DE10041822A1 - Electrical starting device for internal combustion engines with overload protection - Google Patents
Electrical starting device for internal combustion engines with overload protectionInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine elektrische Startvorrichtung für Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Patentanspruchs 1.The invention relates to an electrical starting device for Internal combustion engines according to the preamble of claim 1.
Derartige Startvorrichtungen kommen beispielsweise bei großen Kraftfahrzeugen wie Omnibussen und dergleichen ebenso zum Einsatz, wie beispielsweise bei Pkws. Die Startvorrichtungen werden dabei teilweise automatisch angesteuert bzw. ferngesteuert, so dass der Fahrer den Startvorgang nicht akustisch überwachen und somit bei einer Störung oder einer thermischen Überlastung nicht unverzüglich beenden kann. Dabei kann die Startvorrichtung ebenso wie bei einem mißbräuchlich zu langem Ansteuern des Starters von Hand sich so stark erwärmen, dass das Verbindungskabel zwischen der Klemme 45 des Startrelais und dem Startermotor glühend wird und im Grenzfall abschmilzt. Dabei besteht die Gefahr, dass in unmittelbarer Nähe des Kabels befindliche Teile im Kraftfahrzeug beschädigt werden, was im Extremfall zu einem Fahrzeugbrand führen könnte.Such starting devices are used, for example, in large motor vehicles such as buses and the like, such as in cars. The starting devices are partially automatically controlled or remotely controlled so that the driver cannot acoustically monitor the starting process and therefore cannot immediately end in the event of a fault or thermal overload. The starting device can heat up to such an extent, as in the case of an improperly long activation of the starter by hand, that the connecting cable between the terminal 45 of the starting relay and the starter motor becomes glowing and melts in the limit case. There is a risk that parts in the immediate vicinity of the cable in the motor vehicle will be damaged, which in extreme cases could lead to a vehicle fire.
Gemäß der DE 30 02 232 C2 ist es bei Startvorrichtungen bekannt, zur thermischen Absicherung der Startvorrichtung in dem Verbindungskabel zwischen Startrelais und Startermotor ein Steuerteil einzufügen, das über einen Thermoschalter das Startrelais beim Überschreiten einer Grenztemperatur abschaltet und damit den Startvorgang unterbricht. Diese Lösung ist jedoch sehr aufwendig und kommt daher in erster Linie nur für leistungsstarke Startvorrichtungen in Betracht, da ein derartiger Überlastschutz nicht nur eine örtliche Überhitzung im Fahrzeug durch ein Wegschmelzen des Kabels beseitigt, sondern außerdem einen Defekt der Startvorrichtung verhindert. Bei einem Defekt am Steuerteil oder am Thermoschalter würde ein solcher Überlastschutz jedoch wirkungslos werden. Ebenso schützt er nicht, wenn das Leistungsrelais selbst eine Kontaktverschweißung hat, da er nur die Spule des Leistungsrelais spannungsfrei schaltet.According to DE 30 02 232 C2 it is with starting devices known for thermal protection of the starting device in the connecting cable between the starter relay and the starter motor insert a control unit, which via a thermal switch Start relay when a limit temperature is exceeded switches off and thus interrupts the starting process. This However, solution is very complex and therefore comes first Line only for powerful starters in Consider, because such overload protection is not just one local overheating in the vehicle by melting away the Cable eliminated, but also a defect in the Starting device prevented. In the event of a defect in the control section or at the thermal switch would such overload protection however become ineffective. Likewise, it doesn't protect if that Power relay itself has contact welding since it only the coil of the power relay is de-energized.
Mit der vorliegenden Lösung wird angestrebt, auch bei Startanlagen kleinerer Baugrößen einen voll wirksamer Schutz gegen eine Überhitzung außen liegender Teile zu erzielen, ohne hierfür zusätzliche, aufwendige Mittel einzusetzen.The aim of the present solution is also to Starting systems of smaller sizes provide fully effective protection to prevent external parts from overheating, without using additional, expensive means.
