DE102018108099A1

DE102018108099A1 - Überlastschutzvorrichtung für einen Starter und Verfahren zur Überwachung eines Starters

Info

Publication number: DE102018108099A1
Application number: DE102018108099.9A
Authority: DE
Inventors: Matthias Cwik; Kevin Kubelka
Original assignee: SEG Automotive Germany GmbH
Current assignee: SEG Automotive Germany GmbH
Priority date: 2018-04-05
Filing date: 2018-04-05
Publication date: 2019-10-10

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Überlastschutzvorrichtung (14, 24) für einen Starter (12) eines Verbrennungsmotors, die dazu eingerichtet ist, ein Vorliegen einer Überlastung des Starters (12) zu erkennen und bei Vorliegen einer Überlastung des Starters (12) eine Abschaltung des Starters (12) derart zu bewirken, dass der Starter (12) nach dem Abschalten wieder anschaltbar ist. Ferner betrifft die Erfindung einen Magnetschalter (16, 20) für einen Starter (12), einen Starter (12) und ein Verfahren zur Überwachung eines Starters (12).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Überlastschutzvorrichtung für einen Starter eines Verbrennungsmotors, insbesondere für ein Nutzfahrzeug, einen Magnetschalter für einen Starter, einen Starter und ein Verfahren zur Überwachung eines Starters. Die Erfindung liegt somit insbesondere auf dem technischen Gebiet von Kraftfahrzeugen, insbesondere von Nutzfahrzeugen, sowie vornehmlich auf dem Gebiet von Startern für Verbrennungsmotoren von Nutzfahrzeugen.
Stand der Technik
Da herkömmlicherweise ein Verbrennungsmotor nicht von selbst, d.h. ohne Unterstützung starten kann, weisen Kraftfahrzeuge einen elektrischen Starter (Anlasser) auf, welcher dazu dient, den Verbrennungsmotor in Bewegung zu versetzen, um den Verbrennungsmotor zu starten. Zum Anlassen des Verbrennungsmotors mittels des Starters sind zumeist hohe elektrische Ströme durch den Startermotor des Starters erforderlich. Um jedoch im Falle eines Fehlers und/oder eines Schadens im Starter und/oder in anderen Komponenten des Bordspannungsnetzes, in welches der Starter integriert ist, einen unkontrollierten Stromfluss zu vermeiden, ist eine entsprechende Überlastabsicherung zweckmäßig. Man kann den Starter dadurch vor einer Überlastung bzw. vor einem unkontrolliert hohen Stromfluss schützen, dass der Starter mit Litzen und/oder mit speziellen Metallkontakten ausgestattet ist, welche im Falle einer Überlast als Schmelzsicherung wirken.
Dies führt zwar typischerweise zu einer zuverlässigen Absicherung gegen eine Überlastung des Starters, sodass bei einem überhöhten Stromfluss zuverlässig der Kontakt zwischen dem Starter und der Stromquelle und/oder Spannungsquelle getrennt wird, jedoch weist dies den Nachteil auf, dass nach einem Auslösen der Überlastungsabsicherung, d.h. nach einem Durchschmoren zumindest einer der Litzen und/oder zumindest eines der Metallkontakte der Starter repariert werden muss.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß werden eine Überlastschutzvorrichtung für einen Starter eines Verbrennungsmotors, insbesondere für ein Nutzfahrzeug, ein Magnetschalter für einen Starter und ein Starter mit einer solchen Überlastschutzvorrichtung und ein Verfahren zur Überwachung eines Starters mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Der Erfindung stellt eine Überlastschutzvorrichtung zum Bewirken einer Abschaltung eines Starters, insbesondere eines Nutzfahrzeugs bereit, welche bei der bestimmungsgemäßen Verwendung nicht zu einer Beschädigung, insbesondere nicht zu einem Totalschaden, des Starters führt, sodass der Starter nach dem Abschalten wieder anschaltbar ist. Die Überlastschutzvorrichtung kann den Starter insbesondere selbst abschalten, z.B. mittels eines entsprechenden Schalters, oder abschalten lassen, insbesondere mittels einer entsprechenden Abschalteinrichtung, wie einer separaten Recheneinheit (Steuergerät).
Der Erfindung zugrunde liegende Starter weisen insbesondere einen Startermotor zum Antreiben des Verbrennungsmotors und einen einen elektromagnetischen Aktor (z.B. Spule mit beweglichem Anker) und einen von diesem betätigten Schaltkontakt aufweisenden Magnetschalter auf, wobei der Schaltkontakt einem Startermotor vorgeschaltet ist, um diesen mit einem Stromversorgungsanschluss (insbesondere Klemme 30) zu verbinden oder diesen von dem Stromversorgungsanschluss zu trennen. Weiterhin kann ein Steueranschluss (insbesondere Klemme 50) zum Bestromen des elektromagnetischen Aktors vorgesehen sein.
Eine Überlastung des Starters kann insbesondere bedeuten, dass ein zu hoher elektrischer Strom durch den Starter bzw. über den Stromversorgungsanschluss des Starters fließt und dadurch der Starter (insbesondere der Startermotor) hohen thermischen oder mechanischen Belastungen ausgesetzt wird, wodurch der Starter Schaden zu nehmen droht und/oder Schaden nimmt. Beispielsweise kann eine Überlastung des Starters dann auftreten und/oder zu erwarten sein, wenn der Verbrennungsmotor, den der Starter antreibt oder antreiben soll, blockiert ist und entsprechend durch den Starter nicht oder nur besonders schwer in Bewegung versetzt werden kann und/oder wenn der Magnetschalter des Starters einen Schaden aufweist und/oder beispielsweise in elektrischem Kontakt mit einem anderen elektrischen Leiter steht und/oder wenn ein elektrischer Kurzschluss im Starter vorliegt.
