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Die
vorliegende Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur Steuerung
von Kraftfahrzeuganlassern, und zwar insbesondere Verfahren und Vorrichtungen
für den
Antrieb des Kerns des Einrückrelais
dieser Anlasser.
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Wie
in 1 veranschaulicht, umfaßt ein Kraftfahrzeuganlasser
herkömmlicherweise
ein Einrückrelais 2 sowie
einen Elektromotor M, dessen Ausgangswelle ein Ritzel 1 trägt. Das
Ritzel 1 ist dazu bestimmt, mit der Zahnung des Anlaßzahnkranzes
C des Verbrennungsmotors zusammenzuwirken. Es ist verschiebbar auf
der Welle des Elektromotors M zwischen einer Position, in der es
bezogen auf den besagten Anlaßzahnkranz
freigegeben ist, und einer Position gelagert, in der es sich mit
diesem im Eingriff befindet.
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Das
Einrückrelais 2 erstreckt
sich parallel zum Elektromotor oberhalb dieses Motors und umfaßt eine
Spule 2a sowie einen Tauchanker 2b.
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Es übernimmt
die Steuerung der Stromversorgung des Elektromotors M durch die
Verschiebung eines beweglichen Kontakts 3 zwischen einer Öffnungsposition
und einer Schließposition,
wobei der besagte Kontakt 3 durch den besagten im Verhältnis zum
Elektromotor M axial beweglichen Tauchanker 2b verschoben
wird, wenn die Spule 2a aktiviert ist.
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Außerdem steuert
das Einrückrelais 2 die Verschiebung
des Ritzels 1. Sein Tauchanker 2b ist dazu mit
dem Ritzel 1 durch mechanische Mittel verbunden, die insgesamt
durch die Bezugsnummer 4 bezeichnet werden.
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Diese
mechanischen Mittel umfassen eine Einrückgabel, die an ihrem oberen
Ende mit dem Tauchanker 2b und an ihrem unteren Ende mit
einer Einspurvorrichtung, zu der das Ritzel 1 gehört, verbunden
ist.
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Diese
Einspurvorrichtung umfaßt
einen Freilauf, der zwischen einer Nabe und dem Ritzel 1 axial eingefügt ist.
Die Nabe ist innen mit Schraubennuten versehen, die sich formschlüssig mit äußeren Schraubenzahnungen
im Eingriff befinden, die örtlich an
der Ausgangswelle des Elektromotors M angebracht sind.
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Die
Einrückgabel
ist zwischen ihren beiden Enden schwenkbar an einem Gehäuse gelagert,
das innen die mechanischen Mittel 4 enthält und den Elektromotor
M sowie das Einrückrelais 2 trägt. Die Einspurvorrichtung
mit ihrem Ritzel 1 wird in einer Schraubbewegung angetrieben,
wenn sie durch die Einrückgabel
verschoben wird, um mit dem Anlaßzahnkranz in Eingriff zu kommen.
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Dies
erfolgt durch die Stromversorgung der Spule 2a im Anschluß an eine
Betätigung
des Zündschlüssels, wodurch
der Tauchanker 2b in Bewegung gesetzt werden kann, der
dabei in Richtung des am Ende eines Trägers der Spule 2a angebrachten
ortsfesten Kerns gezogen wird. Dieser Träger hat im Querschnitt eine
U-Form, um die Spule 2a aufzunehmen, so daß er einen
Boden umfaßt,
der ein Lager 2C bildet. Der Tauchanker 2b ist
daher dazu bestimmt, sich zwischen einer Ruheposition und einer Kontaktgabeposition
zu bewegen, in der er sich am ortsfesten Kern in Anlage befindet,
wobei sich diese Schließposition
des Magnetkreises nach dem Schließen des beweglichen Kontakts 3 und
somit auch des elektrischen Stromkreises einstellt.
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Die
mechanischen Mittel umfassen außerdem
eine Rückstellfeder,
die um den Tauchanker 2b herum gelagert ist, um diesen
in die Ruheposition zurückzustellen,
eine Trennfeder, die mit dem beweglichen Kontakt 3 verbunden
ist, um diesen in die Öffnungsposition
zurückzustellen,
und eine als Zahn-gegen-Zahn-Feder
bezeichnete Feder 5, die im Innern des Tauchankers 2b aufgenommen
ist und sich mit einem ersten Stift im Eingriff befindet, der durch
eine Achse mit dem oberen Ende der Einrückgabel verbunden ist, um deren
Verbindung mit dem Tauchanker 2b herbeizuführen. Diese
Feder 5 besitzt eine größere Steifigkeit
als die Rückstellfeder.