Die erfindungsgemäße Startvorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat den Vorteil, dass bei einer Überlastung der Hauptstromkreis durch Ansprechen der im Startermotor angeordneten Schmelzsicherung die Gefahr einer Überhitzung von Kraftfahrzeugteilen im Bereich der Startvorrichtung und damit die Gefahr eines Folgeschadens zuverlässig vermieden wird. Durch eine entsprechend ausreichend starke Dimensionierung der übrigen im Hauptstromkreis liegenden Teile kann ferner in vorteilhafter Weise die Erhitzung nahezu punktuell auf den Bereich der im Starter integrierten Schmelzsicherung konzentriert werden, so dass die übrigen Teile der Startvorrichtung beim Ansprechen der Schmelzsicherung keinen Schaden nehmen.The starting device according to the invention with the characterizing features of claim 1 has the Advantage that the main circuit is overloaded by addressing those arranged in the starter motor Fuse prevents the risk of overheating Motor vehicle parts in the area of the starter and thus reliably avoiding the risk of consequential damage becomes. By a suitably strong enough Dimensioning of the rest of the main circuit Parts can also advantageously be heated almost selective in the area of the integrated in the starter Fuse should be concentrated so that the rest Parts of the starting device when the Do not damage the fuse.
So läßt sich ohne zusätzliche Mittel eine kostenneutrale Schmelzsicherung im Startermotor dadurch realisieren, dass zumindest eine der Kohlebürsten eine als Schmelzsicherung ausgebildete Anschlusslitze aufweist. Dies ist durch Materialauswahl oder durch eine Verbindungstechnik mit z. B. niedrigerem Schmelzpunkt oder/und durch einen geringeren Querschnitt der Anschlusslitze realisierbar. Eine besonders kostengünstige Lösung ergibt sich dadurch, dass der Anschlusslitzen-Querschnitt der mindestens einen Kohlenbürste gegenüber dem Querschnitt der übrigen Bereiche des Hauptstromkreises so stark geschwächt ist, dass diese Anschlusslitze bei zu hoher Belastung des Startermotors durchschmilzt. Eine zuverlässig wirksame Schmelzsicherung läßt sich bereits dadurch erzielen, dass von den mindestens zwei im Hauptstromkreis über den Kommutatorläufer in Reihe geschalteten Kohlebürsten die Anschlusslitze der einen Kohlebürste gegenüber der anderen Kohlebürste einen um mehr als 10%, vorzugsweise um 25% schwächeren Querschnitt hat.In this way a cost-neutral process can be carried out without additional funds Realize the fuse in the starter motor in that at least one of the carbon brushes one as a fuse trained connecting wire. This is through Material selection or through a connection technology with z. B. lower melting point and / or by a lower Cross section of the stranded wire can be realized. A special one Inexpensive solution arises from the fact that the Lead cross section of the at least one Carbon brush compared to the cross section of the other areas of the main circuit is so weak that it Connection wire if the starter motor is loaded too much melts. A reliably effective fuse can already be achieved by the fact that at least two in series in the main circuit via the commutator rotor switched carbon brushes the connecting strand of one Carbon brush compared to the other carbon brush one more than 10%, preferably 25% weaker cross-section.
Da bei einem vier- oder mehrpoligen Startermotor vier oder mehr Kohlebürsten über den Umfang des Kommutators verteilt angeordnet sind, ist es besonders vorteilhaft, wenn dabei die eine Gruppe der dann jeweils parallel geschalteten Kohlebürsten gegenüber der anderen Gruppe Anschlusslitzen einen geschwächten Querschnitt hat. Um sicherzustellen, dass bei Überlastung möglichst nahe der spannungsführenden Zuleitung (Litze oder Stromschiene an Klemme 45) abgeschaltet wird, ist vorgesehen, dass die plusseitig im Hauptstromkreis liegenden Kohlebürsten Anschlusslitzen mit geschwächtem Querschnitt aufweisen. Since four or more carbon brushes are distributed over the circumference of the commutator in a four- or multi-pole starter motor, it is particularly advantageous if one group of the carbon brushes then connected in parallel has a weakened cross section compared to the other group of connecting strands. In order to ensure that in the event of an overload, the supply lead (wire or busbar at terminal 45 ) is switched off as close as possible, it is provided that the carbon brushes on the plus side in the main circuit have connection wires with a weakened cross-section.