Dass der Starter abgeschaltet wird, bedeutet dabei, dass die Stromzufuhr zum Startermotor verringert und/oder bevorzugt vollständig unterbrochen wird. Beispielsweise kann dazu der Startermotor von der Spannungsquelle und/oder Stromquelle getrennt werden, insbesondere durch Abschalten einer Stromversorgung des elektromagnetischen Aktors. Insbesondere bedeutet „Abschalten“ des Starters ein Deaktivieren des Starters, welches ein Wiedereinschalten des Starters zeitlich nach dem Abschalten ermöglicht, nicht aber zur Zerstörung und/oder Beschädigung des Starters führt. Mit anderen Worten erfolgt das Abschalten des Starters auf reversible Weise, sodass der Starter wieder eingeschaltet werden kann, vorzugsweise ohne dass dafür eine Reparatur und/oder ein Austausch erforderlich sind.
Die Erfindung bietet den Vorteil, dass mittels der Überlastschutzvorrichtung der Starter im Falle einer Überlastung rasch abgeschaltet werden kann und somit die Zeitdauer, in welcher die Überlastung an dem Starter vorliegt, begrenzt und/oder reduziert werden kann. Dies bietet insbesondere den Vorteil, dass im Falle einer Überlastung des Starters nicht notwendigerweise Komponenten des Starters beschädigt werden und somit eine Reparatur oder gar ein Austausch des Starters aufgrund der aufgetretenen Überlastung nicht erforderlich ist. Insbesondere ist es erfindungsgemäß nicht erforderlich, dass zur Beseitigung der Überlastung des Starters eine Litze und/oder ein spezieller Metallkontakt und/oder zumindest eine andere Komponente des Starters durchschmoren, um den Startermotor von der Stromquelle bzw. Spannungsquelle zu trennen. Mit anderen Worten ist es erfindungsgemäß nicht erforderlich, dass ein elektrischer Leiter des Starters entsprechend einer Schmelzsicherung durchschmort, um die Überlastung bzw. den überhöhten Stromfluss durch den Starter zu unterbinden. Folglich kann durch die Erfindung verhindert werden, dass im Fall einer Überlastung des Starters dieser notwendigerweise beschädigt und/oder zerstört und/oder unbrauchbar wird.
Daher bietet die Erfindung den Vorteil, dass die Robustheit und die Lebensdauer des Starters im Vergleich zu herkömmlichen Startern erhöht werden kann und die für einen Ersatz oder einen Austausch eines herkömmlichen Starters entstehenden Kosten eingespart und/oder reduziert werden können.
Ferner bietet die Erfindung den Vorteil dass auch nach dem Auftreten einer Überlastung des Starters der Starter verwendbar bleibt, sofern die Ursache der Überlastung wieder behoben ist. Dies bietet den Vorteil, dass das Fahrzeug, welches den erfindungsgemäßen Starter aufweist, gegebenenfalls auch nach dem Auftreten der Beseitigung einer Überlastung des Starters weiterverwendet werden kann und seine Funktionalität beibehält und vorzugsweise in einem fahrtüchtigen Zustand verbleibt.
Zudem bietet die Erfindung den Vorteil dass ein differenziertes Erkennen des Vorliegens einer Überlastung des Starters erreicht werden kann, bei welchem beispielsweise verschiedene Fälle unterschieden werden können, welche zu der Überlastung des Starters führen. Beispielsweise kann das Erkennen der Überlastung des Starters mehrere Fälle unterscheiden, wie etwa ein Blockieren des Verbrennungsmotors, der angetrieben werden soll, geschmolzene und/oder durchgeschmorte Kontakte des Schaltkontakts und/oder Probleme mit dem Starter, wie etwa verlängerte Anlasszeitdauer und/oder Unregelmäßigkeiten der Charakteristik des Stroms und/oder der Spannung. Die Anlasszeitdauer entspricht der Zeitdauer, die der Anlassvorgang in Anspruch nimmt.
Ferner bietet die Erfindung den Vorteil, dass die Funktion des Erkennens der Überlastung des Starters nicht notwendigerweise in eine Recheneinheit, wie z.B. das Motorsteuergerät (ECU, engine control unit) implementiert werden muss, um die Erfindung nutzen zu können, da beispielsweise die dazu notwendige Signalerfassung und/oder Auswertung von der Überlastschutzvorrichtung durchgeführt werden können. Beispielsweise kann es ausreichend sein, die Recheneinheit lediglich derart auszugestalten, dass diese ein vorzugsweise von der Überlastschutzvorrichtung empfangenes Signal, wonach das Vorliegen einer Überlastung des Starters erkannt wurde und demzufolge der Starter abgeschaltet wurde, weiterverarbeitet und beispielsweise an den Fahrer ausgegeben werden kann. Dadurch, dass keine weitreichenden Änderungen vorhandener Recheneinheiten zwingend erforderlich sind, um die Erfindung nutzbar zu machen, wird der Anpassungsaufwand reduziert, wodurch solche Recheneinheiten vorzugsweise für verschiedene Bordspannungsnetze und/oder verschiedene Hersteller und/oder Kunden und/oder verschiedene Fahrzeuge verwendet werden können.
