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Die
Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug-Bordnetz.
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Übliche
Kraftfahrzeug-Bordnetze umfassen eine Batterie, einen Generator,
einen Starter, einen Zündschalter, einen Startschalter,
einen Magnetschalter mit Magnetschalterkontakt und Bordnetzverbraucher.
Dabei sind einige der Bordnetzverbraucher startrelevant und müssen
bereits vor bzw. während des Startvorgangs einer Brennkraftmaschine
mit Spannung versorgt werden. Aufgrund der Tatsache, dass der Starterstrom
relativ groß ist, kann es immer wieder zu kurzzeitigen
Spannungseinbrüchen der Batteriespannung während
des Startvorgangs kommen. Dies stellt jedoch für Steuergeräte
und ähnliche Verbraucher ein Problem dar, da diese sehr
empfindlich auf Spannungsschwankungen reagieren, was zum Ausfall
des Verbrauchers oder zu Fehlereinträgen führen
kann. Dieses Problem lässt sich beispielsweise durch spannungsstabilisierende
Schaltungen wie beispielsweise DC/DC-Wandler lösen, allerdings sind
derartige Schaltungen teuer und schwer.
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Aus
der
DE 198 42 657
A1 ist ein Zwei-Batteriesystem bekannt, umfassend eine
Starterbatterie, einen Generator, Primärverbraucher, eine
Bordnetzbatterie, einen Starter und einen zwischen Starterbatterie
und Bordnetzbatterie angeordneten Leistungsschalter, über
den beim Startvorgang die Starterbatterie und die Bordnetzbatterie
parallel zusammenschaltbar sind, wobei parallel zum Leistungsschalter
ein Power-MOSFET angeordnet ist. Durch die Anordnung eines MOSFET
parallel zum Leistungsschalter kann durch die interne Strommessung des
MOSFET sehr einfach erfasst werden, ob der Ladezustand von Starterbatterie
und Bordnetzbatterie ein Aufladen der Starterbatterie ermöglicht.
Durch Erzeugen einer vorzeichengerechten Gatespannung kann in einem
solchen Fall eine Ladestrecke freigeschaltet werden und die Starterbatterie
aufgeladen werden. Ansonsten trennt der MOSFET die Starterbatterie
von den Primär- und Sekundärverbraucher, so dass
die Starterbatterie ausschließlich im Startvorgang belastet
wird. Da alle notwendigen Steuerinformationen im MOSFET intern bereits
zur Verfügung stehen, entfallen separate Messshunts und
auch der Aufbau des Steuergeräts lässt sich einfach
realisieren. Vorzugsweise wird zwischen der Bordnetzbatterie und
den Primärverbrauchern ein Schalter angeordnet, mit dem
vor dem Startvorgang wahlweise die Versorgung der Primärverbraucher
zwischen der Bordnetzbatterie und der Starterbatterie umgeschaltet
werden kann, wobei dieser Schalter vorzugsweise als MOSFET ausgebildet
ist.
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Aus
der
DE 100 14 243
A1 ist ein Zwei-Batteriesystem bekannt, umfassend eine
Starterbatterie und eine Bordnetzbatterie, wobei die elektrischen Verbraucher
in startrelevante Verbraucher und Bordnetzverbraucher eingeteilt
sind, wobei zwischen der Starterbatterie und den startrelevanten
Verbrauchern und zwischen der Bordnetzbatterie und den startrelevanten
Verbrauchern jeweils ein Schaltelement angeordnet ist, mittels derer
wechselseitig die startrelevanten Verbraucher durch ein Batterie-Steuergerät einer
Batterie zuordenbar sind, wobei das Batterie-Steuergerät
zwischen der Starterbatterie und den startrelevanten Verbrauchern
angeordnet ist und je nach Betriebszustand einen Stromfluss von
der Bordnetzbatterie zur Starterbatterie oder von der Starterbatterie
zu den startrelevanten Verbrauchern erlaubt.