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Die
Einrückgabel
ist daher an ihrem oberen Ende zwischen dem Tauchanker 2b und
der Achse eingefügt.
Der im Innern eines Sacklochs des Tauchankers 2b gelagerte
erste Stift ist dazu bestimmt, nach einem bestimmten Verstellweg
mit einem zweiten Stift in Eingriff zu kommen, der fest mit dem
beweglichen Kontakt 3 verbunden und im Innern des ortsfesten
Kerns verschiebbar gelagert ist. In der Schließposition wirkt der Kontakt 3 mit
einem ortsfesten Kontakt in Form von Kontaktstiften zusammen, die
mit der Plusklemme der Batterie bzw. mit dem Elektromotor M verbunden
sind, wodurch die Stromversorgung des Elektromotors ermöglicht wird.
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Die
Kontaktstifte sind fest mit der aus Isoliermaterial ausgeführten Verschlußkappe des
Einrückrelais
verbunden.
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Alle
diese Elemente sind in 1 dargestellt und der Einfachheit
halber nicht durch Bezugsnummern bezeichnet worden.
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Das
Ritzel 1 kann daher mit dem Zahnkranz C in Eingriff kommen,
das heißt
in die Einspurposition am Zahnrad C gelangen, bevor der bewegliche
Kontakt geschlossen wird.
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Zumeist
kommt das Ritzel 1 axial mit Zähnen des Zahnkranzes C in Anschlagkontakt,
bevor es an diesem einspurt.
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Die
mechanischen Mittel 4 umfassen daher insbesondere eine
Feder 5, die mechanisch zwischen dem Tauchanker 2b und
dem Ritzel 1 eingefügt
ist und die es dem Tauchanker 2b ermöglicht, seinen Verstellweg
fortzusetzen, um vor seinem Kontakt mit dem ortsfesten Kern die
Verbringung des beweglichen Kontakts in die Schließposition
sicherzustellen, auch wenn das Ritzel 1 im Anschlag an
den Zähnen
des Zahnkranzes des Verbrennungsmotors in einer Position blockiert
ist, in der es sich nicht mit diesem Zahnkranz im Eingriff befindet.
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Unter
Berücksichtigung
der Schnelligkeit der Bewegung des beweglichen Kerns 2b und
der Elastizität
der mechanischen Verbindungsmittel 4, die insbesondere
durch das Vorhandensein der Feder 5 bedingt ist, können jedoch
erhebliche Phasenverschiebungen zwischen dem Schließen des
Kontakts 3 und der Verschiebung des Ritzels 1 vorkommen.
Insbesondere bei niedriger Temperatur ist eine Drehung des Elektromotors
M und daher des Ritzels 1 festzustellen, bevor letzteres
Zeit genug hatte, am Zahnkranz einzuspuren. Insoweit der Elektromotor
M unter voller Spannung gespeist wird, erhöht sich die Drehzahl des Ritzels 1 sehr
schnell, wodurch das Eingreifen des Ritzels am Zahnkranz verhindert
wird. Dies hat wiederum eine rasche Zerstörung des Zahnkranzes und des
Ritzels zur Folge.
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In
der
FR-A-2 679 717 ist
vorgeschlagen worden, diesen Nachteil durch die Stromversorgung des
Einrückrelais
mit einem variablen Impulsstrom zu beseitigen.
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Unter
Bezugnahme auf 2 steuert bei einer derartigen
Anordnung eine Spule B sowohl ein Einrückrelais K als auch die Vorwärtsbewegung
eines nicht dargestellten Ritzels. Die Spule wird über einen
Transistor T im Impulsmodus mit Pulsweitenmodulation oder "Pulse Width Modulation" (PWM) auf englisch
gespeist, wobei der Transistor durch einen Mikrocontroller 10 angesteuert
wird.
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Das
Taktverhältnis
der Impulse wird fortschreitend erhöht, um einen Effektivstrom
in der Spule zu erzielen, der sich allmählich erhöht. Auf diese Weise wird angestrebt,
daß der
bewegliche Kern anfängt,
sich mit einer minimalen magnetischen Anziehungskraft und daher
mit einer kleinstmöglichen
Beschleunigung zu verschieben, um eine Phasenverschiebung zwischen
der Bewegung des Kerns und der des vorstehend beschriebenen Ritzels
zu vermeiden.
