EP0807312B1 - Schaltungsanordnung für ein einrückrelais - Google Patents

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EP0807312B1
EP0807312B1 EP96900260A EP96900260A EP0807312B1 EP 0807312 B1 EP0807312 B1 EP 0807312B1 EP 96900260 A EP96900260 A EP 96900260A EP 96900260 A EP96900260 A EP 96900260A EP 0807312 B1 EP0807312 B1 EP 0807312B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
operating current
auxiliary relay
relay
circuit arrangement
arrangement according
Prior art date
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EP96900260A
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English (en)
French (fr)
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EP0807312A1 (de
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Siegfried Schustek
Manfred Ackermann
Gerd Kirsten
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N11/00—Starting of engines by means of electric motors
    • F02N11/08—Circuits or control means specially adapted for starting of engines
    • F02N11/087—Details of the switching means in starting circuits, e.g. relays or electronic switches
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N2200/00—Parameters used for control of starting apparatus
    • F02N2200/04—Parameters used for control of starting apparatus said parameters being related to the starter motor
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02N2200/00—Parameters used for control of starting apparatus
    • F02N2200/06—Parameters used for control of starting apparatus said parameters being related to the power supply or driving circuits for the starter
    • F02N2200/065—Relay current

Definitions

  • the invention relates to a circuit arrangement for an engagement relay according to the preamble of the claim 1. (US-A-4873607)
  • engagement relays for in motor vehicles to use a starting device of an internal combustion engine. These engagement relays are used to provide a high Electricity with a relatively low control current to switch.
  • the high current starter current, the for starting an internal combustion engine Starter is required
  • the during the Starting process via the relay coil of the engagement relay In contrast, flowing current is, for example approx. 80 to 100 A.
  • start switch ignition lock
  • auxiliary relay assigns an auxiliary relay to the engagement relay, that by means of the starter switch of the motor vehicle can be actuated.
  • the disadvantage here is that not just an additional one for the additional auxiliary relay Installation space provided in the motor vehicle must be, but that this is an additional Consumers with a correspondingly high power loss represents.
  • the circuit arrangement according to the in Features mentioned claim 1 has the advantage that the auxiliary relay optimizes, that is, in particular be reduced in size can, so that the available installation space is also scalable.
  • the fact that one Control current influencing operating current of the auxiliary relay and / or control circuit is provided it is advantageous possible the operating current of the auxiliary relay to influence depending on selectable criteria that this for each operating state of the auxiliary relay only takes the size that is actually necessary, so that the power loss occurring at the auxiliary relay is reduced as much as possible. That’s it possible to integrate the auxiliary relay into the engagement relay, so that a compact unit is created.
  • control circuit is a clocked Control or current control circuit contains, with about the clock frequency and / or the duty cycle Amount of operating current depending on certain Operating states of the auxiliary relay can be determined is.
  • This advantageously makes it possible to reduce the operating current of the auxiliary relay changing operating conditions, for example an operating temperature and / or an armature position of the auxiliary relay.
  • the power loss of the auxiliary relay is reduced. This results in particular from a lowering of the operating current after the anchor of the Auxiliary relay has picked up or just this its movement along the path of movement started Has.
  • the auxiliary relay with a smaller, constant large clocked average operating current operate so that the different operating conditions by choosing a current setpoint of a clock frequency and / or the clock ratio are taken into account can.
  • the coil can now handle the maximum current be designed at the highest operating temperature.
  • FIG. 1 shows an overall designated 10 Circuit arrangement for a starter Internal combustion engine.
  • the circuit arrangement 10 has a switch-on element 12, for example an ignition lock or Start switch on with an electronic control unit 14 is connected.
  • the electronic control unit 14 has a control circuit 16 for one with the Control device 14 connected auxiliary relay 18.
  • a temperature detection circuit 20 associated with not here shown temperature sensors that are near the Auxiliary relay 18 or are arranged in the engine compartment, connected is.
  • the control circuit 16 includes one trigger stage 19 operating as a Schmitt trigger, the Response values a) and b) are changeable and the Feel the current profile at the output of control unit 14.