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Nachteilig
an den bekannten Zwei-Batteriesystemen ist, dass diese nicht konsequent
Probleme aufgrund von Spannungseinbrüchen an den elektrischen
Verbrauchern verhindern bzw. relativ aufwendig im Aufbau und Steuerung
sind. Dies stellt insbesondere bei Kraftfahrzeugen mit Start-Stopp-Automatik
ein Problem dar.
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Der
Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, ein Zwei-Batteriesystem
zu schaffen, bei dem mit einfachen Mitteln die elektrischen Verbraucher
vor Spannungseinbrüchen geschützt sind.
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Die
Lösung des technischen Problems ergibt sich durch den Gegenstand
mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der
Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Hierzu
umfasst das Kraftfahrzeug-Bordnetz eine Starter-Batterie, eine Bordnetz-Batterie,
Bordnetzverbraucher, einen Zündschalter, einen Startschalter,
einen Magnetschalter mit einer Magnetschalterspule und einem Magnetschalterkontakt,
einen Starter und einen Generator, wobei der Starterstrom ausschließlich
von der Starter-Batterie geliefert und die Bordnetzverbraucher während
des Startvorgangs ausschließlich durch die Bordnetz-Batterie versorgt
werden, wobei die beiden Batterien mindestens während des
Startvorganges getrennt sind.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform weist der Magnetschalter
einen Ruhekontakt und einen Arbeitskontakt auf, wobei über
den Ruhekontakt die Starter-Batterie und die Bordnetz-Batterie miteinander
verbunden sind, wobei während des Startvorganges der Ruhekontakt geöffnet
und der Arbeitskontakt geschlossen wird, so dass der Starterstrom über
den Arbeitskontakt zum Starter fließt. Der notwendige Magnetisierungsstrom
für die Magnetschalterspule kann dabei von der Starter-Batterie
oder der Bordnetz-Batterie geliefert werden. Je nachdem ist entweder
die Starter-Batterie mit dem Zündschalter oder die Bordnetz-Batterie
mit dem Zündschalter verbunden.
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In
einer alternativen Ausführungsform ist zwischen der Starter-Batterie
und der Bordnetz-Batterie ein Ruhekontakt eines Relais angeordnet,
dessen Relais-Spule durch einen Magnetisierungsstrom für
den Magnetschalter bestromt wird und so im Startervorgang die beiden
Batterien trennt, wobei der Magnetisierungsstrom von der Starter-Batterie
oder der Bordnetz-Batterie geliefert werden kann, d. h. entweder
ist die Starter-Batterie oder die Bordnetz-Batterie mit dem Zündschalter
verbunden.
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In
einer weiteren alternativen Ausführungsform ist zwischen
der Starter-Batterie und der Bordnetz-Batterie ein Arbeitskontakt
eines Relais angeordnet, dessen Ruhekontakt die Starter-Batterie
mit dem Magnetschalterkontakt verbindet, wobei der Startschalter
einen Ruhekontakt und einen Arbeitskontakt aufweist, wobei der Ruhekontakt
mit der Relaisspule des Relais verbunden ist und der Arbeitskontakt
mit der Magnetschalterspule des Magnetschalters verbunden ist, wobei
der Strom zur Bestromung der Relaisspule des Relais und der Magnetisierungsstrom
für die Magnetschalterspule von der Starter-Batterie oder
der Bordnetz-Batterie geliefert wird.
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In
einer weiteren alternativen Ausführungsform ist zwischen
der Starter-Batterie und der Bordnetz-Batterie ein Ruhekontakt eines
Relais angeordnet, dessen Arbeitskontakt die Starter-Batterie mit
einem E-Anschluss des Starters verbindet, wobei die Relaisspule
des Relais mit einem Kontakt des Magnetschalterkontaktes verbunden
ist, dessen anderer Kontakt mit einer Leitung verbunden ist, die
den Magnetisierungsstrom für die Magnetschalterspule trägt,
wobei der Strom zur Bestromung der Relaisspule des Relais und der
Magnetisierungsstrom für die Magnetschalterspule von der
Starter-Batterie oder der Bordnetz-Batterie geliefert wird.