Vorzugsweise ist die Überlastschutzvorrichtung dazu eingerichtet, die Abschaltung des Starters unmittelbar nach dem Erkennen des Vorliegens einer Überlastung des Starters zu bewirken. Mit anderen Worten ist die Überlastschutzvorrichtung vorzugsweise dazu eingerichtet, den Starter so schnell wie möglich abzuschalten bzw. abschalten zu lassen, wenn eine Überlastung des Starters erkannt wird. Dies bietet den Vorteil, dass die Zeitspanne, in welcher der Starter der Überlastung ausgesetzt ist, wie etwa einem überhöhten Stromfluss durch den Stromversorgungsanschluss des Starters, minimiert wird und somit das Risiko einer Beschädigung des Starters aufgrund der Überlastung minimiert werden kann.
Vorzugsweise ist die Überlastschutzvorrichtung dazu eingerichtet, eine Größe zu ermitteln, die eine an einem Stromversorgungsanschluss des Starters anliegende elektrische Spannung und/oder einen durch den Stromversorgungsanschluss des Starters fließenden elektrischen Strom charakterisiert, und wobei das Erkennen des Vorliegens einer Überlastung des Starters auf Basis der ermittelten Größe erfolgt. Dies bietet den Vorteil, dass das Erkennen des Vorliegens einer Überlastung des Starters auf besonders einfache Weise implementiert werden kann und/oder besonders zuverlässig erfolgen kann. Vor allem bietet dies den Vorteil, dass somit die Anzeichen, welche auf eine Überlastung des Starters hindeuten, frühzeitig erkannt werden können und somit auch frühzeitig Gegenmaßnahmen gegen eine Überlastung des Starters ergriffen werden können, wie etwa das Abschalten des Starters. Auf diese Weise kann die Reaktionszeit der Überlastschutzvorrichtung, d.h. die Zeitspanne vom Erkennen des Vorliegens der Überlastung des Starters bis zum Abschalten des Starters, auf ein Minimum reduziert werden. Dadurch kann das Risiko einer Beschädigung des Starters aufgrund der Überlastung minimiert werden.
Vorzugsweise ist die Überlastschutzvorrichtung in den Starter integriert und/oder an dem Starter angeordnet. Dies bietet den Vorteil, dass der Starter mitsamt der Überlastschutzvorrichtung in einer kompakten Bauform bereitgestellt werden kann. Ferner bietet dies Vorteil, dass der Starter mit der Überlastschutzvorrichtung als eine Baugruppe bereitgestellt werden kann.
Zur Verringerung des Platzbedarfs kann die Überlastschutzvorrichtung in den Magnetschalter des Starters integriert sein und/oder an dem Magnetschalter angeordnet sein. Dies bietet den Vorteil, dass ein mit der Überlastschutzvorrichtung ausgestatteter Magnetschalter als eine Baugruppe bereitgestellt und/oder verbaut werden kann.
Vorzugsweise ist die Überlastschutzvorrichtung dazu eingerichtet ist, bei Vorliegen einer Überlastung des Starters die Abschaltung des Starters dadurch zu bewirken, dass ein Abschaltsignal an eine Abschalteinrichtung, wie z.B. eine separate Recheneinheit oder eine Relais, ausgegeben wird.
Vorzugsweise weist die Überlastschutzvorrichtung eine Steuerelektronik, beispielsweise einen Mikrocontroller (IC oder ASIC), insbesondere zur Ansteuerung eines Schalters und/oder zur Ausgabe eines Abschaltsignals, auf oder ist als solche ausgebildet. Dies bietet den Vorteil, dass die Überlastschutzvorrichtung besonders einfach in einen Starter und/oder in ein Bordspannungsnetz, in welchem sich der Starter befindet, integrierbar ist. Ferner bietet es den Vorteil, dass die Überlastschutzvorrichtung besonders platzsparend oder besonders kostengünstig bereitgestellt werden kann.
Vorzugsweise weist die Überlastschutzvorrichtung wenigstens einen Schalter auf und ist dazu eingerichtet, den Schalter bei Erkennen einer Überlastung zu öffnen. Der wenigstens eine Schalter ist vorzugsweise dem elektromagnetischen Aktor und/oder dem Schaltkontakt des Magnetschalter vorgeschaltet (d.h. zwischen Schaltkontakt und Stromversorgungsanschluss bzw. zwischen Magnetspule und Steueranschluss) und/oder nachgeschaltet (d.h. zwischen Schaltkontakt und Startermotor). Dies bietet den Vorteil, dass die Überlastschutzvorrichtung zusätzlich zu dem ohnehin zur Schaltung des Starters bereitgestellten Magnetschalter vorgesehen und dadurch auch nachträglich noch implementiert werden kann. Beispielsweise kann die Überlastschutzvorrichtung ein Vorrelais aufweisen und/oder als solches ausgebildet sein, welches dem Magnetschalter vorgeschaltet ist.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren ferner ein Vergleichen der ermittelten Größe mit einem Maximalwert und/oder einem Minimalwert und das Erkennen des Vorliegens einer Überlastung des Starters auf Basis des Vergleichs. Sofern die ermittelte Größe den Minimalwert unterschreitet und/oder den Maximalwert überschreitet, kann dies als ein Indiz für das Vorliegen einer Überlastung des Starters gewertet werden und entsprechend der Starter abgeschaltet werden. Der Minimalwert und/oder Maximalwert sind dabei vorzugsweise vorbestimmt bzw. vorgegeben und/oder vorgebbar. Sie können alternativ oder zusätzlich auch während des Betriebs ermittelt werden, indem beispielsweise Startvorgänge überwacht und ausgewertet werden. Der bei einer Mehrzahl von Startvorgängen aufgetretene Maximal- und Minimalwert kann, vorzugsweise zuzüglich einer gewissen Toleranz, als Maximal- bzw. Minimalwert verwendet werden.
