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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Stromversorgungsschaltung für Anlasser
nach dem Anspruch 1.
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Aus
der
DE 697 11 799
T2 ist bereits eine Stromversorgungsschaltung für Anlasser
bekannt, die einen Anlassermotor zum Anlassen einer Maschine, einen
Magnetschalter zum Einschalten und zum Ausschalten eines Stromes,
der dem Anlassermotor zugeführt
wird, und eine einen Anstieg verlangsamende Einrichtung aufweist,
die an den Anlassermotor angeschlossen ist, um eine Anstiegsgeschwindigkeit
des dem Anlassermotor zugeführten
Stromes zu verlangsamen.
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Bei
herkömmlichen
Fahrzeugen treibt ein Anlasser eine Maschine so lange an, bis die
Maschine gemäß einer
Luftbrennstoffgemisch-Verbrennung arbeitet. Der Betrieb der Maschine
wird im Leerlaufzustand gehalten, wenn sich das Fahrzeug im Ruhezustand
an Verkehrsampeln befindet. Es wird ein wirtschaftlich arbeitendes
System zunehmend in den letzten Jahren verwendet, um die Maschine
anzuhalten, wenn das Fahrzeug an Verkehrsampeln steht, so daß die Wirtschaftlichkeit
hinsichtlich des Brennstoffes und der Abgasemission verbessert werden.
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Bei
dem wirtschaftlich arbeitenden System befinden sich sehr häufig ein
Radio und andere elektrische Vorrichtungen in Betrieb, wenn der
Anlasser automatisch die Maschine wieder startet, und zwar bei dem
Fahrzeugruhezustand an Verkehrsampeln. Der Anlasser wird dann einer
hohen Belastung bei der Anfangsstufe des Antreibens des Anlassers
unterworfen, da die Maschine eine hohe stationäre Trägheit besitzt. Der Strom steigt übermäßig an,
wie dies durch die ausgezogene Linie A in 2 gezeigt ist.
Wenn als Ergebnis der Anlasser von dem Fahrzeugruhezustand aus wieder
gestartet wird, fliegt ein übermäßig hoher
Strom bei der Anfangsstufe und beeinflusst das Radio und andere
elektrische Vorrichtungen, die sich zu diesem Zeitpunkt in Betrieb
befinden.
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Für den Fall,
daß ein
Anlasser darüber
hinaus so konstruiert ist, daß er
mit einer hohen Spannung arbeitet, steigt die Zahl der Windungen
der Anzugswicklung eines Magnetschalters an, der die Stromversorgung
des Anlassermotors steuert, was zu einer Zunahme in der Induktanz
der Anzugswicklung (pull-in coil) des Magnetschalters führt. Dies führt zu einer
Verzögerung
in der Einschaltzeit des Magnetschalters.
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Wenn
der Magnetschalter eingeschaltet wird, schlägt ein bewegbarer Kontakt gegen
einen festen Kontakt und springt dabei. Jedoch erfolgt der Spring-
oder Prellvorgang mit einer zeitlichen Verzögerung, und zwar aufgrund der
Zunahme in der Induktanz der Anzugswicklung des Magnetschalters. Wenn
der Anlasser nicht vom Typ mit einer hohen Spannung ist, ist die
Induktanz der Anzugswicklung des Magnetschalters niedrig. Als ein
Ergebnis wird der Magnetschalter schnell eingeschaltet und das Springen
oder Prellen tritt an einer Position α in 3 auf. Wenn
jedoch der Anlasser so konstruiert ist, daß er mit einer hohen Spannung
arbeitet, wird die Einschaltzeit des Magnetschalters verzögert und
das Springen tritt an der Position β in 3 auf.
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Wenn
sich der Zeitpunkt des Springens so verzögert, wie dies durch β angezeigt
ist, schaltet der Magnetschalter den hohen Strom ein und aus, indem er
springt, was das Erzeugen eines elektrischen Lichtbogens an den
Kontaktanschlüssen
des Magnetschalters zur Folge hat. Der Lichtbogen erzeugt ein Geräusch und
verursacht ein Abschmelzen der Kontaktanschlüsse, was dann zu einer niedrigeren Zuverlässigkeit
des Magnetschalters führt.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Strom zu reduzieren,
der dann zugeführt wird,
wenn ein Anlasser zu Beginn angetrieben wird, so daß die Zuverlässigkeit
eines Magnetschalters verbessert wird und Geräusche, die bei dem Springen
erzeugt werden, reduziert werden.
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Die
genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch aufgeführten Merkmale gelöst.
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Besonders
vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Stromversorgungsschaltung
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung umfaßt eine
Stromversorgungsschaltung für
Anlasser einen Anlassermotor zum Anlassen einer Maschine, einen Magnetschalter
zum Einschalten und zum Ausschalten eines Stromes, der dem Anlassermotor
zugeführt wird,
und eine den Anstieg verlangsamende Vorrichtung, um eine Geschwindigkeit
des Anstiegs des Stromes zu verlangsamen, der dem Anlassermotor zugeführt wird.