  • the control unit 14 has further ones that are not relevant here Circuit parts necessary for the function of the Motor vehicle are necessary. Not shown here Switch contacts of the auxiliary relay 18 are with connected to the windings of an engagement relay 22, the Switch contacts, also not shown, the Main circuit of a starter 24 on and turn off.
  • a switching current flows in Height of about 80 to 100 A.
  • FIG. 2 shows the setpoint and actual value of the operating current in the exemplary embodiment for controlling the operating current I according to FIG. 1.
  • the setpoint I soll of the operating current is reduced by the control circuit 16 to a lower value at the time t2.
  • the power loss can be reduced to approximately 25%, since a lower current is sufficient for the magnetic flux density required for the closed magnetic circuit.
  • This lower operating current I flows through the coil resistance of the coil and thus generates a lower power loss in the form of thermal energy compared to the higher operating current I before time t2.
  • control circuit 16 which clocks the operating current I in the control unit 14 on the one hand and the lowering of the operating current I on the other hand, is not to be considered in more detail here. However, it contains in addition to the trigger stage 19 is still a time stage for the time t2, switching the trigger level of the higher response values a1 and b1 off (a1) and switching on (b1) of the operating current I is on the lower thresholds a2 and b2. In the example, the setpoint of the operating current I is reduced from 25 A to 12 A after t2-30 ms.
  • the use of generally known multivibrators, precision Schmitt triggers or other suitable oscillator circuits, preferably also microprocessors, lends itself to the control circuit 16.
  • the time period t2 until the current is reduced is such that the relay armature surely lifts from its rest position at an earlier time t1.
  • the limit values of the operating current I is lower than the variable response values a and b of the trigger stage 19 with increasing temperature.
  • the time t2 until the operating current is reduced can be shortened with increasing temperature. In this way it is possible to compensate for the temperature-dependent friction of the moving relay armature and, if necessary, a temperature-dependent spring force of the armature return spring.
  • FIGs 3 to 6 are waveforms for the Clocking the operating current I shown.
  • the waveform is here with exact square-wave signals an exact duty cycle, i.e. the clock frequency, representable.
  • the control circuit 16 for example contain appropriately designed function generators.
  • the waveform with a 30% duty cycle shown that is, related per unit time (period) is the operating current I switched on in 30% of this time unit, while it is off for the remaining 70%.
  • a signal curve is shown in FIG a 60% duty cycle
  • Figure 5 a waveform with a 90% duty cycle
  • figure 6 shows a signal curve with a 100% duty cycle shown.
  • one of the lines of the operating current results I overlapped area and thus known the energy supplied to the coil.
  • Each the clock rate is smaller, i.e. the duty cycle On / Off, is selected, the smaller the supplied Energy and thus that occurring in the coil Power dissipation.
  • Auxiliary relay 18 can the duty cycle at the moment of switching Amount to 90% while it is on at time t2 50% is switched.
  • warmed auxiliary relay 18 can the at the moment Clocking with 100% take place at time t2 is switched to a 60% clock rate.
  • Means the control circuit 16 and the temperature detection circuit 20, the time t2 for the switching of the duty cycle can be influenced. For example, for a cold auxiliary relay 18 the time t2 at 30 msec, for a normal heated auxiliary relay 18 at time t2 at 25 msec and for a heated auxiliary relay 18 the time t2 is 15 msec.
  • auxiliary relay 18 operation of the auxiliary relay 18 is thus despite different operating conditions, in particular different operating temperatures, with one constant operating current mean value adjustable. By the clocking of the operating current I is beyond - as mentioned - a reduction in power loss of the auxiliary relay 18 causes.
  • an auxiliary starter relay is not only possible with the aid of the control circuit explained in FIGS. 1 and 2, but can also be implemented with a control and regulating circuit according to FIGS. 7 and 8.
  • the operating current of the control relay is clocked by a controller 17 via a clock stage in the control unit 14 'in such a way that the average current value which is established in the ratio of the clocking is regulated to a predetermined target value I target.
  • the actual value of the operating current I ist which is constantly changing due to the clocking, is sensed on the auxiliary relay 18.