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In
einer weiteren alternativen Ausführungsform ist zwischen
der Starter-Batterie und der Bordnetz-Batterie ein Arbeitskontakt
eines Relais angeordnet, dessen Relaisspule mit einem Ruhekontakt des
Startschalters mit der Magnetschalterspule verbunden ist, wobei
der Magnetschalterkontakt mit einer Relaisspule eines weiteren Relais
verbunden ist, dessen Arbeitskontakt die Starter-Batterie mit dem E-Anschluss
des Starters verbindet.
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Die
Erfindung wird vorzugsweise für Kraftfahrzeug-Bordnetze
mit Start-Stopp-Automatik eingesetzt.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele
näher erläutert. Die Fig. zeigen:
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1 ein
Kraftfahrzeug-Bordnetz mit einer Starter-Batterie und einer Bordnetz-Batterie
in einer ersten Ausführungsform;
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2 ein
Kraftfahrzeug-Bordnetz mit einer Starter-Batterie und einer Bordnetz-Batterie
in einer zweiten Ausführungsform;
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3 ein
Kraftfahrzeug-Bordnetz mit einer Starter-Batterie und einer Bordnetz-Batterie
in einer dritten Ausführungsform;
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4 ein
Kraftfahrzeug-Bordnetz mit einer Starter-Batterie und einer Bordnetz-Batterie
in einer vierten Ausführungsform;
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5 ein
Kraftfahrzeug-Bordnetz mit einer Starter-Batterie und einer Bordnetz-Batterie
in einer fünften Ausführungsform und
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6 ein
Kraftfahrzeug-Bordnetz mit einer Batterie (Stand der Technik).
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In
der 6 ist ein Kraftfahrzeug-Bordnetz mit einer Batterie 1 dargestellt.
Das Kraftfahrzeug-Bordnetz umfasst einen Crash-Schalter 2,
einen Zündschalter 3, einen Startschalter 4,
einen Magnetschalter 5 mit einer Spule 7 und einem
Magnetschalterkontakt 27, einen Starter 8 und
einen Generator 23. Der Crash-Schalter 2 dient
dazu, dass im Falle eines Unfalls, beispielsweise sensiert durch
ein Airbag-Steuergerät, die Batterie 1 zur Vermeidung von
Kurzschlussströmen abgetrennt wird. Nachfolgend wird davon
ausgegangen, dass der Crash-Schalter 2 geschlossen ist
(Schaltposition 26). Nachfolgend soll nun die Arbeitsweise
des Kraftfahrzeug-Bordnetzes bei einem Startvorgang erläutert werden,
wobei zunächst die Ausgangsposition wie in der 6 dargestellt
ist.
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Das
Einleiten des Startvorganges erfolgt zunächst durch Betätigung
des Zündschalters 3. Dabei sei angemerkt, dass
dem Zündschalter 3 ein nicht dargestelltes Zündrelais nachgeschaltet
sein kann. Wird danach auch der Startschalter 4 betätigt
(geschlossen), so fließt dann zunächst ein Magnetschalterstrom
I1 von der Batterie zum Magnetschalter 5. Die Magnetschalterspule 7 ist
auf der anderen Leitungsseite mit einem Verbindungspunkt 6 gegen
das Gehäuse des Starters 8 geschaltet, das mit
der Batteriemasse 9 verbunden ist. Der Magnetschalterstrom
I1 fließt von der Batterie 1 über die
Leitung 10, den Crash-Schalter 2, die Leitungen 11, 12,
den Zündschalter 3, die Leitung 13, den
Startschalter 4, die Leitung 14 zur Magnetschalterspule 7.
Hier erzeugt der Magnetschalterstrom I1 ein Magnetfeld in der Spule 7,
das auf einen nicht dargestellten Anker mechanisch einwirkt. Der
Anker bewegt dann über eine mechanische Verbindung 15 ein
Antriebsritzel 16 in Pfeilrichtung 17. Hierdurch
verzahnt sich das Antriebsritzel 16 mit der Verzahnung
einer Schwungscheibe 18 eines Verbrennungsmotors, der hier
nicht weiter dargestellt ist. Erst nach der Verzahnung des Antriebsritzes 16 mit
der Schwungscheibe 18 schließt der Magnetschalterkontakt 27.