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Die
den Anstieg verlangsamende Vorrichtung kann aus einer Induktanzwicklung
bestehen, die in Reihe mit dem Anlassermotor geschaltet ist und welche
die Geschwindigkeit des Anstiegs des Stromes verlangsamt, und zwar
auf Grund der Induktivität der
Induktanzwicklung. Die den Anstieg verlangsamende Vorrichtung kann
alternativ aus einem Kondensator bestehen, der parallel zu dem Anlassermotor
geschaltet ist und der die Anstiegsgeschwindigkeit des Stromes mit
Hilfe der Kapazität
des Kondensators verlangsamt. In bevorzugter Weise befriedigt eine
Zeitdauer, die für
den Strom erforderlich ist, um einen Spitzenwert zu erreichen, wenn
der dem Anlassermotor zugeführte
Strom verlangsamt wird, die Beziehung T ≤ (10/12) V, worin T die Zeitdauer
angibt und V einen reinen numerischen Wert entsprechend der Antriebsspannung
für den
Anlassermotor angibt.
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Die
vorteilhaften Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich klarer
aus der folgenden detaillierten Beschreibung unter Hinweis auf die
beigefügten
Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen:
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1 ein
Schaltungsdiagramm einer Stromversorgungsschaltung für Anlasser
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 einen
Graphen, der einen Spitzenstrom zeigt, welcher einem Anlasser bei
der ersten Ausführungsform
und einem Anlasser nach dem Stand der Technik zugeführt wird;
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3 einen
Graphen, der eine Position gemäß dem Auftreten
eines Springens in dem Anlasser bei der ersten Ausführungsform
und bei dem herkömmlichen
Anlasser veranschaulicht;
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4A und 4B Schaltungsdiagramme von
Stromversorgungsschaltungen für
Anlasser gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung; und
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5 eine
schematische Ansicht eines Stators eines Anlassermotors, der bei
der dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
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Die
vorliegende Erfindung wird unter Hinweis auf verschiedene Ausführungsformen
und Abwandlungen beschrieben, bei denen gleiche oder ähnliche Teile
mit den gleichen oder ähnlichen
Bezugszeichen versehen sind.
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(Erste Ausführungsform)
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Gemäß 1 besitzt
ein Anlasser 1 einen Anlassermotor 2 zum Antreiben
einer Maschine und einen Magnetschalter 3, um die Stromversorgung
zu dem Anlassermotor 2 einzuschalten und auszuschalten.
Der Anlassermotor 2 besitzt einen Anker 4 mit
einer Ankerwicklung (nicht gezeigt) und einer direkt gewickelten
Feldwicklung 5, die in Reihe mit dem Anker 4 geschaltet
ist. Der Anlassermotor 2 ist von einem bekannten Typ, der
Drehmoment zum Anlassen der Maschine erzeugt, wenn ein Strom von
einer im Fahrzeug montierten Batterie 6 über dem
Magnetschalter 3 zugeführt
wird.
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Eine
Anziehwicklung 3a und eine Haltewicklung 3b des
Magnetschalters 3 sind an die Batterie 6 über ein
Anlasserrelais 7 angeschlossen. Eine Relaiswicklung 7a des
Anlasserrelais 7 ist mit der Batterie 6 über einen
Schlüsselschalter 8 verbunden.
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Wenn
der Schlüsselschalter 8 eingeschaltet wird,
das heißt,
wenn der Schlüsselschalter 8 in
eine Anlaßposition
gedreht wird, wird die Relaiswicklung 7a des Anlasserrelais 7 mit
einem Strom versorgt. Das Anlasserrelais 7, welches einen
normalerweise offenen bewegbaren Kontakt aufweist, wird eingeschaltet.
Die Anziehwicklung 3a und die Haltewicklung 3b des
Magnetschalters 3 werden mit Strom versorgt. Dann wird
der Magnetschalter 3, der einen normalerweise offenen bewegbaren
Kontakt besitzt, einge schaltet. Es fließt dann ein hoher Strom in
den Anlassermotor 2 und treibt die Maschine zum Drehen an.
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In
dem Anlasser 1 ist eine Induktanzwicklung 10 in
Reihe mit dem Anlassermotor 2 geschaltet (dem Anker 4 und
der Feldwicklung 5). Diese Induktanzwicklung 10 verlangsamt
die Anstiegsgeschwindigkeit des Stromes, welcher dem Anlassermotor 2 zugeführt wird.
Diese Induktanzwicklung 10 reduziert die Anstiegsrate des
Stromes, welcher dem Anlassermotor 2 zugeführt wird,
und zwar auf Grund ihrer Induktivität.