Alternativ kann es jedoch in Sonderfällen auch zweckmäßig sein, wenn bei einem vierpoligen Startermotor mit vier über den Umfang des Kommutators verteilten Kohlebürsten die Anschlusslitzen zweier einander gegenüberliegender Kohlebürsten einen um mehr als 10% geschwächten Querschnitt haben als die der zwei anderen einander gegenüberliegenden Kohlebürsten. Anstelle einer Querschnittschwächung oder zusätzlich dazu können die Anschlusslitzen auch mit einer Isolation versehen werden, die eine rasche Wärmeableitung verhindert.Alternatively, however, it can also be useful in special cases be if with a four-pole starter motor with four over the size of the commutator was distributed by carbon brushes Connecting strands of two opposite one another Carbon brushes have a cross section weakened by more than 10% than that of the other two Carbon brushes. Instead of a cross section weakening or in addition, the connecting strands can also be used with a Insulation that provides rapid heat dissipation prevented.
Weitere Einzelheiten der Erfindung sind in dem nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel anhand der zugehörigen Zeichnung näher erläutert.Further details of the invention are in the following described embodiment based on the associated Drawing explained in more detail.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 den Aufbau einer Startvorrichtung für Brennkraftmaschinen mit Startrelais und Startermotor und Fig. 1 shows the structure of a starting device for internal combustion engines with starting relay and starter motor and
Fig. 2 eine Bürstenplatte des Startermotors mit Kohlebürsten-Anschlusslitzen als Überlastschutz. Fig. 2 is a brush plate of the starter motor with carbon brush leads as overload protection.
In Fig. 1 ist in schematischer Darstellung der Aufbau einer Startvorrichtung 10 dargestellt, deren Startermotor 11 ein vierpoliger Gleichstrommotor mit Permanentmagnet-Erregung ist. Ein Kommutatorläufer 12 des Startermotors 11 ist mit seiner Abtriebswelle 13 mehrfach gelagert. Die Abtriebswelle 13 trägt ein Steilgewinde 14, welches mit einem nicht dargestellten Muttergewinde eines Mitnehmerschaftes 15 zusammenwirkt. Der Mitnehmerschaft 15 ist mit einem Außenring eines Freilaufs 16 fest verbunden, dessen Innenring vorn ein Starterritzel 17 trägt. Das Starterritzel 17 ist über das Steilgewinde 14 bis zu einem Anschlag 18 axial verschiebbar und spurt dabei in einen Zahnkranz 19 einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine ein. Das Vor- und Einspuren des Starterritzels erfolgt durch ein Startrelais 20, welches über einen Umlenkhebel 21 und einer Einspurfeder 22 am Freilauf 16 angreift. Das Startrelais 20 liegt ferner mit einem Schaltkontakt im Hauptstromkreis 23 der Startvorrichtung. Dabei ist ein gestrichelt dargestellter Schaltkontakt 24 über eine Anschlussklemme 30 mit dem Plus-Pol einer Akkumulatorbatterie des Kraftfahrzeugs verbunden. An der zweiten Anschlussklemme 45 des Schaltkontaktes 24 ist ein zum Startermotor 11 führendes Anschlusskabel 25 befestigt. Das Anschlusskabel 25 ist mit seinem anderen Ende an eine Anschlussschiene 26 festgeschweißt, die in einer aus Isoliermaterial hergestellten Durchführung 27 im Gehäuse 28 des Startermotors 11 aufgenommen ist. Der Läufer 12 des Startermotors 11 trägt an seinem hinteren Ende einen Kommutator 29, auf dessen Umfang vier Kohlebürsten 31 verteilt angeordnet sind.In Fig. 1 is a schematic representation of the construction of a starter device 10 is shown, whose starter motor 11 is a four-pole DC motor with permanent magnet excitation is. A commutator rotor 12 of the starter motor 11 is mounted several times with its output shaft 13 . The output shaft 13 carries a high helix thread 14 , which cooperates with a nut thread, not shown, of a driving shaft 15 . The driver shaft 15 is fixedly connected to an outer ring of a freewheel 16 , the inner ring of which carries a starter pinion 17 at the front. The starter pinion 17 is axially displaceable up to a stop 18 via the steep