  • the setpoint can now be lowered as a function of time after the relay is switched on or, with the aid of a further sensor 21, depending on the position of the auxiliary relay armature.
  • the winding is designed so that, for. B. at 0 c and regulation on Is1 a duty cycle of 60% is safe for a relay armature movement sufficient (duty cycles at the same Relay anchor position and Is2 z. B. 40%, at Is3 z. B. 20%).
  • a duty cycle of 100% for Is1 (66% for Is2, 33% for Is3).
  • the relay current is therefore basically independent of disturbance variables (such as temperature, battery voltage, etc.), but depending on the state of the relay armature (e.g. position, speed) and regulated by the magnetic force requirement.
  • the duty cycle is automatically set correctly by the controller.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für ein Einrückrelais für eine Andrehvorrichtung einer Brennkraftmaschine, mit einem eine Relaisspule des Einrückrelais betätigenden Hilfsrelais. Es ist vorgesehen, daß eine den Betriebsstrom (I) des Hilfsrelais (18) beeinflussende, insbesondere taktende Steuer- und/oder Regelschaltung (16) vorgesehen ist, um dessen Verlustleistung zu reduzieren.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für ein Einrückrelais nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. (US-A-4873607)
Stand der Technik
Es ist bekannt, in Kra-ftfahrzeugen Einrückrelais für eine Andrehvorrichtung einer Brennkraftmaschine einzusetzen. Diese Einrückrelais dienen dazu, einen hohen Strom mit einem verhältnismäßig niedrigen Steuerstrom zu schalten. Der hohe Strom (Starterstrom, der für das Andrehen einer Brennkraftmaschine mittels Starter erforderlich ist), beträgt beispielsweise bei Personenkraftwagen bis zu ca. 1000 A. Der während des Startvorgangs über die Relaisspule des Einrückrelais fließende Strom beträgt demgegenüber beispielsweise ca. 80 bis 100 A. Dieser gegenüber dem Starterstrom relativ kleine Strom ist jedoch immer noch zu groß, um direkt über einen Startschalter (Zündschloß) oder über ein elektronisches Steuergerät geschaltet zu werden. Hierzu ist unter anderem aus der DE 37 37 430 C bekannt, dem Einrückrelais ein Hilfsrelais zuzuordnen, das mittels des Starterschalters des Kraftfahrzeugs betätigbar ist. Hierbei ist nachteilig, daß für das zusätzliche Hilfsrelais nicht nur ein zusätzlicher Bauraum im Kraftfahrzeug zur Verfügung gestellt werden muß, sondern daß dieses einen zusätzlichen Verbraucher mit einer entsprechend großen Verlustleistung darstellt.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen bietet den Vorteil, daß das Hilfsrelais optimiert, das heißt, insbesondere hinsichtlich seiner Baugröße verkleinert werden kann, so daß der zur Verfügung stehende Einbauraum ebenfalls verkleinerbar ist. Dadurch, daß eine den Betriebsstrom des Hilfsrelais beeinflussende Steuer- und/oder Regelschaltung vorgesehen ist, ist es vorteilhaft möglich, den Betriebsstrom des Hilfsrelais in Abhängigkeit wählbarer Kriterien so zu beeinflussen, daß dieser für jeden Betriebszustand des Hilfsrelais nur die tatsächlich notwendige Größe annimmt, so daß die am Hilfsrelais auftretende Verlustleistung so stark wie möglich reduziert wird. Dadurch ist es möglich, das Hilfsrelais in das Einrückrelais zu integrieren, so daß eine kompakte Baueinheit entsteht.