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Wenn
bei dieser Ausführungsform
der Schlüsselschalter 8 in
die Anlaßposition
gedreht wird, um die Maschine anzulassen, wird das Anlasserrelais 7 eingeschaltet,
um den Strom der Anzugswicklung 3a und der Haltewicklung 3b zuzuführen. Der
Strom wird zuerst dem Anlassermotor 2 über die Anzugswicklung 3a und
die Induktanzwicklung 10 zugeführt, da die Anzugswicklung 3a in
Reihe mit der Induktanzwicklung 10 geschaltet ist. Der
bewegbare Kontakt des Magnetschalters 3 kontaktiert nachfolgend
vollständig
die Schalteranschlüsse
(feststehenden Kontakt). Als ein Ergebnis fließt ein hoher Strom aus der
Batterie 6 zu dem Anlassermotor 2 über die Induktanzwicklung 10,
wobei die Anzugswicklung 3a umgangen wird.
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Wenn
die Induktivität
der Anzugswicklung 3a groß ist, da nämlich der Anlasser 1 so
ausgelegt ist, daß er
mit einer hohen Spannung arbeitet, wird die Einschaltzeit des Magnetschalters 3 durch
eine Zunahme in der Induktivität
bei der Anfangsstufe des Antreibens des Anlassers verzögert. Bei
der herkömmlichen
Stromversorgungsschaltung tritt ein Springen oder Prellen auf (Position α in 3),
und zwar durch das Einschalten des Magnetschalters 3, wenn
der schnelle Strom, der durch die elektrische Zeitkonstante des
Anlassers 1 festgelegt wird, zunimmt.
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Jedoch
ist gemäß der ersten
Ausführungsform
die Induktanzwicklung 10 in Reihe mit dem Anlassermotor 2 geschaltet,
um die Anstiegsgeschwindigkeit des Stoß-Stromes zu verlangsamen,
wie dies durch die strichlierte Linie B1 in 3 gezeigt
ist. Der Strom, der in dem Magnetschalter 3 fließt, wird
zu dem Zeitpunkt des Springvorganges niedrig gehalten (Position γ in 3).
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Somit
schaltet der Magnetschalter 3 selbst dann, wenn das Auftreten
des Springens auf Grund der hohen Induktivität der Anzugswicklung 3a verzögert wird,
einen kleinen Strom ein und aus, und zwar auf Grund des Springvorganges,
wie dies an der Position γ in 3 gezeigt
ist. Als ein Ergebnis wird das Erzeugen eines Lichtbogens an den
Kontaktanschlüssen
des Magnetschalters 3 unterdrückt und es wird das Geräusch, welches
durch das Springen verursacht wird, reduziert. Die Induktanzwicklung 10 absorbiert
die erzeugten Geräusche
und es wird somit die Geräuschentwicklung,
die durch den Magnetschalter 3 hervorgerufen wird, reduziert.
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Da
ferner das Erzeugen eines Lichtbogens auf Grund des Springens an
den Kontaktanschlüssen
des Magnetschalters 3 unterdrückt wird, werden die Schalterkontakte
vor einem Anschmelzen geschützt
und auch vor einer Zerstörung
geschützt,
was zu einer Verbesserung in der Zuverlässigkeit des Magnetschalters 3 führt.
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Darüber hinaus
wird der Anlasser 1 einer übermäßigen Last ausgesetzt, und
zwar bei der Anfangsstufe des Anlassers 1, da dieser die
Maschine antreibt, die eine hohe stationnäre Trägheit besitzt. Es wird auf
Grund des plötzlichen
Stromes ein Spitzenstrom und eine Gegen-EMK erzeugt. Jedoch wird die
Anstiegsgeschwindigkeit des plötzlichen
Stromes verlangsamt, wie dies durch die strichlierten Linien A1
und A2 in 2 gezeigt ist, da nämlich die
Induktanzwicklung 10 in Reihe mit dem Anlassermotor 2 geschaltet
ist. Somit kann der Strom bei der Anfangsstufe des Antreibens des
Anlassers 1 reduziert werden.
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Die
Induktivität
der Induktanzwicklung 10 wird in Einklang mit der Induktivität der Anziehwicklung 3a eingestellt,
die der Wicklung des Magnetschalters 3 entspricht. Das
heißt,
die Zeitperiode für das
Verlangsamen der Anstiegsgeschwindigkeit des Stromes, der an den
Anlassermotor 2 angelegt wird, länger eingestellt als die Induktivität der Anziehwicklung 3a zunimmt.
Spezifischer ausgedrückt,
wird die Induktivität
der Induktanzwicklung 10 so eingestellt, um die Anstiegsgeschwindigkeit
des plötzlichen
Stromes zu verlangsamen, entsprechend der Zunahme der Induktivität der Anzugswicklung 3a.