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Dieses
Verfahren bezweckt außerdem
eine Verringerung der Auftreffgeschwindigkeit des Ritzels am Zahnkranz,
um dessen stirnseitigen Verschleiß einzuschränken.
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Es
schafft aber nicht die Möglichkeit,
eine abrupte Verschiebung des Kerns aus seiner Ruheposition in seine
Aktivierungsposition zu verhindern.
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Um
diese Auftreffgeschwindigkeit noch weiter zu verringern, ist in
der
US-A-4 418 289 gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 ein Verfahren zur Stromversorgung einer Spule zum
Antrieb eines beweglichen Kerns eines Einrückrelais eines elektrischen
Kraftfahrzeuganlassers vorgeschlagen worden, bei dem der Effektivstrom
in der Spule im Laufe der Verschiebung des Kerns zu seiner Kontaktgabeposition
verändert
wird und bei dem im Laufe dieser Verschiebung:
- – eine erste
Antriebsphase mit einem ausreichend hohen Effektivstrom, um den
Kern in Bewegung zu setzen, und anschließend
- – eine
zweite Antriebsphase mit niedrigerem Effektivstrom zur Anwendung
kommen.
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Außerdem schlägt diese
Druckschrift eine Vorrichtung zur Steuerung der Stromversorgung
einer Spule zum Antrieb eines beweglichen Kerns eines Einrückrelais
eines Kraftfahrzeuganlassers vor, die vorgesehen ist, um den Effektivstrom
in der Spule im Laufe der Verschiebung des Kerns zu seiner Kontaktgabeposition
zu verändern,
wobei sie vorgesehen ist, um im Laufe dieser Verschiebung:
- – eine
erste Antriebsphase mit einem ausreichend hohen Effektivstrom, um
den Kern in Bewegung zu versetzen, und anschließend
- – eine
zweite Antriebsphase mit niedrigerem Effektivstrom zur Anwendung
zu bringen.
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Dabei
ist praktisch in der zweiten Phase vorgesehen, den Elektromotor
zu speisen, um ihn mit reduzierter Drehzahl laufen zu lassen, was
aufgrund einer zusätzlichen
Scheibe, zusätzlicher
Kontakte und eines zusätzlichen
Widerstands erfolgt, die in das Einrückrelais integriert sind. Diese
zweite Phase endet beim Schließen
des beweglichen Kontakts, der daraufhin mit dem ortsfesten Kontakt
zusammenwirkt, um den Elektromotor mit voller Leistung zu speisen.
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Diese
Lösung
führt nicht
zu völlig
zufriedenstellenden Ergebnissen, da sie die Ausführung des Einrückrelais
aufwendiger gestaltet.
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Darüber hinaus
ist sie nicht völlig
zuverlässig,
da beispielsweise die Einspurvorrichtung und somit auch das Ritzel
blockiert sein können.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile
in einfacher und wirtschaftlicher Weise zu beseitigen.
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Erfindungsgemäß ist ein
Verfahren der vorgenannten Art dadurch gekennzeichnet, daß während der
zweiten Phase, wenn sich der bewegliche Kontakt nicht in der Kontaktgabeposition
befindet, nach einer bestimmten oder vorbestimmten Zeit eine kontinuierliche
Steigerung der effektiven Stromstärke zur Anwendung gebracht
wird.
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Erfindungsgemäß ist eine
Vorrichtung der vorgenannten Art dadurch gekennzeichnet, daß während der
zweiten Phase nach einer bestimmten oder vorbestimmten Zeit eine
kontinuierliche Steigerung der effektiven Stromstärke zur
Anwendung gebracht wird.
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Dank
der Erfindung erhält
das Einrückrelais eine
einfache Form, wobei eine abrupte Verschiebung des Kerns aus seiner
Ruheposition zu seiner Aktivierungsposition vermieden wird.
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Denn
die effektive Stromstärke
ist im ersten Zeitintervall der zweiten Phase niedriger als die
effektive Ausgangsstromstärke
der Lösung
der
FR-A-2 679 717 ,
da sich der Kern bereits abgelöst
hat. Dadurch verringert sich die Geräuschentwicklung, und die Lösung gestaltet
sich sicher.
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Nach
einer bestimmten oder vorbestimmten Zeit ermöglicht die fortschreitende
Steigerung der effektiven Stromstärke einerseits ein fortschreitendes Zusammendrücken der
Zahn-gegen-Zahn-Feder 5 und andererseits das Schließen des
Einrückrelais, um
den Elektromotor in dem nicht vorgesehenen Fall zu speisen, in dem
das Einrückrelais
zuvor nicht geschlossen werden konnte.