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Steuerschaltung eine getaktete Steuer- bzw. Stromregelschaltung enthält, wobei über die Taktfrequenz und/oder über das Tastverhältnis die Höhe des Betriebsstromes in Abhängigkeit von bestimmten Betriebszuständen des Hilfsrelais festlegbar ist. Hierdurch wird es vorteilhaft möglich, den Betriebsstrom des Hilfsrelais sich ändernden Betriebsbedingungen, beispielsweise einer Betriebstemperatur und/oder einer Ankerstellung des Hilfsrelais, anzupassen. Mittels dieser jeweils optimalen Anpassung des Betriebsstroms an den Betriebszustand des Hilfsrelais wird die Verlustleistung des Hilfsrelais reduziert. Dies ergibt sich insbesondere aus einer Absenkung des Betriebsstroms, nachdem der Anker des Hilfsrelais angezogen hat beziehungsweise dieser gerade seine Bewegung entlang des Bewegungsweges begonnen hat. Weiterhin ist vorteilhaft, daß durch eine optimale, gesteuerte Taktung des Betriebsstroms des Hilfsrelais die Einstellung eines konstant großen Betriebsstrommittelwertes bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen, insbesondere unterschiedlichen Temperaturverhältnissen, möglich ist. Dabei ist zu berücksichtigen, daß bei unterschiedlichen Temperaturen sich einerseits die Kennlinie einer Rückzugsfeder für den Anker des Hilfsrelais und andererseits das Magnetisierungsverhalten des Hilfsrelais sowie der ohmsche Widerstand der Spule ändern, mit der Folge, daß sich auch der Betriebsstrom des Hilfsrelais ändert. Die Spule des Hilfsrelais ist in der Regel nach dem maximal auftretenden Betriebsstrom zu dimensionieren. Durch die erfindungsgemäße Steuerung des Betriebsstroms des Hilfsrelais wird es jedoch möglich, das Hilfsrelais mit einem kleineren, konstant großen getakteten Betriebsstrommittelwert zu betreiben, so daß den unterschiedlichen Betriebsbedingungen über eine Wahl eines Stromsollwertes einer Taktfrequenz und/oder des Taktverhältnisses Rechnung getragen werden kann. Dadurch kann die Spule nunmehr für den Maximalstrom bei der höchsten Betriebstemperatur ausgelegt werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1
schematisch ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung;
Figur 2
ein Diagramm des Verlaufs von Soll- und Istwert des Betriebsstromes des Hilfsrelais;
Figur 3 bis Figur 6
einige Signalverläufe für verschiedene Tastverhältnisse des getakteten Betriebsstroms des Hilfsrelais;
Figur 7 und 8
ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Figur 1 zeigt eine insgesamt mit 10 bezeichnete Schaltungsanordnung für eine Andrehvorrichtung einer Brennkraftmaschine. Die Schaltungsanordnung 10 weist ein Einschaltelement 12, zum Beispiel Zündschloß oder Startschalter auf, das mit einem elektronischen Steuergerät 14 verbunden ist. Das elektronische Steuergerät 14 weist eine Steuerschaltung 16 für ein mit dem Steuergerät 14 verbundenes Hilfsrelais 18 auf. Der Steuerschaltung 16 ist weiterhin eine Temperaturerfassungsschaltung 20 zugeordnet, die mit hier nicht dargestellten Temperatursensoren, die in der Nähe des Hilfsrelais 18 oder im Motorraum angeordnet sind, verbunden ist. Die Steuerschaltung 16 enthält eine als Schmitt-Trigger arbeitende Triggerstufe 19, deren Ansprechwerte a) und b) veränderbar sind und die den Stromverlauf am Ausgang des Steuergerätes 14 abfühlen.
Das Steuergerät 14 besitzt weitere, hier nicht relevante Schaltungsteile, die für die Funktion des Kraftfahrzeugs notwendig sind. Hier nicht dargestellte Schaltkontakte des Hilfsrelais 18 sind mit den Wicklungen eines Einrückrelais 22 verbunden, dessen ebenfalls nicht dargestellte Schaltkontakte den Hauptstromkreis einer Andrehvorrichtung 24 ein- und ausschalten.