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Geeignete
Werte für
die Verlangsamung des Anstiegs des Stromes mit Hilfe der Induktanzwicklung 10 werden
in der folgenden Weise ermittelt.
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Die
Induktivität
der Induktanzwicklung 10 bei dieser Ausführungsform
wird auf einen Wert festgelegt, der die Gleichung T ≤ (10/12) V
befriedigt. Hierbei wird die Zeitperiode vom Beginn der Stromzufuhr zum
Anlassermotor 2 bis zum Anstieg des Stromes auf den Spitzenwert
durch T msec wiedergegeben (2), und
V bedeutet den numerischen Wert der Anlasserantriebsspannung.
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Bei
dieser Ausführungsform,
bei welcher die Antriebsspannung des Anlassermotors von der im Fahrzeug
montierten Batterie 6 stammt, wird die Induktivität so eingestellt,
daß die
Zeitperiode T, die erforderlich ist, damit der Strom auf den Spitzenwert ansteigen
kann, kleiner wird als 10 msec, wenn die Spannung der im Fahrzeug
montierten Batterie 6 gleich 12 V beträgt.
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Der
Wert des Stromes, der in dem Magnetschalter 3 zum Zeitpunkt
des Auftretens des Springens oder Prellens fließt, kann durch diese Einstellung
reduziert werden, und zwar selbst dann, wenn die Antriebsspannung
des Anlassermotors zunimmt. Der Magnetschalter 3 schaltet
einen kleinen Strom auf Grund des Springens oder Prellens ein und
aus. Als ein Ergebnis wird das Erzeugen eines Lichtbogens an den
Anschlüssen
des Magnetschalters 3 ungeachtet der Größe der Antriebsspannung des
Anlassermotors unterdrückt.
Die Anschlüsse
werden vor einem Anschmelzen und vor einer Zerstörung geschützt, was zu einer Verbesserung
in der Zuverlässigkeit
des Magnetschalters 3 führt.
Ferner wird auch die Geräuschentwicklung,
die sich aus dem Prellvorgang oder Springvorgang ergibt, unterdrückt.
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(Zweite Ausführungsform)
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Bei
dieser Ausführungsform,
die in 4A gezeigt ist, ist ein Kondensator 11 parallel
zu dem Anlassermotor 2 geschaltet, so daß die Anstiegsgeschwindigkeit
des Stromes, welcher dem Anlassermotor 2 zugeführt wird,
durch die Kapazität
des Kondensators verlangsamt wird.
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Die
zweite Ausführungsform
kann mit der oben erläuterten
ersten Ausführungsform
kombiniert werden. Das heißt,
es kann, wie in 4B gezeigt ist, die Induktanzwicklung 10 in
Reihe mit dem Anlassermotor 2 geschaltet werden und es
kann der Kondensator 11 parallel zum Anlassermotor 2 geschaltet werden.
Die Induktivität
und die Kapazität
können klein
eingestellt werden. In diesem Fall wird die Geräuschentwicklung noch stärker unterdrückt, da
nämlich
ein LC-Filter durch die Induktanzwicklung 10 und den Kondensator 11 gebildet
wird.
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(Dritte Ausführungsform)
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Bei
dieser Ausführungsform,
die bei der ersten und bei der zweiten Ausführungsform realisiert oder
angewendet werden kann, ist die Induktanzwicklung 10 um
Permanentmagnete 12 gewickelt, die an dem Stator des Anlassermotors 2 montiert
sind. Das heißt,
der Permanentmagnet 12 des Anlassermotors 2 wird
auch als Eisenkern der Induktanzwicklung 10 verwendet.
In diesem Fall kann der Anlasser 1, der die Induktanzwicklung 10 enthält, in der
Größe klein
ausgeführt
werden und auch mit geringem Gewicht ausgeführt werden, wodurch Kosten reduziert
werden, da der Permanentmagnet 12 gemeinsam durch die Induktanzwicklung 10 und
den Anlassermotor 2 verwendet wird.
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(Abwandlung)
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Die
oben beschriebenen Ausführungsformen sind
auf Fälle
gerichtet, bei denen der Anlasser 1 dadurch angetrieben
wird, indem der Schlüsselschalter 8 manipuliert
wird. Es kann jedoch auch eine elektronische Steuereinheit (ECU)
getrennt von dem Schlüsselschalter 8 vorgesehen
sein, um den Anlasser 1 anzutreiben. Das heißt, die
vorliegende Erfindung kann auf das wirtschaftlich laufende System
angewendet werden, bei dem der Magnetschalter 3 durch die
ECU gesteuert wird, um automatisch den Antrieb des Anlassers 1 zum
Anlassen der Maschine aus dem Ruhezustand heraus zu starten.