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In
dem nicht vorgesehenen Fall, in dem anormal hohe Reibungskräfte im Einrückrelais
auftreten, wird daher in den mechanischen Mitteln oder an der Welle
des Elektromotors nach Ablauf einer vorbestimmten oder bestimmten
Zeit das Schließen
des Einrückrelais
sichergestellt.
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Derartige
Fälle können im
Anschluß an
besondere klimatische Bedingungen oder nach Blockierungen auftreten,
insbesondere wenn das Fahrzeug über
einen längeren
Zeitraum stillgelegt worden ist. Staub und Verschmutzungen können sich
an der Einrückgabel
oder an der Welle des Elektromotors ablagern und dadurch die Verschiebung
des Ritzels beeinträchtigen.
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Dank
der Erfindung können
die Einspurvorrichtung und ihr Kitzel dennoch bewegt werden.
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Darüber hinaus
wird das Kitzel mit dem Anlaßzahnkranz
entweder vor der Steigerung der Stromstärke oder nach der Steigerung
der Stromstärke
und vor dem Schließen
des beweglichen Kontakts in Anschlagkontakt gebracht, so daß der Elektromotor
in dieser Anschlagkontaktposition ausgehend von einer Nulldrehzahl
gestartet wird, wodurch das Einspuren des Ritzels am Zahnkranz begünstigt wird, während sich
die Verschleißerscheinungen
somit gleichzeitig verringern.
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Die
erfindungsgemäße Lösung ist
daher zuverlässig,
wobei sie eine Verlängerung
der Lebensdauer des Anlassers vor allem dank einer Verringerung
der Verschleißerscheinungen
ermöglicht.
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Außerdem verringern
sich der Energieverbrauch und die Geräuschentwicklung. Die Lösung ist wirtschaftlich,
da das Einrückrelais
nur eine einzige Spule aufweisen kann.
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Dank
der Erfindung können
bei der ersten Phase Messungen vorgenommen werden. Während dieser
ersten Phase kann sich der Kern mit einem geringeren Verstellweg
ablösen,
wobei die Stromstärke während des
ersten Zeitintervalls dieser ersten Phase nahe der erforderlichen
Stromstärke
für das
Ablösen
des Kerns liegt und mit einer kürzeren
Zeit stattfindet.
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Wenn
in der Folge Probleme auftreten, wie beispielsweise Nichtablösung des
Kerns oder Nichtschließen
des Einrückrelais,
werden diese Probleme dank der kontinuierlichen Steigerung der effektiven Stromstärke gemäß der Erfindung
gelöst.
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Die
begrenzte Ablösung
des Kerns ermöglicht
zudem eine Verringerung der Stöße und der
abrupten Verschiebungen sowie eine Senkung des Energieverbrauchs.
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Dank
der Erfindung hat die Spule eine doppelte Funktion, da sie es nach
einem dritten Zeitintervall der zweiten Phase, bei dem die Stromstärke des Effektivstroms
erhöht
wird, nach dem Anlaufen des Elektromotors ermöglicht, den beweglichen Kontakt während einer
dritten Phase geschlossen zu halten.
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Es
ist zu beachten, daß der
Elektromotor erst läuft,
nachdem das Ritzel am Zahnkranz zum Anschlag gekommen ist, so daß das Ritzel
leichter am Zahnkranz einspuren kann, wobei sich die Verschleißerscheinungen
entsprechend verringern.
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Dank
der Erfindung kann man sich in der ersten Phase an der Grenze der
Ablösung
des Kerns bewegen, so daß dessen
Bewegung noch weniger abrupt abläuft.
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Die
Zeit wird in Abhängigkeit
von anormalen Werten bestimmt, die im Falle des Nichtschließens des
beweglichen Kontakts auftreten.
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Die
Zeit wird beispielsweise in Abhängigkeit von
der Batteriespannung oder von der Temperatur der Spule bestimmt.
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Die
Zeit wird einfach vorbestimmt, damit die kontinuierliche Steigerung
der Stromstärke
nur im Bedarfsfall stattfindet, das heißt, damit diese Zeit möglichst
kurz ausfällt
und die meisten normalen Betriebsfälle einschließt.