Anhand der lediglich schematischen Darstellung soll die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung 10 kurz erläutert werden. Bei Betätigung des Einschaltelementes 12 wird die Spule des Hilfsrelais 18 über das elektronische Steuergerät 14 bestromt. Die Bestromung der Spule des Hilfsrelais 18 erfolgt in noch zu erläuternder Weise über die Steuerschaltung 16 für den Betriebsstrom des Hilfsrelais 18. Die Schaltkontakte des Hilfsrelais 18 verbinden die Relaisspule des Einrückrelais 22 mit einer Betriebsspannung, so daß der Anker des Einrückrelais 22 die Hauptstromkontakte der Andrehvorrichtung 24 schließt und diese mit einer Spannungsquelle, im Kraftfahrzeug in der Regel der Kraftfahrzeugbatterie, verbindet. Über die Hauptstromkontakte der Andrehvorrichtung 24 fließt hierbei der relativ hohe Starterstrom, der ca. 1000 A betragen kann. Über die Schaltkontakte des Hilfsrelais 18, die die Relaisspule des Einrückrelais 22 mit der Spannungsquelle verbindet, fließt ein Schaltstrom in Höhe von ca. 80 bis 100 A. Über die Spule des Hilfsrelais 18 fließt der von der Steuerschaltung 16 des Steuergerätes 14 beeinflußte Betriebstrom I von bis zu 40 A.
In der Figur 2 ist der Sollwert und Istwert des Betriebsstromes im Ausführungsbeispiel für die Steuerung des Betriebsstromes I nach Figur 1 dargestellt. Hierbei wird der Sollwert Isoll des Betriebsstromes zum Zeitpunkt t2 von der Steuerschaltung 16 auf einen niedrigeren Wert abgesenkt. Hierdurch wird erreicht, daß sich der in der linken Darstellung vereinfacht wiedergegebene Istwert des Betriebsstrom Iist einstellt. Hiermit wird den physikalischen Gegebenheiten Rechnung getragen, daß zum Halten des Ankers des Hilfsrelais 18 eine geringere magnetische Flußdichte ausreichend ist, als für den Anzug des Ankers erforderlich ist. Durch die Absenkung des Betriebsstromes I um ca. 50 % läßt sich die Verlustleistung auf ca. 25 % reduzieren, da für den geschlossenen Magnetkreis ein geringerer Strom für die erforderliche magnetische Flußdichte ausreichend ist. Dieser geringere Eetriebsstrom I fließt durch den Spulenwiderstand der Spule und erzeugt somit eine geringere Verlustleistung in Form von Wärmeenergie gegenüber dem höheren Betriebsstrom I vor dem Zeitpunkt t2.
Der konkrete Aufbau der Steuerschaltung 16, die einerseits die Taktung des Betriebsstroms I im Steuergerät 14 und andererseits die Absenkung des Betriebsstroms I durchführt, soll hier nicht näher betrachtet werden. Sie enthält jedoch außer der Triggerstufe 19 noch eine Zeitstufe für die Zeit t2 zum, Umschalten der Triggerstufe von den höheren Ansprechwerten a1 und b1 zum Ausschalten (a1) und Einschalten (b1) des Betriebstromes Iist auf die niederen Ansprechwerte a2 und b2. Im Beispielsfalle wird der Sollwert des Betriebsstromes I nach t2∼30 ms von 25 A auf 12 A abgesenkt. Für die Steuerschaltung 16 bietet sich der Einsatz allgemein bekannter Multivibratoren, Präzisions-Schmitt-Trigger oder andere geeignete Oszillatorschaltungen, vorzugsweise auch Microprozessoren an. Die Zeitspanne t2 bis zur Stromabsenkung ist so vorgegeben, daß der Relaisanker mit Sicherheit zu einem früheren Zeitpunkt tl von seiner Ruhelage abhebt. Über die Temperaturerfassungsschaltung 20 ist es möglich, die Grenzwerte des Betriebsstromes Iist über die veränderbaren Ansprechwerte a und b der Triggerstufe 19 mit steigender Temperatur abzusenken. Außerdem kann damit auch die Zeitspanne t2 bis zum Absenken des Betriebsstromes mit zunehmender Temperatur verkürzt werden. Auf diese Weise ist es möglich, die temperaturabhängige Reibung des bewegten Relaisankers sowie gegebenenfalls eine temperaturabhängige Federkraft der Ankerrückstellfeder zu kompensieren.