Der Minimalwert und/oder Maximalwert können beispielsweise in der Überlastschutzvorrichtung und/oder in einer damit verbundenen Recheneinheit, wie z.B. dem Motorsteuergerät hinterlegt bzw. gespeichert sein. Beispielsweise kann, wenn die jeweiligen Werte in der Überlastschutzvorrichtung hinterlegt sind, der Vergleich der ermittelten Größe mit dem Minimalwert und/oder Maximalwert in bzw. von der Überlastschutzvorrichtung durchgeführt werden. Dies kann den Vorteil bieten, dass der Vergleich und somit das Erkennen des Vorliegens einer Überlastung des Starters besonders schnell bzw. zeitnah erfolgen können, da keine Zeit beanspruchende Kommunikation der Überlastschutzvorrichtung mit anderen elektrischen Komponenten, wie beispielsweise der Recheneinheit, zwingend erforderlich ist. Alternativ oder zusätzlich kann der Vergleich jedoch auch in der Recheneinheit bzw. von der Recheneinheit vorgenommen werden, was insbesondere dann vorteilhaft sein kann, wenn die jeweiligen Werte in der Recheneinheit hinterlegt bzw. gespeichert sind. Dazu kann beispielsweise erforderlich sein, dass die ermittelte Größe und/oder ein Signal in Abhängigkeit davon von der Überlastschutzvorrichtung der Recheneinheit bereitgestellt werden. Dies kann den Vorteil bieten, dass die technischen Anforderungen an die Überlastschutzvorrichtung, zumindest sofern dies einen Datenspeicher und/oder eine Rechenleistungsfähigkeit anbelangt, gering gehalten werden können und/oder die Überlastschutzvorrichtung besonders kostengünstig bereitgestellt werden kann.
Vorzugsweise umfasst das Ermitteln der Größe ein Ermitteln von Werten und/oder Werteveränderungen der Größe über die Zeit zum Erhalten eines zeitlichen Verlaufs. Dabei umfasst vorzugsweise das Verfahren ferner ein Vergleichen des zeitlichen Verlaufs mit einem Referenzverlauf und das Erkennen des Vorliegens einer Überlastung des Starters auf Basis des Vergleichs. In anderen Worten wird gemäß bevorzugter Ausführungsformen die Größe bzw. deren Wert nicht nur zu einem diskreten Zeitpunkt ermittelt, sondern über eine vorzugsweise vorbestimmte Zeitspanne. Das Ermitteln der Größe in einer vorbestimmten Zeitspanne kann dabei vorzugsweise zu mehreren diskreten Zeitpunkten, welche vorzugsweise zeitlich nur kurz beabstandet sind, erfolgen. Dies bedeutet, dass dem Erkennen des Vorliegens einer Überlastung des Starters nicht notwendigerweise nur eine ermittelte Größe zu einem diskreten Zeitpunkt zu Grunde gelegt werden müssen, sondern dass eine Vielzahl von derartigen Werten der Beurteilung zugrunde gelegt werden können. Ferner können vorzugsweise durch ein Ermitteln des zeitlichen Verlaufs der Größe Indizien für das Vorliegen einer Überlastung des Starters auch aus dem zeitlichen Verlauf selbst, d.h. insbesondere aus der zeitlichen Ableitung der, gewonnen werden, wenngleich der absolute Wert und/oder die Amplitude der Größe nicht notwendigerweise auf das Vorliegen einer Überlastung des Starters hindeuten würden. Somit bietet dies den Vorteil, dass eine Zuverlässigkeit und/oder Genauigkeit des Erkennens des Vorliegens einer Überlastung des Starters verbessert bzw. erhöht werden können.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend 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.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Figurenliste

1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Bordspannungsnetz eines Fahrzeuges gemäß einer bevorzugten Ausführungsform.
2 zeigt schematisch ein Diagramm eines Stromverlaufs zur Erläuterung einer bevorzugten Ausführungsform.
3 zeigt schematisch ein Diagramm zur Erläuterung einer weiteren bevorzugten Ausführungsform.
4 zeigt schematisch ein Diagramm einer weiteren bevorzugten Ausführungsform.
5 zeigt schematisch ein Diagramm einer weiteren bevorzugten Ausführungsform.
6 zeigt schematisch ein Diagramm einer weiteren bevorzugten Ausführungsform.
7 zeigt schematisch ein Diagramm einer weiteren bevorzugten Ausführungsform.