Der Starterstrom I2 fließt nun von der Batterie 1 über
die Leitung 10, den Crash-Schalter 2, die Leitungen 11, 19, 20 über
den Magnetschalterkontakt 27, die Leitung 21 zum
E-Anschluss 22 zur Ankerspule 28 des Starters 8.
Erst jetzt setzt sich der Anker 29 in Drehbewegung und
dreht die Schwungscheibe 18 des Verbrennungsmotors. Durch
die Drehbewegung der Schwungscheibe 18 wird der Verbrennungsmotor
angeworfen und läuft hiernach selbstständig. Der
Startschalter 4 wird geöffnet, wodurch auch der
Magnetschalterkontakt 27 geöffnet wird. Dadurch
koppelt auch das Antriebsritzel 16 des Starters 8 aus
der Schwungscheibe 18 aus und der Startvorgang ist abgeschlossen.
Bei laufendem Verbrennungsmotor wird der Generator 23 mechanisch
mit angetrieben, so dass ein Generatorstrom I3 erzeugt wird, der
die Batterie 1 lädt, wobei der Generatorstrom
I3 über die Leitungen 24, 19, 11 und 10 zur
Batterie 1 fließt. Während des Ladevorganges
der Batterie 1 wird auch die Fahrzeugelektrik 25 im
Bordnetz durch den Bordnetzstrom I4 versorgt, der auch bereits während der
Startphase fließt.
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In
der 1 ist ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug-Bordnetz
in einer ersten Ausführungsform dargestellt, wobei gleiche
Elemente wie in 6 weitgehend mit gleichen Bezugszeichen
versehen sind. Das Kraftfahrzeug-Bordnetz umfasst eine Starter-Batterie 31 und
eine Bordnetz-Batterie 41. Ein weiterer Unterschied ist,
dass der Magnetschalter 5 neben dem Magnetschalterkontakt 27 einen
Ruhekontakt 32 aufweist, über den die Bordnetz-Batterie 41 und
die Starter-Batterie 31 parallel geschaltet sind, so dass
im Fahrzeugstillstand die Bordnetz-Batterie 41 die Starter-Batterie 31 laden
kann.
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Die
Ausgangssituation vor dem Startvorgang ist wieder in 1 dargestellt,
wobei wieder zunächst der Zündschalter 3 und
anschließend der Startschalter 4 geschlossen werden.
Nur nach dem geschlossenen Zündschalter 3 kann
mit dem Startschalter 4, der meist im Zündanlassschloss
integriert ist, der Startvorgang eingeleitet werden. Daraufhin fließt
der Magnetschalterstrom I1 von der Starter-Batterie 31 über
die Leitung 10, den Crash-Schalter 2, die Leitungen 11, 12,
den Zündschalter 3, die Leitung 13, den Startschalter 4,
die Leitung 14 zur Magnetschalterspule 7. Hier
erzeugt der Magnetschalterstrom I1 ein Magnetfeld in der Magnetschalterspule 7,
wodurch sich der Anker 29 in Pfeilrichtung 17 in
Bewegung setzt und die mechanische Verbindung Antriebsritzel 16 und
Schwungscheibe 18 des Verbrennungsmotors herstellt. Erst
nach der Verzahnung von Antriebsritzel 16 und Schwungscheibe 18 schließt
der Magnetschalterkontakt 27. Erst durch den geschlossenen Magnetschalterkontakt 27 fließt
der Starterstrom I2. Der Starterstrom I2 fließt nun von
der Starter-Batterie 31 über die Leitung 10,
den Crash-Schalter 2, die Leitungen 11, 19, 20,
Magnetschalterkontakt 27, die Leitung 21, den
E-Anschluss 22 zur Ankerspule 28 des Starters 8.