thread 14 and in this case tracks into a ring gear 19 of an internal combustion engine (not shown). The starter pinion is engaged and engaged by a starter relay 20 which acts on the freewheel 16 via a bell crank 21 and an engagement spring 22 . The starting relay 20 is also connected to a switching contact in the main circuit 23 of the starting device. In this case, a switch contact 24 shown in dashed lines is connected via a connection terminal 30 to the positive pole of an accumulator battery of the motor vehicle. A connecting cable 25 leading to the starter motor 11 is fastened to the second connecting terminal 45 of the switching contact 24 . The other end of the connecting cable 25 is welded to a connecting bar 26 , which is received in a bushing 27 made of insulating material in the housing 28 of the starter motor 11 . The rotor 12 of the starter motor 11 carries at its rear end a commutator 29 , on the circumference of which four carbon brushes 31 are arranged.
Aus Fig. 2 ist erkennbar, dass die Kohlebürsten 31a bis 31d jeweils in einem Bürstenhalter 32 aus Kunststoff aufgenommen sind, der auf einer metallischen Bürstentragplatte 33 fest montiert ist. Die Tragplatte 33 ist mittels Schrauben an der hinteren Stirnplatte 34 des Startermotors 11 befestigt. Mittels im hinteren Teil der Bürstenhalter 32 angeordneter Federn 35 werden die Kohlebürsten 31 jeweils im montierten Zustand des Startermotors 11 gegen die Oberfläche des Kommutators 29 gedrückt. Die beiden oberen Kohlebürsten 31a, 31b sind mit ihren Anschlusslitzen 36a, 36b mit der Anschlussschiene 26 verschweißt und bilden somit die plusseitigen Kohlebürsten. Die zwei unteren Kohlebürsten 31c, 31d sind mit ihren Anschlusslitzen 36c, 36d an einen hochgebogenen Anschlusswinkel 37 der Bürstentragplatte 33 festgeschweißt. Da die Bürstentragplatte 33 über das Gehäuse 28 des Startermotors auf Masse liegt, bilden die beiden unteren Kohlebürsten 31c, 31d die masseseitigen Bürsten. Die Kohlebürsten 31a und 31b sind zu einer Gruppe zueinander parallel geschaltet; ebenso die unteren Kohlebürsten 31c und 31d. Der Hauptstromkreis 23 der Startvorrichtung 10 verläuft somit über den Schaltkontakt 24 des Startrelais 20, das Anschlusskabel 25, die Anschlussschiene 26 und von dort über die Anschlußlitzen 36a, 36b zu den Kohlebürsten 31a und 31b; sodann über den Kommutator 29 und den Läufer 12 zu den unteren Kohlebürsten 31c und 31d und dann über deren Anschlusslitzen 36c und 36d zu der auf Masse liegenden Bürstentragplatte 33.From Fig. 2 it can be seen that the carbon brushes 31 a to 31 d are each received in a brush holder 32 made of plastic, which is fixedly mounted on a metallic brush support plate 33 . The support plate 33 is fastened to the rear end plate 34 of the starter motor 11 by means of screws. By means of springs 35 arranged in the rear part of the brush holder 32 , the carbon brushes 31 are pressed against the surface of the commutator 29 in the assembled state of the starter motor 11 . The two upper carbon brushes 31 a, 31 b are welded with their connecting wires 36 a, 36 b to the connecting bar 26 and thus form the plus-side carbon brushes. The two lower carbon brushes 31 c, 31 d are welded with their connecting wires 36 c, 36 d to a bent connection angle 37 of the brush support plate 33 . Since the brush-holder plate 33 of the starter motor is located on the housing 28 to ground, which form two lower brushes 31 c, 31 d, the ground-side brushes. The carbon brushes 31 a and 31 b are connected to one another in parallel to form a group; likewise the lower carbon brushes 31 c and 31 d. The main circuit 23 of the starting device 10 thus runs via the switch contact 24 of the starting relay 20 , the connecting cable 25 , the connecting rail 26 and from there via the connecting leads 36 a, 36 b to the carbon brushes 31 a and 31 b; then via the commutator 29 and the rotor 12 to the lower carbon brushes 31 c and 31 d and then via their connecting wires 36 c and 36 d to the brush support plate 33 lying on the ground.