In den Figuren 3 bis 6 sind Signalverläufe für die Taktung des Betriebsstromes I dargestellt. Der Signalverlauf ist hier durch exakte Rechtecksignale mit einem genauen Tastverhältnis, also der Taktfrequenz, darstellbar. Für die Bereitstellung der Rechtecksignale kann die Steuerschaltung 16 beispielsweise entsprechend ausgelegte Funktionsgeneratoren enthalten. In Figur 3 ist beispielsweise bei einer Taktfrequenz von 2 kHz der Signalverlauf mit einem 30%igen Tastverhältnis dargestellt, das heißt, bezogen auf eine Zeiteinheit (Periode) ist der Betriebsstrom I in 30 % dieser Zeiteinheit eingeschaltet, während er für die übrigen 70 % ausgeschaltet ist. Entsprechend ist in Figur 4 ein Signalverlauf mit einem 60%igen Tastverhältnis, in Figur 5 ein Signalverlauf mit einem 90% igen Tastverhältnis und in Figur 6 ein Signalverlauf mit einem 100%igen Tastverhältnis dargestellt. Entsprechend dem gewählten Tastverhältnis ergibt sich eine von der Linienführung des Betriebsstroms I übergriffene Fläche und damit bekannterweise die der Spule zugeführte Energie. Je kleiner die Taktung, das heißt das Tastverhältnis Ein/Aus, gewählt ist, um so kleiner ist die zugeführte Energie und damit die in der Spule auftretende Verlustleistung.
Damit ist es mittels der Taktung des Betriebsstroms I auch möglich, das Tastverhältnis in Abhängigkeit von bestimmten Betriebsparametern des Hilfsrelais 18 zu verändern. So kann beispielsweise das Tastverhältnis in Abhängigkeit einer Betriebstemperatur des Hilfsrelais 18 zur Aufrechterhaltung der vorgegebenen Betriebsstromstärke verändert werden. Gleichzeitig kann die Absenkung des Betriebsstroms I über eine Verkleinerung des Tastverhältnisses realisiert sowie temperaturabhängig verändert werden.
So kann von einer Triggerstufe 19 der Steuerschaltung 16 in lediglich beispielhaft herausgegriffenen Tastverhältnissen der Betriebsstrom I bei einem Hilfsrelais 18 im Einschaltmoment für ca. 30 msec mit einer 60%igen Taktung beaufschlagt werden, während zum Zeitpunkt t2 (Figur 2) das Tastverhältnis auf 30 % umgestellt wird. Somit läßt sich durch einfache Generierung der Rechtecksignale der Triggerstufe 19 der Energiebedarf der Spule des Hilfsrelais 18 drastisch verringern. Durch eine Kopplung der Steuerschaltung 16 mit der Temperaturerfassungsschaltung 20 kann die Taktung des Betriebsstroms I in einfacher Weise an die jeweils vorliegenden Betriebsbedingungen angepaßt werden. So ist es beispielsweise zweckmäßig, bei einem kalten Relais im Einschaltmoment den Betriebsstrom I mit einer 60%igen Taktung und zum Zeitpunkt t2 mit einer 30%igen Taktung bereitzustellen. Bei einem sich in normaler Betriebstemperatur befindenden Hilfsrelais 18 kann das Tastverhältnis im Einschaltmoment 90 % betragen, während es zum Zeitpunkt t2 auf 50 % umgeschaltet wird. Bei einem beispielsweise erwärmten Hilfsrelais 18 kann im Einschaltmoment die Taktung mit 100 % erfolgen, während zum Zeitpunkt t2 auf eine 60% ige Taktung umgeschaltet wird. Mittels der Steuerschaltung 16 und der Temperaturerfassungsschaltung 20 kann darüber hinaus der Zeitpunkt t2 für die Umschaltung der Tastverhältnisse beeinflußt werden. So kann beispielsweise für ein kaltes Hilfsrelais 18 der Zeitpunkt t2 bei 30 msec, für ein normal erwärmtes Hilfsrelais 18 der Zeitpunkt t2 bei 25 msec und für ein erwärmtes Hilfsrelais 18 der Zeitpunkt t2 bei 15 msec liegen.