Erst jetzt setzt sich der Anker 29 in Drehbewegung und
dreht die Schwungscheibe 18 des Verbrennungsmotors. Durch
die Drehbewegung der Schwungscheibe 18 wird der Verbrennungsmotor
angeworfen und läuft hiernach selbstständig. Der
Starterschalter 4 wird geöffnet und öffnet
hierdurch den Magnetschalterkontakt 27, so dass auch das
Antriebsritzel 16 des Starters 8 aus der Schwungscheibe 18 ausgekoppelt
wird. Die Energieversorgung für das Fahrzeugbordnetz 25 (einschließlich
der startrelevanten Verbraucher) während des Startvorganges erfolgt
durch die Bordnetz-Batterie 41. Im Startaugenblick wird
der Magnetkontaktschalter 27 des Magnetschalters 5 geschlossen.
Gleichzeitig öffnet der Ruhekontaktschalter 32 des
Magnetschalters 5 und unterbricht die Stromzufuhr von der
Bordnetz-Batterie 41 zum Starter 8. Somit wird
die Bordnetz-Batterie 41 während des Startvorganges
nicht belastet. Die Spannung am Bordnetz bleibt somit während
des Startvorgangs stabil. In diesem Augenblick fließt nur der
Strom I5 von der Bordnetz-Batterie 41 über die Leitungen 34, 35 zum
Fahrzeugbordnetz. Die Einspeisung für den Zündschalter 3 kann
allerdings auch über die gestrichelt dargestellte Leitung 30 erfolgen, wobei
dann aber die Leitung 12 entfällt, da ansonsten die
Batterien 31, 41 permanent über diese
Verbindung parallel geschaltet wären. Während
des Betriebes erfolgt die Ladung mit dem Strom I3 über
den Ruhekontaktschalter 32, die Leitung 33, 34 zur
Bordnetz-Batterie 41 bzw. die Leitungen 19, 11, 10 zur Starter-Batterie 31.
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Zusammenfassend
lassen sich die Vorteile und Nachteile der Schaltung gemäß 1 wie
folgt beschreiben:
- 1. Es werden die beiden
Batterien 31, 41 während des Startvorganges
getrennt, so dass die Bordnetzbatterie 41 nicht zum Starten
herangezogen wird. Hierdurch versorgt die Bordnetzbatterie unbelastet
durch den Starterlaststrom I2 das Bordnetz 25 mit dem Strom
I5, der im Startvorgang ausschließlich von der Bordnetzbatterie 41 geliefert
wird. Somit bleibt die Bordnetzspannung auch im Startaugenblick
stabil und unterliegt keinerlei Spannungseinbrüchen durch
den hohen Starterstrom I2.
- 2. Ein weiterer Vorteil aufgrund der Trennung der beiden Batterien 31, 41 im
Startaugenblick ist, dass die Verbindungsleitung zwischen den Batterien
nicht auf den hohen Starterstrom ausgelegt werden muss, was Gewicht
und Kosten spart.
- 3. Die Gesamtkapazität der beiden Batterien 31, 41 muss
nicht größer sein als die bei einem Einbatterie-Bordnetz.
- 4. Nachteilig ist der etwas aufwendigere Magnetschalter sowie
die relativ langen Lastleitungen für den Starterstrom I2.
Ein weiterer Nachteil ist, dass aufgrund der Tatsache, dass die
beiden Batterien 31, 41 im Zustand ”Zündung
aus” parallel geschaltet sind, die Starterbatterie 31 mit
dem Ruhestrom des Bordnetzes 25 teilweise belastet wird. Dies
kann bei längeren Standzeiten zu einer starken Entladung
der Starterbatterie 31 führen, so dass die Wiederstartfähigkeit
nicht mehr gewährleistet ist.
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In
der 2 ist eine alternative Ausführungsform
eines Kraftfahrzeug-Bordnetzes dargestellt. Im Unterschied zur Ausführungsform
gemäß 1 weist der Magnetschalter 5 nur
einen Arbeitskontakt als Magnetschalterkontakt 27 auf.
Dabei ist zusätzlich ein Relais 37 zwischen der
Starter-Batterie 31 und der Bordnetz-Batterie 41 mit
einem Ruhekontakt angeordnet. Die Relais-Spule des Relais 37 ist
dabei mit der Leitung 14 verbunden. Im Ruhezustand und während
des Fahrbetriebes ist der Ruhekontakt des Relais 37 geschlossen.