Um innerhalb des Startermotors 11 einen Überlastschutz in Form einer Schmelzsicherung zu erhalten, sind im Beispielsfall die Querschnitte der Anschlusslitzen 36a und 36b der plusseitigen Kohlebürsten 31a, 31b um 25% schwächer als die Querschnitte der Anschlusslitzen 36c und 36d der masseseitigen Kohlebürsten 31c, 31d ausgelegt. Im Beispielsfall eines 2,0 kW-Starters haben die Anschlusslitzen 36a, 36b der plusseitigen Kohlebürsten 31a, 31b einen Querschnitt von 3 mm2, wogegen die Anschlusslitzen 36c, 36d der masseseitigen Kohlebürsten 31c, 31d einen Querschnitt von 4 mm2 haben. Da alle übrigen Bereiche im Hauptstromkreis 23 der Startvorrichtung 10 eine wesentlich größere Dimensionierung der Querschnitte am Anschlusswinkel 37, an der Anschlussschiene 26 sowie am Anschlusskabel 25 mit beispielsweise 16 mm2 aufweisen, werden bei einer Überlastung der Startvorrichtung gezielt nur die beiden parallel geschalteten Anschlusslitzen 36a, 36b der plusseitigen Kohlebürsten 31a, 31d überhitzt, so dass sie als Schmelzsicherung, gleichzeitig oder kurz hintereinander abschmelzen, bevor beispielsweise durch eine Erhitzung des Anschlusskabels 25 oder des Batteriekabels benachbarte Fahrzeugteile gefährdet werden. Damit wird zwar der Startermotor beim Ansprechen des Überlastschutzes defekt, ein Folgeschaden wird jedoch zuverlässig vermieden.In order to obtain overload protection in the form of a fuse within the starter motor 11 , the cross sections of the connecting leads 36 a and 36 b of the plus-side carbon brushes 31 a, 31 b are 25% weaker than the cross sections of the connecting leads 36 c and 36 d of the ground side in the example Carbon brushes 31 c, 31 d designed. In the example of a 2.0 kW starter, the connecting strands 36 a, 36 b of the plus-side carbon brushes 31 a, 31 b have a cross section of 3 mm 2 , whereas the connecting leads 36 c, 36 d of the ground-side carbon brushes 31 c, 31 d have a cross section of 4 mm 2 . Since all other areas in the main circuit 23 of the starting device 10 have a substantially larger dimensioning of the cross sections on the connecting bracket 37 , on the connecting rail 26 and on the connecting cable 25 with, for example, 16 mm 2 , only the two connecting wires 36 a connected in parallel are deliberately used when the starting device is overloaded , 36 b of the plus-side carbon brushes 31 a, 31 d overheat, so that they melt as a fuse, simultaneously or in quick succession, before, for example, heating of the connecting cable 25 or the battery cable jeopardizes adjacent vehicle parts. Although the starter motor is defective when the overload protection is triggered, consequential damage is reliably avoided.
Bei wertvollen, größeren Startvorrichtungen können diese zusätzlich auch noch durch eine an sich bekannte elektronische Überlastabschaltung gesichert werden, so dass die Schmelzsicherung im Startermotor nur im Falle einer akuten Überhitzung am Starter anspricht.With valuable, larger starting devices, these can additionally also by a known one electronic overload cut-off can be secured so that the fuse in the starter motor only in the case of acute overheating on the starter responds.
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