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Weitere
Merkmale, Ziele und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der
nachfolgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die
beigefügten
Zeichnungen. Darin zeigen im einzelnen:
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1 einen
Kraftfahrzeuganlasser nach dem Stand der Technik;
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2 eine
Schaltungsanordnung zur Stromversorgung eines Anlassereinrückrelais
nach dem Stand der Technik;
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3 ein
Diagramm zur Darstellung des Verlaufs eines Taktverhältnisses
der Speisespannung einer Einrückrelaisspule
gemäß der Erfindung;
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4 eine
Teilansicht entsprechend 3 zu einem anderen Ausführungsbeispiel.
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Wie
in 1 veranschaulicht, ist ein Tauchanker 2b im
Lager 2C in einer verschiebbaren Lagerung angeordnet, die
durch das Vorhandensein eines Schmiermittels mit einer Dichtungs-
und Bremsfunktion beeinflußt
wird. Bei dem Tauchanker 2b handelt es sich deshalb um
einen beweglichen Kern.
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Der
Tauchanker weist in seiner Ruheposition eine Adhäsionskraft am Lager Fa auf,
die seiner Ingangsetzung entgegenwirkt. Wenn der Tauchanker in Bewegung
gesetzt wird, verschwindet diese Kraft Fa zugunsten einer Reibkraft
Ff, die deutlich kleinere als Fa ausfällt (in einer Größenordnung
von 20 bis 40% kleiner).
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Durch
das Vorhandensein des Schmiermittels werden diese Kräfte nicht
ausgeschaltet. Im Gegenteil: Durch eine Gummierwirkung des Schmiermittels
verstärkt
dieses noch den Umstand, daß die Adhäsionskraft
Fa die Reibkraft Ff übersteigt.
Der bewegliche Kern 2b bleibt im Ruhezustand, solange die Spule 2a keine
Antriebsanziehungskraft Fm ausübt, die
größer als
Fa ist.
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Während der
Ingangsetzung des Tauchankers 2b wird die effektive Stromstärke in der
Spule 2a fortschreitend erhöht. Die Haltekräfte des
Tauchankers verringern sich abrupt (von Fa zu Ff) bei der Ingangsetzung
des Tauchankers, während
die Anziehungskraft Fm bereits zu Beginn der Bewegung des Tauchankers
einen hohen Wert erreicht. Dieser Unterschied zwischen Fm und Ff
führt daher
zum Zeitpunkt der Freigabe des Tauchankers zu einer abrupten Beschleunigung
des beweglichen Kerns, so daß die
fortschreitende Stromversorgung folglich nicht die gewünschten
Wirkungen hervorbringt.
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Hier
wird nun eine Vorrichtung zur Stromversorgung der Spule 2a verwendet,
deren Schaltungsanordnung ähnlich
wie die in 1 dargestellte Schaltungsanordnung
gestaltet ist und bei der ebenfalls eine Stromversorgung der Spule 2a mit
einer Rechteckspannung vom Typ PWM zur Anwendung kommt.
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Es
wird jedoch das Taktverhältnis
im Laufe der Verschiebung des Tauchankers entsprechend dem in 3 dargestellten
Verlauf verändert,
was nach Ablauf einer vorbestimmten oder bestimmten Zeit erfolgt.
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In
diesem Diagramm sind in der Abszisse die aufeinanderfolgenden Augenblicke
im Laufe der Verschiebung des Tauchankers von seiner anfänglichen Ruheposition
(Zeitpunkt T0) bis zu einer Endposition ("Einzugszeitraum des
Tauchankers") angegeben,
in der er sich im Anschlag an dem ortsfesten Kern befindet und in
der er den Kontakt herstellt, während
der bewegliche Kern 3 dann geschlossen ist.
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Der
Einzugszeitraum des Tauchankers untergliedert sich in zwei Hauptphasen,
wobei die zweite Hauptphase wiederum in drei Unterphasen unterteilt
ist. Diese zwei Hauptphasen sollen nun beschrieben werden.
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Während der
ersten Phase, die vom Zeitpunkt t0 bis zu
einem Zeitpunkt t1 dauert, kommt ein Taktverhältnis R1
zur Anwendung, das nahe oder gleich 100% ausfällt (wobei das Taktverhältnis dem Verhältnis zwischen
der Durchschaltdauer des Transistors T1 und
der Gesamtdauer eines Takts entspricht). Während dieser Phase fließt eine
hohe effektive Stromstärke
durch die Spule 2a, während
der Tauchanker 2b einer ausreichend hohen Anziehungskraft
Fm ausgesetzt ist, um ihn von seiner Ruheposition abzulösen und
ihn in Bewegung zu setzen. Diese Phase ist kurz, in einer Größenordnung von
2 bis 10 ms, damit eine hohe Anziehungskraft auf den Tauchanker
nur zu dem Zweck bewirkt wird, um ihn abzulösen.