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Während
des Startvorgangs werden der Zündschalter 3 und
der Startschalter 4 geschlossen, so dass der Magnetisierungsstrom
I1 über die Leitung 40, den Zündschalter 3 und
den Startschalter 4 fließen kann. Ein Teil des
Magnetisierungsstromes fließt dann über die Leitung 14 zur
Magnetschalterspule 7, wobei ein anderer Teil des Magnetisierungsstromes
durch die Relaisspule des Relais 37 fließt, so dass
dann der Relaiskontakt des Relais 37 öffnet. Wenn
also der Magnetschalterkontakt 27 schließt und
der Starterstrom I2 fließt, dann ist der Relaiskontakt
des Relais 37 offen und die Starter-Batterie 31 und
die Bordnetz-Batterie 41 voneinander getrennt. Der Bordnetzstrom
I5 wird in dieser Zeit ausschließlich durch die Bordnetz-Batterie 41 geliefert.
Nach Beendigung des Startvorganges öffnet der Startschalter 4 und
es kann kein Magnetisierungsstrom I1 mehr fließen. Der
Magnetschalterkontakt 27 öffnet und der Relaiskontakt
des Relais 37 schließt. Dabei ist anzumerken,
dass dabei im Ruhezustand (Zündung aus, kein Startvorgang)
der Bordnetzstrom I4 sich aus einem Anteil 15 von der Bordnetz-Batterie 41 als
auch einem Teil von der Starter-Batterie 31 zusammensetzt. Ähnlich
wie bei 1 kann der Magnetisierungsstrom
I1 von der Bordnetz-Batterie 41 geliefert werden, was durch
den gestrichelten Pfeil von I1 sowie die gestrichelte Leitung 39 angedeutet ist.
In diesem Fall entfällt dann wieder die Leitung 40, damit
die beiden Batterien 31, 41 nicht permanent parallel
geschaltet sind.
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Die
Vorteile der Schaltung gemäß 2 lassen
sich wie folgt beschreiben:
- 5. Neben den Vorteilen
gemäß 1. bis 3. zu 1 werden
zusätzlich keine langen Bordnetzeinspeiseleitungen über
den Starter geschliffen, wie dies bei der Ausführungsform
gemäß 1 der Fall ist.
- 6. Es sind keine Modifikationen am Magnetschalter 5 notwendig.
- 7. Im abgestellten Zustand (Zündung aus) sind die beiden
Batterien getrennt, so dass die Starterbatterie 31 nicht
durch den Ruhestrom des Bordnetzes belastet wird und somit die gesamte
Kapazität für den Startvorgang zur Verfügung
steht. Hierfür braucht die Starterbatterie nur so von der
Kapazität ausgelegt werden, dass diese sicher den Startvorgang
auch nach längerer Standzeit ableisten kann. Die Starterbatterie 31 wird
somit erheblich kleiner, so dass die Starterbatterie auch vom Einbauraum
näher am Starter verbaut werden kann. Hierdurch ergibt
sich verkabelungstechnisch von den Leitungsquerschnitten ein großer
Vorteil.
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Dabei
sei angemerkt, dass vorzugsweise eine Abschaltung der Bordnetzbatterie
vom Bordnetz im abgestellten Zustand bei Erreichen eines bestimmten
Ladezustandes vorgesehen ist, um eine Tiefentladung der Bordnetzbatterie
zu verhindern, die die startrelevanten Verbraucher versorgt. Dies
gilt auch für die nachfolgenden Schaltungen.
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In
der 3 ist eine dritte Ausführungsform des
Kraftfahrzeug-Bordnetzes dargestellt. Dabei weist das Bordnetz im
Wesentlichen zwei Unterschiede zum Bordnetz gemäß 2 auf.
Das Relais 37 weist einen Ruhekontakt (in der 3 fett
dargestellt) und einen Arbeitskontakt (in der 3 gestrichelt
dargestellt) auf. Der Ruhekontakt verbindet die Starter-Batterie 31 mit
dem Magnetkontaktschalter 27, wohingegen der Arbeitskontakt
die beiden Batterien 31, 41 parallel schaltet.