Ausführungsform(en) der Erfindung
1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Bordspannungsnetz 10 eines Fahrzeugs, beispielsweise Nutzfahrzeuges, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform. Das Bordspannungsnetz 10 weist dabei insbesondere einen Starter 12 auf, welcher insbesondere eine eine Steuerelektronik 14 und einen Schalter 22 aufweisende Überlastschutzvorrichtung, einen einen elektromagnetischen Aktor (z.B. Spule mit beweglichem Anker) 16 und einen Schaltkontakt bzw. Schalter 20 aufweisenden Magnetschalter und einen Startermotor 18 aufweist. Ein Stromversorgungsanschluss T45 (Klemme 45) des Startermotors 18 ist dabei über den Schalter 20 mit einem Stromversorgungsanschluss T30 (Klemme 30) des Starters 12 verbindbar, der wiederum mit einer Spannungsquelle 22 elektrisch verbunden ist. Der Startermotor 18 wird von der elektrischen Spannungsquelle 22 mit elektrischer Energie versorgt, wenn der Schalter 20 geschlossen ist, und ist von der Spannungsquelle 22 getrennt, wenn der Schalter 20 geöffnet ist. Die Spannungsquelle 22 umfasst vorzugsweise eine Batterie und/oder einen Generator oder ist als solche(r) ausgebildet. Der Schalter 20 ist durch den elektromagnetischen Aktor 16 steuerbar bzw. schaltbar, wobei gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform der elektromagnetische Aktor 16 wiederum über den Schalter 24 der Überlastschutzvorrichtung gesteuert werden kann, um bei Erkennen des Vorliegens einer Überlastung des Starters den Startermotor 18 von der Spannungsquelle 22 zu trennen und dadurch den Starter bzw. Startermotor 18 abzuschalten. Ein interner Steueranschluss des Starters für den elektromagnetischen Aktor ist mit T50i (Klemme 50i) bezeichnet, ein (externer) Steueranschluss, welcher hier mit der elektronischen Messvorrichtung 14 verbunden ist, mit T50 (Klemme 50). Der Starter 12 ist dabei dazu eingerichtet, den Verbrennungsmotor 19 des Fahrzeugs anzulassen bzw. zu starten, wenn am Steueranschluss T50 ein passendes Signal anliegt, z.B. Bordspannung.
Der elektromagnetische Aktor 16 hat die Funktionen, bei Ansteuerung den elektrischen Kontakt zwischen der Spannungsquelle 22 und dem Startermotor mittels des Schalters 20 herzustellen und ein Ritzel des Starters mit einem Zahnkranz des anzutreibenden Verbrennungsmotors 19 zu koppeln. Sofern der Startermotor mit dem Verbrennungsmotor gekoppelt ist und von der Spannungsquelle angetrieben wird, übt der Startermotor ein Drehmoment auf den Zahnkranz des Verbrennungsmotors 19 aus, um diesen in Bewegung zu versetzen und dadurch zu starten.
Darüber hinaus weist das Bordspannungsnetz 10 eine Recheneinheit 26 (z.B. sog. Motorsteuergerät, ECU) auf, welche in Kommunikationsverbindung (gestrichelte Linie) mit der Überlastschutzvorrichtung steht. Auch weist das Bordspannungsnetz 10 einen Sicherungskasten 28 auf, in welchem sich beispielsweise Schmelzsicherungen befinden, um im Falle eines überhöhten Stromflusses im Bordspannungsnetz 10 diesen zu unterbinden und das Bordspannungsnetz 10 und dessen elektrische Verbraucher vor Beschädigungen zu schützen. Die im Bordspannungsnetz 10 weiter befindlichen elektrischen Verbraucher sind schematisch durch das Element 30 dargestellt, zu welchen beispielsweise ein Klimakompressor, ein Navigationssystem und/oder ein Heizungssystem zählen können.
Die elektrische Spannung, welche dem Starter 12 und im Allgemeinen dem Bordspannungsnetz 10 zur Verfügung steht, wird durch ein elektrisches Potenzial der Spannungsquelle 22 einerseits und durch Massepotenzial 32 andererseits bereitgestellt.
In dem Starter 12 werden alle Komponenten durch die Spannungsquelle 22 mit elektrischer Spannung versorgt, d.h. dass insbesondere die Steuerelektronik 14 der Überlastschutzvorrichtung und auch der elektromagnetische Aktor 16 des Magnetschalters mit elektrischer Spannung von der Spannungsquelle 22 versorgt werden können.
Im Rahmen der Erfindung ist die Überlastschutzvorrichtung dazu eingerichtet, eine Größe zu ermitteln, die eine an dem Stromversorgungsanschluss T30 des Starters 12 anliegende elektrische Spannung, d.h. hier die Bordnetzspannung, und/oder einen durch den Stromversorgungsanschluss fließenden Strom charakterisiert. In der in 1 gezeigten Ausführungsform gibt es dafür zahlreiche geeignete Messstellen, insbesondere T30 selbst, aber auch T45, T50i, T50 und eine beliebige Zuleitungsstelle dazwischen.
Gemäß der gezeigten Ausführungsform ist die Überlastschutzvorrichtung vorliegend dazu eingerichtet, an T30 direkt eine elektrische Spannung und/oder einen elektrischen Stromfluss zu ermitteln, welche im Folgenden als U30 bzw. 130 bezeichnet werden. Auf Basis der von der Überlastschutzvorrichtung ermittelten elektrischen Spannung U30 bzw. auf Basis des ermittelten elektrischen Stromflusses I30 erkennt die Überlastschutzvorrichtung das Vorliegen eines normalen bzw. regulären bzw. fehlerfreien Betriebs des Starters oder das Vorliegen einer Überlastung des Starters. Die Überlastschutzvorrichtung steht insbesondere in Kommunikation mit der Recheneinheit 26, welche optional am Erkennen des Vorliegens einer Überlastung des Starters und/oder am Abschalten des Starters mitwirken kann. Beispielsweise kann die Überlastschutzvorrichtung dazu eingerichtet sein, ein Signal auf Basis der ermittelten Spannung und/oder des ermittelten Stroms an die Recheneinheit zu übermitteln und auf Basis einer Auswertung und/oder eines von der Recheneinheit bereitgestellten Signals ggf. das Vorliegen einer Überlastung des Starters zu erkennen. Mit anderen Worten kann eine Auswertung der ermittelten elektrischen Spannung U30 bereits in der Überlastschutzvorrichtung erfolgen und/oder anhand eines von der Überlastschutzvorrichtung der Recheneinheit 26 bereitgestellten Signals in der Recheneinheit 26 erfolgen.
Gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform ersetzt die Überlastschutzvorrichtung ferner ein üblicherweise ausgebildetes elektromechanisches Vorrelais, welches typischerweise, d.h. bei Abwesenheit der Überlastschutzvorrichtung, den Magnetschalter steuert.
2 zeigt ein Diagramm eines Stromverlaufs zur Erläuterung einer bevorzugten Ausführungsform, in welchem der ermittelte Strom 130, welcher durch den Stromversorgungsanschluss T30 des Starters fließt, auf der Achse 1002 gegen die Zeit (Achse 1000) aufgetragen ist. Bei der Ermittlung des Stroms I30 wird zu Beginn des Anlassvorgangs ein Anlassstartzeitpunkt 1004 definiert, auf Basis dessen unter Berücksichtigung einer vorbestimmten Maximalanlasszeitdauer d_Max ein maximaler Endzeitpunkt 1006 des Anlassvorgangs bestimmt wird. Sofern der Anlassvorgang bis spätestens zu dem maximalen Endzeitpunkt 1006 abgeschlossen ist, d.h. sofern der Anlassvorgang nicht mehr Zeit in Anspruch nimmt als die Maximalanlasszeitdauer d_Max , werden gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform der Anlassvorgang und somit das Verhalten des Starters als normal bzw. nicht auffällig bewertet, woraufhin nicht auf das Vorliegen einer Überlastung des Starters geschlossen wird. Der Beginn und/oder das Ende des Anlassvorgangs können beispielsweise durch die Überlastschutzvorrichtung anhand des ermittelten Stroms I30 bestimmt werden. Ist beispielsweise der ermittelte Strom I30 vor dem maximalen Endzeitpunkt 1006 wieder abgeklungen bzw. auf null zurückgegangen, wie beispielsweise zum Zeitpunkt 1005 im dargestellten Fall, wird der Anlassvorgang als normal beurteilt. Dauert hingegen der Anlassvorgang länger an als die vorbestimmte Maximalanlasszeitdauer d_Max , d.h. fließt auch nach dem Endzeitpunkt 1006 noch ein Strom I30 durch den Stromversorgungsanschluss des Starters 18, kann von der Überlastschutzvorrichtung 14 das Vorliegen einer Überlastung des Starters erkannt werden und können entsprechende Gegenmaßnahmen eingeleitet werden. Insbesondere kann von der Überlastschutzvorrichtung in diesem Fall umgehend das Öffnen des Schalters 20 veranlasst werden, sodass der Startermotor 18 möglichst schnell von der Spannungsquelle 22 getrennt wird. Somit kann anhand des zeitlichen Verlaufs des ermittelten Stroms I30 das Vorliegen einer Überlastung des Starters von der Überlastschutzvorrichtung erkannt werden.
Beispielsweise kann die Maximalanlasszeitdauer auf Basis von einem oder mehreren erfolgreich durchgeführten Anlassvorgängen festgesetzt werden, welche beispielsweise nach einer Installation des Starters in einem Nutzfahrzeug durchgeführt werden. Beispielsweise kann die Maximalanlasszeitdauer d_Max als die gemittelte oder maximale Zeitdauer von mehreren erfolgreichen Anlassvorgängen zuzüglich einer optionalen Karenzzeitspanne festgesetzt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die vorab anderweitig ermittelte Maximalanlasszeitdauer d_Max jedoch bereits werksseitig in einem elektronischen Datenspeicher hinterlegt werden.
Es kann weiterhin vorteilhaft vorgesehen sein, die Maximalanlasszeitdauer in Abhängigkeit von Betriebsparametern, wie z.B. Außentemperatur, Zeit seit dem letzten Startvorgang, vorzugeben.
3 zeigt schematisch ein Diagramm zur Erläuterung einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, bei welchem wie auch in 2 auf der horizontalen Achse 1000 die Zeit und auf der vertikalen Achse 1002 der Strom aufgetragen sind. Dabei indiziert der ermittelte Strom 1102 zum Zeitpunkt 1004 den größten Stromfluss, welcher zu Beginn des Anlassvorgangs durch den Stromversorgungsanschluss T30 des Starters strömt, und der Wert 1100 den aktuell bzw. bei der zuletzt durchgeführten Ermittlung zum Zeitpunkt 1008 ermittelten Wert des Stroms 130. Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Erkennen des Vorliegens einer Überlastung des Starters dadurch, dass vorzugsweise jeder der ermittelten Werte des Stroms I30 mit einem vorbestimmten Maximalstromwert 1104 verglichen wird. Sofern der bzw. die ermittelten Werte 1100 des Stroms I30 nicht größer sind als der vorbestimmte Maximalstromwert 1104, kann dies als Indiz dafür gelten, dass keine Überlastung des Starters 18 vorliegt. Wird jedoch ein Wert des Stroms I30 ermittelt, welcher den Maximalstromwert 1104 übersteigt, kann darauf basierend das Vorliegen einer Überlastung des Starters 18 erkannt werden.