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Die
zweite Phase findet zwischen dem Zeitpunkt t1 und
einem Zeitpunkt t3 statt. In einem ersten Zeitintervall
dieser zweiten Phase steuert der Transistor T1 das
Einrückrelais
nach einem Taktverhältnis mit
einem Wert R2 in etwa gleich 50%, so daß der Effektivstrom in der
Spule im Vergleich zu dem während
der ersten Phase erzielten Effektivstrom deutlich reduziert und
gerade ausreichend ist, um die restlichen Reibungskräfte Ff nach
dem Ablösen
des Tauchankers 2b zu überwinden.
Während
dieses Zeitintervalls, das etwa 30 bis 60 ms dauert, setzt der Tauchanker 2b daher
seine Verschiebung bis zum Schließen des Einrückrelais
ohne abrupte Bewegung und ohne zu hohe Geschwindigkeit fort. Während dieses
ersten Zeitintervalls der zweiten Phase ergibt sich im allgemeinen
Fall axial ein Anschlagkontakt zwischen dem Ritzel 1 und
dem Anlaßzahnkranz
zwischen den Zeitpunkten t1 und t2.
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Im
einzelnen ist der Mikrocontroller 10 durch einen seiner
Eingänge
mit einem Temperaturfühler verbunden,
der im Innern des Einrückrelais 2a in
der Nähe
der Spule 2b angebracht ist, wobei er außerdem durch
einen zweiten Eingang mit den Speiseklemmen des Anlassers verbunden
ist.
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Der
Mikrocontroller 10 entnimmt an seinen beiden Eingängen Signale,
die für
die Temperatur des Einrückrelais
und somit der Spule 2a und für die Speisespannung U am Eingang
des Anlassers repräsentativ
sind.
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Die
Speisespannung des Anlassers ist in Abhängigkeit vom Ladezustand der
Fahrzeugbatterie und von der Temperatur veränderlich. Die Temperatur der
Spule 2a beeinflußt
direkt ihren Widerstand. Der bei einem gegebenen Taktverhältnis erzielte
mittlere Strom ist direkt von der an den Klemmen des Anlassers – und daher
an den Klemmen der Batterie – und
vom Widerstand der Spule 2a abhängig.
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Der
Mikrocontroller 10 enthält
einen Speicher, in dem eine Zahlentabelle abgelegt ist, die bei einer
gewünschten
effektiven Stromstärke
eine Entsprechung des anzuwendenden Taktverhältnisses R2 in Abhängigkeit
von der Speisespannung des Anlassers und von der Temperatur der
Spule herstellt. R2 liegt praktisch in einer Größenordnung von 0,4 bis 0,6
bei einer Temperatur von 20°.
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Die
effektive Stromstärke
ist in diesem ersten Zeitintervall in etwa konstant.
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Der
Mikrocontroller 10 wendet somit automatisch ein Taktverhältnis R2
in Abhängigkeit
von der Speisespannung an den Klemmen des Anlassers und vom Widerstand
der Spule an (der seinerseits von der Temperatur abhängig ist).
Die Messungen der Spannung U und der Temperatur T erfolgen vorteilhafterweise
vor der Ausführung
der vorstehend beschriebenen ersten Phase zum Zeitpunkt der Aktivierung
des Anlassers.
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In
einem zweiten Zeitintervall der zweiten Phase, die zwischen dem
Zeitpunkt t2 und t3 stattfindet,
und erfindungsgemäß nach einer
vorbestimmten oder als Variante einer bestimmten Zeit bringt der
Mikrocontroller 10 eine kontinuierliche und progressive Erhöhung des
Taktverhältnisses
zur Anwendung, die vom Verhältnis
R2 zum Verhältnis
R1 oder als Variante zu einem Verhältnis größer als R1 führt. Dieses Zeitintervall
weist eine Dauer von etwa 20 bis 50 ms auf und ermöglicht es, über die
fortschreitende Steigerung der effektiven Stromstärke das
Schließen
des Einrückrelais
in dem unvorhergesehenen Fall sicherzustellen, in dem das Einrückrelais
zwischen t1 und t2 nicht geschlossen werden konnte. Ein solcher nicht
vorgesehener Fall kann sich insbesondere dann einstellen, wenn anormal
hohe Reibungskräfte im
Einrückrelais,
in den mechanischen Mitteln 4 und an der Welle des Motors
M auftreten. Diese anormalen Kräfte
sind beispielsweise durch klimatische Umstände, Ausdehnung, Festfressen,
das Vorhandensein von Verunreinigungen, Verschmutzungen und aller
sonstigen Fremdkörper
insbesondere im Bereich der Keilnuten der Welle des Elektromotors und
der Gelenke der Einrückgabel
bedingt.