Es wird also klar, daß durch das Tastverhältnis und den Umschaltzeitpunkt des Tastverhältnisses zwischen dem Anzugsbereich und dem Haltebereich des Hilfsrelais 18 eine Ansteuerung des Hilfsrelais 18 möglich ist, die eine drastische Energieeinsparung ermöglicht.
Insgesamt wird somit ein Betrieb des Hilfsrelais 18 trotz unterschiedlicher Betriebszustände, insbesondere unterschiedlicher Beriebstemperaturen, mit einem konstanten Betriebsstrommittelwert einstellbar. Durch die Taktung des Betriebsstroms I wird darüber hinaus - wie erwähnt - eine Reduzierung der Verlustleistung des Hilfsrelais 18 bewirkt.
Durch den konstanten Betriebsstrommittelwert bei unterschiedlichen Temperaturverhältnissen ergibt sich die Möglichkeit, auf die konstruktive Gestaltung des Hilfsrelais 18 Einfluß zu nehmen. Einerseits ergibt sich die Möglichkeit, die Federkraft der Rückstellfeder für den Anker des Hilfsrelais 18 zu erhöhen, da das Hilfsrelais 18 nicht mehr auf den ungünstigst anzunehmenden Betriebsfall, nämlich auf den maximalen Betriebsstrom I bei höchster Temperatur ausgelegt zu werden braucht. Durch Erhöhung der Federkraft für den Anker des Hilfsrelais 18 läßt sich die Prellneigung der Schaltkontakte verringern, so daß hiermit eine Erhöhung der Lebensdauer der Kontakte erreichbar ist. Ein weiterer Vorteil ergibt sich, daß durch diese Erhöhung der Federkraft und damit Verringerung der Prellneigung ein Einbau des Hilfsrelais 18 in ein Gehäuse des Einrückrelais 22 möglich wird. Die während der Schaltvorgänge des Einrückrelais 22 auftretenden Beschleunigungen beziehungsweise Stöße an der Startvorrichtung, die in Bereichen bis zu 5000 bis 10000 g liegen können, können somit von der stärkeren Federkraft der Rückstellfeder des Hilfsrelais 18 besser abgefangen werden.
Darüber hinaus ist es auch möglich, für den Fall, daß keine größeren Federkräfte überwunden werden sollen, die Spulenwicklung des Hilfsrelais 18 zu verringern, da insgesamt ein geringerer Energieeintrag zur Funktion notwendig ist. Durch den sich hieraus ergebenden geringeren Einbauraum ist ebenfalls eine bessere Integration des Hilfsrelais 18 in das Einrückrelais 22 möglich.
Die Taktung eines Starterhilfsrelais ist nicht nur mit Hilfe der in Fig. 1 und 2 erläuterten Steuerschaltung möglich, sondern läßt sich auch mit einer Steuer- und Regelschaltung gemäß Figuren 7 und 8 realisieren. Dort wird der Betriebsstrom des Steuerrelais von einem Regler 17 über eine Taktstufe im Steuergerät 14' derart getaktet, daß der sich im Verhältnis der Taktung einstellende Strommittelwert auf einen vorgegebenen Sollwert Isoll geregelt wird. Dazu wird am Hilfsrelais 18 der durch die Taktung sich ständig ändernde Istwert des Betriebsstromes Iist abgefühlt. Die Absenkung des Sollwertes kann nun zeitabhängig nach dem Einschalten des Relais erfolgen oder mit Hilfe eines weiteren Sensors 21 abhängig von der Lage des Hilfsrelais-Ankers.
Nach dem beigefügten Diagramm (Figur 8) ist vorgesehen, daß vor Bewegungsbeginn des Relaisankers auf den Sollstrom Isl, bei bewegtem Anker auf den kleineren Sollstrom Is2 und bei vollständig eingespurtem Relaisanker auf den nochmals kleineren Sollstrom Is3 geregelt wird.