4 zeigt schematisch ein Diagramm einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, bei welcher ein zeitlicher Verlauf des Stroms I30 und/oder der Spannung U30 ermittelt wird. Dass ein zeitlicher Verlauf des Stroms bzw. der Spannung ermittelt wird, bedeutet dabei vorzugsweise, dass über einen Zeitraum zu mehreren diskreten Zeitpunkten jeweils die Werte des Stroms bzw. der Spannung erfasst bzw. ermittelt werden. Das Erkennen des Vorliegens einer Überlastung des Starters erfolgt dabei bevorzugt auf Basis eines Vergleichs des zeitlichen Verlauf 1106 der ermittelten Spannungswerte bzw. der ermittelten Stromwerte mit einem vorgegebenen bzw. vorbestimmten Verlauf 1108, welcher beispielsweise in der Überlastschutzvorrichtung und/oder in dem Motorsteuergerät 26 hinterlegt sein kann. Der vorbestimmte Verlauf ist dabei insbesondere einen Verlauf von Maximalwerten. Sofern der Verlauf der ermittelten Spannungswerte bzw. Stromwerte innerhalb vorbestimmter Grenzen dem vorbestimmten Verlauf 1108 folgt bzw. entspricht, diesen insbesondere nicht überschreitet, kann dies beispielsweise als Indiz für einen normalen Betrieb des Starters gewertet werden. Unterschiedliche Amplituden bzw. vertikalen Abstände zwischen dem ermittelten Verlauf 1106 und dem vorbestimmten Verlauf 1108 können dabei optional berücksichtigt werden und in die Beurteilung, ob eine Überlastung des Starters vorliegt, mit einfließen oder nicht. Sofern jedoch eine signifikante Abweichung zwischen dem ermittelten Verlauf 1106 und dem vorbestimmten Verlauf 1108 ermittelt wird, sodass insbesondere der ermittelte Verlauf 1106 nicht in den vorbestimmten Grenzen um den vorbestimmten Verlauf 1108 verläuft, kann dies als Indiz für das Vorliegen einer Überlastung des Starters 18 gewertet werden. Es sei darauf hingewiesen, dass ein hier beschriebener Vergleich von Verläufen insbesondere als Vergleich mit zeitabhängigen Maximalwerten realisiert sein kann.
Beispielsweise kann ein Maximalstromprofil 1108 vorab durch Messungen des Stroms I30 zu verschiedenen Zeitpunkten während des Anlassvorgangs des Verbrennungsmotors 19 mittels des Starters ermittelt werden. Optional können dazu auch ermittelte Maximalwerte aus verschiedenen Messungen des Stroms I30 für jeden der Zeitpunkt herangezogen werden. Der Vergleich des ermittelten Verlaufs 1106 des Stroms mit dem Maximalstromprofil 1108 kann dabei mit und/oder ohne Berücksichtigung der Position bzw. des Drehwinkels erfolgen, wobei diese(r) mittels eines Kurbelwellensensors ermittelt werden kann. Die Berücksichtigung des Drehwinkels der Kurbelwelle kann den Vorteil bieten, das Fehlinterpretationen und/oder ein falsches Erkennen des Normalzustands bzw. der Überlastung des Starters aufgrund einer Phasenverschiebung zwischen dem ermittelten Verlauf 1106 und dem Maximalstromprofil 1108 vermieden werden können.
5 zeigt schematisch ein Diagramm einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, bei welcher der ermittelte Strom I30 über die Zeit integriert bzw. aufaddiert wird, um die über die Zeit geflossene elektrische Ladung zu erhalten. Entsprechend ist auf der vertikalen Achse 1200 die elektrische Ladung in willkürlichen Einheiten aufgetragen. Der ermittelte zeitliche Verlauf der geflossenen elektrischen Ladung 1206 kann zum Erkennen des Vorliegens einer Überlastung des Starters mit einem vorbestimmten Maximalladungsverlauf 1208 verglichen werden. Beispielsweise kann daran das Vorliegen einer Überlastung des Starters erkannt werden, dass der ermittelte zeitliche Verlauf der geflossenen elektrischen Ladung 1206 zu zumindest einem Zeitpunkt den Maximalladungsverlauf 1208 übersteigt. Der vorbestimmte Maximalladungsverlauf 1208 kann beispielsweise in der Überlastschutzvorrichtung bzw. deren Steuerelektronik 14 und/oder in dem Motorsteuergerät 26 hinterlegt sein.
Es versteht sich, dass die dargestellten Ausführungsformen, bei welchen das Vorliegen einer Überlastung des Starters anhand des ermittelten Stroms 130 erfolgt, in entsprechender dem Fachmann geläufiger Abwandlung auch auf Basis der ermittelten Spannung U30 am Stromversorgungsanschluss T30 des Starters 12 realisiert werden können.
Der Vollständigkeit halber seien lediglich beispielhaft die folgenden auf der Ermittlung der Spannung U30 beruhenden Ausführungsformen erwähnt. So zeigt beispielsweise 8 ein Diagramm einer Ausführungsform, welche im Wesentlichen der mit Bezug auf 2 erläuterten Ausführungsform entspricht, wobei jedoch in diesem Fall nicht der Strom 130, sondern die Spannung U30 dem Verfahren zugrunde liegt. Entsprechend ist auf der vertikalen Achse 1300 die Spannung U30 aufgetragen. So basiert diese Ausführungsform insbesondere darauf, den zeitlichen Verlauf der Spannung U30 zu ermitteln und daraus eine Zeitdauer des Anlassvorgangs zu ermitteln bzw. zu ermitteln, ob zu einem Endzeitpunkt 1006 der Anlassvorgang beendet ist oder noch andauert. Sofern der Anlassvorgang nach dem Endzeitpunkt 1006 noch andauert, kann dies als Indiz für das Vorliegen einer Überlastung des Starters 18 gewertet werden.