Der weitere Unterschied ist, dass der Startschalter 4 einen
Ruhekontakt und einen Arbeitskontakt aufweist. In der 3 ist
die Ausgangssituation vor Einleitung eines Startvorganges dargestellt.
Wird dann der Zündschalter 3 geschlossen, so fließt
zunächst ein Strom I6 von der Starterbatterie 31 über
die Leitung 20, den Zündschalter 3, die
Leitung 13, den Ruhekontakt des Starterschalters 4 und
die Leitung 47 zur Relaisspule des Relais 37,
woraufhin der Ruhekontakt abfällt und der Arbeitskontakt
schließt. Wird dann der Startschalter 4 von der
Ruhestellung in die Arbeitsstellung bewegt, so wird der Strom I6
unterbrochen und der Arbeitskontakt des Relais 37 fällt
ab und der Ruhekontakt des Relais 37 schließt.
Gleichzeitig kann dann der Magnetisierungsstrom I1 über
den Arbeitskontakt des Starterschalters 4 und die Leitung 14 fließen
und wie bekannt das Magnetfeld bei der Magnetschalterspule 7 erzeugen.
Wenn dann der Magnetschalterkontakt 27 schließt,
kann dann der Starterstrom I2 über den Ruhekontakt des
Relais 37 fließen, wobei dieser schon vor dem
Magnetschalterkontakt 27 geschlossen war, also den Strom
nicht einschalten muss. Somit wird der Magnetschalterkontakt 27 mit dem
Abschaltstrom I2 belastet. Nach erfolgtem Startvorgang wird der
Arbeitskontakt des Startschalters 4 wieder geöffnet.
Damit öffnet der Magnetschalterkontakt 27. Über
den Ruhekontakt des Startschalters 4 kann dann wieder der
Strom I6 fließen und der Ruhekontakt des Relais 37 wird
geöffnet und der Arbeitskontakt geschlossen. Damit sind
die beiden Batterien 31, 41 im Fahrbetrieb parallel
geschaltet. Gleichzeitig ist die Leitung 42 (sprich die
Starterleitung) spannungslos geschaltet, so dass unabhängig
vom Crash-Schalter 2 die Gefahr von Kurzschlussströmen
aufgrund eines Unfalls verhindert wird. Im Fahrzeugstillstand, wenn
also auch die Zündung abgeschaltet wird, öffnet
auch der Zündschalter 3. Dann wird der Strom I6
unterbrochen und der Arbeitskontakt des Relais 37 fällt
ab. Daher sind im Fahrzeugstillstand die beiden Batterien 31, 41 voneinander
getrennt. Wie gestrichelt dargestellt, kann der Magnetisierungsstrom
I1 bzw. I6 auch von der Bordnetz-Batterie 41 geliefert
werden, wobei dann die Leitungen 20 und 40 entfallen
und dafür die Leitung 39 dazukommt.
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Die
Vorteile der Schaltung lassen sich die folgt zusammenfassen:
- 8. Zusätzlich zu den Vorteilen 1.
bis 3. gemäß 1 bzw. 5.
bis 7. gemäß 2 kann durch
den Einsatz des Relais 37 bei ”Zündung
ein” ein Ladungsausgleich zwischen den beiden Batterien 31, 41 stattfinden.
Das hat den Vorteil, dass, sollte die Bordnetzbatterie 41 zu
stark entladen sein, dass die startrelevanten Bordnetzverbraucher nicht
ausreichend mit Strom versorgt werden können, zunächst die
Starterbatterie 31 die Bordnetzbatterie 41 aufladen
kann, bis diese die startrelevanten Verbraucher versorgen kann.
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In
der 4 ist eine weitere alternative Ausführungsform
dargestellt, wobei wieder ein Relais 37 mit einem Ruhekontakt
und einem Arbeitskontakt vorgesehen ist. Im Unterschied zu 3 verbindet der
Ruhekontakt des Relais 37 die Starter-Batterie 31 mit
der Bordnetz-Batterie 41, wobei der Arbeitskontakt des
Relais 37 die Starter-Batterie 31 mit dem E-Anschluss 22 des
Starters 8 verbindet. Ein weiterer Unterschied ist, dass
die Relaisspule des Relais 37 mit dem Magnetkontaktschalter 27 des
Magnetschalters 5 verbunden ist. Die andere Kontaktseite
des Magnetschalterkontaktes 27 ist über eine Leitung 43 mit
der Leitung 46 verbunden, die zur Bestromung der Magnetschalterspule 7 dient.