Die Wicklung ist so ausgelegt, daß z. B. bei 0 c und Regelung auf Is1 ein Tastverhältnis von 60 % sicher für eine Relaisankerbewegung ausreicht (Tastverhältnisse bei gleicher Relaisankerlage und Is2 z. B. 40 %, bei Is3 z. B. 20 %). Bei der maximalen Wicklungstemperatur (z. B. + 100 C) ergibt sich dann bei den wie oben geregelten Relaisströmen aufgrund des höheren Wicklungswiderstandes ein Tastverhältnis von 100 % bei Is1 (66 % bei Is2, 33 % bei Is3).
Der Relaisstrom wird also grundsätzlich unabhängig von Störgrößen (wie z. B. Temperatur, Batteriespannung etc.), aber abhängig vom Zustand des Relaisankers (z. B. Position, Geschwindigkeit) und vom Magnetkraftbedarf geregelt. Das Tastverhältnis wird hierbei vom Regler automatisch richtig eingestellt.
Insgesamt ergibt sich eine vom Relaisanker-Kraftbedarf abhängige Relaisstromregelung insbesondere mit den Vorteilen
  • thermische Entlastung
  • verkleinerte Stöße beim Ankeraufprall, verringertes Prellen
  • erhöhte Funktionssicherheit (höhere Ankeranzugskraft)
  • vergrößerte Relaislebensdauer

Claims (13)

  1. Schaltungsanordnung für ein Einrückrelais für eine Andrehvorrichtung einer Brennkraftmaschine, mit einem eine Relaisspule des Einrückrelais betätigenden Hilfsrelais (1), dadurch gekennzeichnet, daß in eingeschaltetem Zustand eine die Größe des Betriebsstroms (I) in der Spule des Hilfsrelais (1) temperaturabhängig beeinflussende Steuer- und/oder Regelschaltung (16, 16') vorgesehen ist, derart, daß der Betriebsstrom in Abhängigkeit von der Betriebstemperatur des Hilfsrelais (18) und/oder der Andrehvorrichtung (24) veränderbar ist.
  2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- und/oder Regelschaltung (16, 16') eine Taktstufe für eine getaktete Stromschaltung enthält.
  3. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- und/oder Regelschaltung (16, 16') eine Triggerstufe (19) für eine Taktung des Betriebsstroms (I) mit einem bestimmten, beeinflußbaren Tastverhältnis aufweist.
  4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Tastverhältnis des Betriebsstroms (I) über der Zeit veränderlich ist.
  5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der getaktete Betriebsstrom (I) nach Erreichen eines wählbaren Zeitpunktes (t2) abgesenkt wird.
  6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der getaktete Betriebsstrom (I) nach Bewegungsbeginn des Ankers des Hilfsrelais (18) aus der Ruhelage und/oder beim Erreichen der Arbeitsstellung abgesenkt wird.
  7. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der abgesenkte Betriebsstrom (I) ein kleineres Tastverhältnis als der nicht abgesenkte Betriebsstrom (I) aufweist.
  8. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Änderung des Tastverhältnisses in Abhängigkeit der Betriebstemperatur des Hilfsrelais (18) und/oder des Motors erfolgt, derart, daß der Betriebsstrom bei steigender Temperatur absenkbar ist.
  9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitpunkt (t2) für die Absenkung des Tastverhältnisses in Abhängigkeit einer Betriebstemperatur des Hilfsrelais (18) und/oder des Motors veränderbar ist.
  10. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Tastverhältnis des getakteten Betriebsstromes (I) in Abhängigkeit von der Ankerstellung des Hilfsrelais (18) veränderbar ist.
  11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsrelais (18) bei maximal zulässiger Betriebstemperatur die erforderliche Anzugskraft bei einem Tastverhältnis des getakteten Betriebsstromes (I) von 100 % erzeugt.
  12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der getaktete Betriebsstrom (I) über die Steuer- und/oder Regelschaltung (16, 16') von einem ersten Sollwert (Isoll) nach einer Zeit (t1, t2, t3) auf mindestens einen weiteren, niederen Sollwert abzuregeln ist.
  13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Absenkung des getakteten Betriebsstromes (I) in Abhängigkeit der Einschaltzeit (t1, t3) oder der Ankerposition des Hilfsrelais (18) in zwei Schritten erfolgt.
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