Auf ähnliche Weise entspricht die Ausführungsform, welche anhand des Diagramms in 7 dargestellt ist, im Wesentlichen der Ausführungsform, welche mit Bezug auf 4 erläutert ist, wobei hierbei der ermittelte Spannungsverlauf 1306 mit einem vorbestimmten Spannungsverlauf 1308 verglichen wird und/oder überwacht wird, ob der ermittelte Spannungsverlauf 1306 zeitweise einen Minimalspannungsverlauf 1308 unterschreitet. Der Minimalspannungsverlauf 1308 entspricht dabei im Wesentlichen in reziproker Weise dem Maximalstromverlauf, da bei maximalem Spannungsabfall und somit bei minimaler Spannung U30 der maximale Strom 130 fließt. Auch dabei kann das Erkennen des Vorliegens einer Überlastung des Starters mit oder ohne Berücksichtigung des Drehwinkels der Kurbelwelle erfolgen.

Claims

Überlastschutzvorrichtung (14, 24) für einen Starter (12) eines Verbrennungsmotors, die dazu eingerichtet ist, ein Vorliegen einer Überlastung des Starters (12) zu erkennen und bei Vorliegen einer Überlastung des Starters (12) eine Abschaltung des Starters (12) derart zu bewirken, dass der Starter (12) nach dem Abschalten wieder anschaltbar ist.
Überlastschutzvorrichtung (14, 24) gemäß Anspruch 1, die dazu eingerichtet ist, die Abschaltung des Starters (12) unmittelbar nach dem Erkennen des Vorliegens einer Überlastung des Starters (12) zu bewirken.
Überlastschutzvorrichtung (14, 24) gemäß Anspruch 1 oder 2, die dazu eingerichtet ist, eine Größe zu ermitteln, die eine an einem Stromversorgungsanschluss (T30) des Starters (12) anliegende elektrische Spannung (U30) und/oder einen durch den Stromversorgungsanschluss (T30) des Starters (12) fließenden elektrischen Strom (130) charakterisiert, und wobei das Erkennen des Vorliegens einer Überlastung des Starters (12) auf Basis der ermittelten Größe erfolgt.
Überlastschutzvorrichtung (14, 24) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, die in den Starter (12) integriert und/oder an dem Starter (12) angeordnet ist.
Überlastschutzvorrichtung (14, 24) gemäß Anspruch 4, die in einen einen elektromagnetischen Aktor (16) und einen Schaltkontakt (20) aufweisenden Magnetschalter des Starters (12) integriert ist und/oder an dem Magnetschalter angeordnet ist.
Überlastschutzvorrichtung (14, 24) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, die dazu eingerichtet ist, bei Vorliegen einer Überlastung des Starters (12) die Abschaltung des Starters (12) dadurch zu bewirken, dass ein Abschaltsignal an eine Abschalteinrichtung (26) ausgegeben wird.
Überlastschutzvorrichtung (14, 24) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, die dazu eingerichtet ist, den Starter mittels eines Schalters (24) abzuschalten.
Überlastschutzvorrichtung (14, 24) gemäß Anspruch 7, die den Schalter (24) aufweist und dazu eingerichtet ist, den wenigstens einen Schalter (24) bei Erkennen einer Überlastung zu öffnen.
Überlastschutzvorrichtung (14, 24) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, die eine Steuerelektronik (14) aufweist oder als solche ausgebildet ist.
Magnetschalter für einen Starter (12) eines Verbrennungsmotors, der einen elektromagnetischen Aktor (16) und einen Schaltkontakt (20) und eine Überlastschutzvorrichtung (14) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
Starter (12) eines Verbrennungsmotors aufweisend eine Überlastschutzvorrichtung (14, 24) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9.
Verfahren zur Überwachung eines Starters (12) eines Verbrennungsmotors, das Verfahren umfassend die Schritte: - Ermitteln einer Größe, die eine an einem Stromversorgungsanschluss (T30) des Starters (12) anliegende elektrische Spannung (U30) und/oder einen durch den Stromversorgungsanschluss (T30) des Starters (12) fließenden elektrischen Stroms (I30) charakterisiert; - Erkennen des Vorliegens einer Überlastung des Starters (12) auf Basis der ermittelten Größe; - Bewirken einer Abschaltung des Starters (12), sofern das Vorliegen einer Überlastung des Starters (12) erkannt wird, wobei das Abschalten des Starters (12) derart erfolgt, dass der Starter (12) nach dem Abschalten wieder anschaltbar ist.
Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei die Abschaltung des Starters (12) unmittelbar nach dem Erkennen des Vorliegens einer Überlastung des Starters (12) bewirkt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 12 oder 13, ferner umfassend die Schritte: - Ermitteln einer Anlasszeitdauer anhand der ermittelten Größe; und - Vergleichen der ermittelten Anlasszeitdauer mit einer Maximalanlasszeitdauer (d_Max); wobei das Erkennen des Vorliegens einer Überlastung des Starters (18) auf Basis des Vergleichs erfolgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, ferner umfassend: - Vergleichen der ermittelten Größe mit einem Maximalwert und/oder einem Minimalwert; wobei das Erkennen des Vorliegens einer Überlastung des Starters (12) auf Basis des Vergleichs erfolgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei das Ermitteln der Größe ein Ermitteln von Werten und/oder Werteveränderungen der Größe über die Zeit zum Erhalten eines zeitlichen Verlaufs umfasst, und wobei das Verfahren ferner umfasst: - Vergleichen des zeitlichen Verlaufs mit einem Referenzverlauf; wobei das Erkennen des Vorliegens einer Überlastung des Starters (12) auf Basis des Vergleichs erfolgt.