor vehicle starter is required. Corresponding means must further ensure that only the holding winding is energized for the time after which the contact bridge must be kept closed. However, this often proves to be costly and requires appropriate control logic that make the motor vehicle starter more expensive. In contrast, the present invention proposes a solution in which the functions mentioned proceed largely independently and without the use of expensive control logics.
Das erfindungsgemäße Schaltrelais ist dazu ausgebildet, um über die Kontaktbrücke einen Stromkreis für einen Kraftfahrzeugstarter zu schließen. Es eignet sich insbesondere für ein Start-Stopp-System.The switching relay according to the invention is designed to close a circuit for a motor vehicle starter via the contact bridge. It is particularly suitable for a start-stop system.
Um die Schaltsicherheit des Relais zu verbessern, ist ein niederohmiger Widerstand in der Überbrückungsleitung vorteilhaft. Der Widerstandswert kann beispielsweise < 1/10 der Einzugswicklung betragen. Der Widerstand bewirkt einen gewissen Stromfluss durch die Haltewicklung auch im überbrückten Zustand. Diese Maßnahme verbessert das Umschalten von Einzugs- und Haltefunktion. Anstelle eines Widerstands kann auch eine Diode vorteilhaft sein.In order to improve the switching reliability of the relay, a low-resistance resistor in the bypass line is advantageous. The resistance value may be, for example, <1/10 of the pull-in winding. The resistor causes a certain current flow through the holding winding, even in the bridged state. This measure improves the switching of feed and hold function. Instead of a resistor, a diode may also be advantageous.
Das erfindungsgemäße Schaltrelais ist derart ausgebildet sein, dass neben den zuvor erläuterten Schaltstellungen (Einzugs- und Haltestellung) durch den Schaltkontakt eine dritte Schaltstellung möglich ist. Die dritte Schaltstellung wird im Rahmen dieser Anmeldung als ”Zwischenstellung” bezeichnet. Sie wird vorzugsweise bei einem Übergang von der Einzugs- in die Haltestellung eingenommen.The switching relay according to the invention is to be designed such that in addition to the previously described switching positions (retraction and holding position) by the switching contact, a third switching position is possible. The third switching position is referred to in the context of this application as "intermediate position". It is preferably taken during a transition from the retraction to the holding position.
Hierzu kann der Wechselkontakt zwei Kontaktelemente aufweisen, die jeweils über Mitnehmer auf einer Schaltachse verschoben werden können. Dieses Ausführungsbeispiel wird im Folgenden erläutert. Ein erstes Kontaktelement ist zum Schließen der Kontaktbrücke ausgebildet, ein zweites Kontaktelement ist zum Schließen des Überbrückungsschalters ausgebildet. Beim Umschalten von der Einzugs- in die Haltestellung ist, wie erwähnt, der Überbrückungsschalter zunächst geschlossen. Die Kontaktbrücke ist geöffnet. Beim Umschalten wird die Schaltachse derart verschoben, dass der Mitnehmer des ersten Kontaktelements dieses über eine Feder an die Kontakte der Kontaktbrücke andrückt und die Kontaktbrücke damit schließt. Das zweite Kontaktelement wird jedoch noch nicht von seinem Mitnehmer erfasst und daher hält zunächst noch den Überbrückungsschalter geschlossen. Dies entspricht der genannten Zwischenstellung, in der also sowohl der Überbrückungsschalter als auch die Kontaktbrücke geschlossen sind. Die Schaltachse bewegt sich anschließend weiter, so dass auch das zweite Kontaktelement von seinem Mitnehmer erfasst wird. Damit wird der Überbrückungsschalter geöffnet und auf diese Weise die Haltestellung eingenommen.For this purpose, the changeover contact may comprise two contact elements, which can be moved in each case via drivers on a shift axis. This embodiment will be explained below. A first contact element is designed to close the contact bridge, a second contact element is designed to close the bypass switch. When switching from the retraction to the stop position, as mentioned, the bypass switch is initially closed. The contact bridge is open. When switching the switching axis is shifted so that the driver of the first contact element presses this via a spring to the contacts of the contact bridge and the contact bridge closes it. However, the second contact element is not detected by its driver and therefore initially holds the bypass switch closed. This corresponds to the said intermediate position, in which therefore both the bypass switch and the contact bridge are closed. The switching axis then moves on, so that the second contact element is detected by its driver. Thus, the bypass switch is opened and taken in this way the holding position.
Ein erfindungsgemäßer Kraftfahrzeugstarter weist das erläuterte Schaltrelais auf. Dieser und das erfindungsgemäß ebenfalls vorgesehene Verfahren profitieren in gleicher Weise von den erläuterten Vorteilen.An inventive motor vehicle starter has the explained switching relay. This and the method also provided according to the invention profit in the same way from the explained advantages.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination indicated, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.The invention is illustrated schematically by means of exemplary embodiments in the drawing and will be described in detail below with reference to the drawing.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Ausführungsform(en) der ErfindungEmbodiment (s) of the invention
In den Figuren tragen gleiche oder gleichwirkende Elemente identische Bezugszeichen und werden nicht wiederholt erläutert.In the figures, identical or equivalent elements bear identical reference numerals and will not be explained repeatedly.
In
Das Schaltrelais ist in einem strichpunktiert dargestellten Gehäuse angeordnet. Es weist eine Einzugswicklung
Die Haltewicklung
Die in der
Wird über den Anschluss
In der in den
Die in der
Bei Bestromung eines entsprechenden Relais
In
Verschiebt sich die Schaltachse
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