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Während dieses
zweiten Zeitintervalls wird die Zahn-gegen-Zahn-Feder 5 zusammengedrückt, um
es dem Tauchanker 2b zu ermöglichen, den beweglichen Kontakt 3 zu
betätigen,
um den Elektromotor zu speisen und eine Drehung seiner Welle herbeizuführen, um
dadurch das Eingreifen des Ritzels am Zahnkranz und somit das Einspuren
des Ritzels am Zahnkranz sicherzustellen.
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In
dem Fall, in dem der bewegliche Kontakt zwischen den Zeitpunkten
t1 und t2 mit Einspuren des Ritzels am Zahnkranz 3 geschlossen
wird, findet natürlich
keine kontinuierliche Steigerung der Stromstärke statt, da das Einspuren
vor einer nach Maßgabe
der jeweiligen Anwendungen bestimmten Zeit erfolgt. In 90% der Fälle wird
der bewegliche Kontakt vor dieser möglichst kurz vorbestimmten
Zeit geschlossen, um die normalen Betriebsvorgänge einzuschließen.
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Als
Variante wird diese Zeit beispielsweise in Abhängigkeit von der Batteriespannung
oder von der Temperatur der Spule 2a bestimmt, wobei diese
Größen durch
das Nichtschließen
des beweglichen Kontakts beeinflußt werden, das anormale Werte
zur Folge hat.
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In
allen Fällen
wird in einem zusätzlichen Zeitintervall,
das in 3 zwischen dem Zeitpunkt t3 und einem Zeitpunkt
t4 abläuft,
das Taktverhältnis etwa
5 bis 30 ms lang auf R1 oder einem Wert größer als R1 gehalten. Diese
Phase mit hohem Taktverhältnis
beginnt beim Schließen
des beweglichen Kontakts 3 und hält den Tauchanker 2b in
seiner Kontaktgabeposition (beweglicher Kontakt 3 geschlossen) mit
einer hohen Anziehungskraft, die Sprünge des beweglichen Kerns gegen
einen Anschlag vermeidet, der üblicherweise
durch einen anderen Kern, diesmal einen ortsfesten Kern, gebildet
wird. Dieses dritte Zeitintervall t3, t4 dauert ausreichend lange,
um die Stromspitzen zu absorbieren, die auf das Anlassen des Verbrennungsmotors
durch den Elektromotor M zurückzuführen sind,
der nach einem Merkmal der Erfindung nicht angesteuert wird.
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Nach
einem Merkmal findet die Erhöhung des
Taktverhältnisses
daher erst nach dem Anschlagkontakt des Zahnkranzes mit dem Ritzel
statt.
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Nach
dem dritten Zeitintervall kommt in einer dritten Phase ein Taktverhältnis R3
an den Klemmen des Widerstands der Spule 2a zur Anwendung,
um den beweglichen Kontakt in der Schließposition zu halten.
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Der
Effektivstrom ist in dieser dritten Phase niedriger als in den beiden
anderen Phasen.
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Wie
verständlich
geworden sein dürfte
und wie aus der Beschreibung hervorgeht, ist nur eine einzige Spule 2a erforderlich,
und der Mikrocontroller kann auf einem Träger, etwa einer Karte, im Anlasser montiert
sein, wobei er im einzelnen in der Nähe der Spule 2a in
dem Zwischenraum zwischen dem beweglichen Kontakt 3 und
der (in 1 nicht durch eine Bezugsnummer
bezeichneten) Verschlußkappe, welche
die ortsfesten Kontakte trägt,
angebracht sein kann.
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Dank
der Erfindung und der Pulsweitenmodulation während der ersten Phase, genauer
gesagt zu Beginn dieser Phase, kann eine Messung des Stroms und
folglich der Batteriespannung durchgeführt werden, wobei davon auszugehen
ist, daß,
wie vorstehend erwähnt,
der bei einem gegebenen Taktverhältnis
erzielte mittlere Strom direkt von der an den Batterieklemmen verfügbaren Spannung
abhängig
ist.
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Anhand
der im Mikrocontroller 10 gespeicherten Zahlentabelle wird
nach Beginn des ersten Zeitintervalls der ersten Phase das gewünschte Taktverhältnis zur
Anwendung gebracht.
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So
untergliedert sich in 4 die erste Phase in zwei Zeitintervalle
t0–t' und t'–t'1.
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Im
ersten Zeitintervall liegt das Taktverhältnis R'1 bei 100%. Im zweiten Zeitintervall
ist das Taktverhältnis
kleiner als das Taktverhältnis
R2.
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In 4 ist
das Taktverhältnis
im zweiten Zeitintervall der ersten Phase vorteilhafterweise gleich
null, um eine bessere Präzision
der Messung herbeizuführen.
Der Effektivstrom während
des ersten Zeitintervalls der ersten Phase ist praktisch weniger
hoch als der Effektivstrom von 3, wobei
er nahe bei diesem liegt. Dieser Effektivstrom ist daher höher als
derjenige der zweiten Phase mit dem Taktverhältnis R2.
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Die
Dauer t' des ersten
Zeitintervalls ist kleiner als die Dauer t1.
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Die
Dauer t'–t'1 des zweiten Zeitintervalls
ist größer als
die Dauer t' des
ersten Zeitintervalls. Diese Dauer beträgt hier mehr als das Doppelte
der Dauer des ersten Zeitintervalls und ermöglicht die Durchführung einer
korrekten Messung vor Beginn der zweiten Phase.
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Bei
einer Zeit von t1 gleich 4 ms beträgt zum Beispiel die Zeit t'3 ms, während die
Zeit des zweiten Zeitintervalls t'1–t' bei 7 ms liegt.
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Der
Strom am Ende der Phase 1 ist um etwa 3A kleiner als der Strom von 3.
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In 4 beträgt die Verschiebung
des Kerns in Phase 1 weniger als die Hälfte der Verschiebung von 1.
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Beim
Taktverhältnis
R' befindet man
sich in der Nähe
der Ablösungsgrenze
des Kerns. In 4 sind natürlich der Einfachheit halber
die anderen Zeitintervalle der zweiten und dritten Phase nicht dargestellt
worden.
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Die
Vorrichtung und das Verfahren, die hier vorgeschlagen werden, ermöglichen
daher eine Optimierung der Progressivität der Bewegung des beweglichen
Kerns 2b und des Ritzels 1. Dadurch ergibt sich
eine Verlängerung
der Lebensdauer des Ritzels 1 und des Anlaßzahnkranzes
sowie eine deutliche Verringerung der durch das Auftreffen des Ritzels
am Zahnkranz bedingten Geräuschentwicklung.
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Auch
wenn sich der Kern während
der beiden ersten Phasen nicht ablöst, kann sein Ablösen herbeigeführt werden.
Der Elektromotor wird nicht stromgesteuert.
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Die
Lösung
ist einfach, zuverlässig
und wirtschaftlich.
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In 3 kann
natürlich
die Stromstärke
des Effektivstroms in der ersten Phase verringert werden. Alles
ist von der jeweils gewünschten
Verschiebung des Tauchankers abhängig.
Im Vergleich zum bisherigen Stand der Technik sind eine größtmögliche Annäherung an
die Ablösungsgrenze
des Kerns und eine bessere Kontrolle seiner Verschiebung möglich, indem
insbesondere die Dauer der ersten Phase entsprechend beeinflußt wird.
Nach dem bisherigen Stand der Technik besteht die Notwendigkeit,
einen größeren Sicherheitskoeffizienten
vorzusehen, um sicherzustellen, daß sich der Kern ablöst.
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Dank
der Erfindung erfolgt die Ablösung
des Kerns weniger abrupt und besser kontrolliert, wobei das erste
Zeitintervall der zweiten Phase mit einer in etwa konstanten effektiven
Stromstärke
stattfindet.
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Wie
verständlich
geworden sein dürfte,
kann durch Anordnung des Mikrocontrollers 10 auf einer Karte
wie vorstehend beschrieben in der Nähe der Spule 2a deren
Temperatur gemessen werden, indem auf der Karte ein mit dem Mikrocontroller
verbundener Widerstand angebracht wird, der in Abhängigkeit
von der Temperatur veränderlich
ist, beispielsweise mit einem positiven oder negativen Temperaturkoeffizienten.
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[Text zu den Figuren]
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- 2
Clé de contact: Zündschlüssel
Circuit
de commande du contacteur: Steuerstromkreis des Einrückrelais
- 3 + 4
Rapport cyclique: Taktverhältnis
Temps:
Zeit