Die Wirkungsweise der Schaltung ist wie folgt, wobei vor Einleitung
des Startvorganges die Schalter wie in der 4 eingezeichnet
geschaltet sind. Im Zustand ”Zündung aus” sind
daher die Starter-Batterie 31 und die Bordnetz-Batterie 41 parallel
geschaltet. Wird nun der Zündschalter 3 und der
Startschalter 4 geschlossen, so fließt der Magnetisierungsstrom
I1 von der Starter-Batterie 31 über die Leitung 46 zur
Magnetschalterspule 7. Schließt dann nach dem
Verzahnen der Magnetschalterkontakt 27, so sind die Leitungen 43 und 44 elektrisch
verbunden. Dadurch kann der Strom I6 zur Relaisspule des Relais 37 fließen.
Der Ruhekontakt fällt ab und der Arbeitskontakt des Relais 37 schließt,
so dass der Starterstrom I2 über den Arbeitskontakt des
Relais 37 und die Leitung 45 direkt zum E-Anschluss 22 des
Starters 8 fließen kann. Während dieser
Zeit sind die beiden Batterien 31, 41 getrennt.
Wird dann nach erfolgtem Start der Brennkraftmaschine der Startschalter 4 geöffnet, öffnet
der Magnetschalterkontakt 27 und der Arbeitskontakt des
Relais 37 fällt ab. Ein Vorteil dieser Ausführungsform
ist, dass der Magnetschalterkontakt 27 nicht mehr den Starterstrom
I2 trägt, was dessen Lebensdauer verlängert. Den
Starterstrom I2 trägt nun das Relais 37, das einfach
ausgewechselt werden kann, so dass nicht mehr der komplette Starter 8 ausgewechselt
werden muss. Der Magnetisierungsstrom I1 bzw. I6 kann auch wieder
alternativ von der Bordnetz-Batterie 41 geliefert werden,
wobei dann wieder die Leitungen 20, 40 entfallen
und dafür die Leitung 39 die Bordnetz-Batterie 41 mit
dem Zündschalter 3 verbindet.
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Die
Vorteile der Schaltung lassen sich wie folgt zusammenfassen:
- 9. Neben den Vorteilen 1. bis 3 gemäß 1 bzw. 5.
gemäß 2 kann hier der Magnetschalter modifiziert
werden, da dieser nur noch den Ansteuerstrom für die Relaisspule
des Relais 37 zu schalten braucht.
- 10. Der Crash-Schalter 2 kann aus der Starterleitung
entfernt werden und in der Leitung 44 angeordnet werden.
Durch Abschalten des Ansteuerstroms für die Relaisspule
des Relais 37 ist sichergestellt, dass die Starterleitung
spannungslos ist und keinen Kurzschluss verursachen kann.
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Nachteilig
ist, dass die beiden Batterien im Zustand ”Zündung
aus” miteinander verbunden sind, so dass die Starterbatterie 31 durch
den Ruhestrom der Bordnetzverbraucher belastet wird.
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In
der 5 ist eine weitere alternative Ausführungsform
dargestellt. Das Kraftfahrzeug-Bordnetz weist dabei ein erstes Relais 37 und
ein zweites Relais 51 auf. Das erste Relais 37 verbindet über
seinen Arbeitskontakt die Starterbatterie 31 über
eine Leitung 48, 49 mit dem E-Anschluss 22 des
Starters. Der Ruhekontakt (in der 5 fett dargestellt)
unterbricht den Stromfluss über das Relais 37.
Die Relaisspule des Relais 37 ist mit dem Magnetschalterkontakt 27 verbunden.
Das Relais 51 ist zwischen der Starter-Batterie 31 und
der Bordnetz-Batterie 41 angeordnet, wobei ein Arbeitskontakt
die beiden Batterien parallel schaltet, wobei das Relais 51 in
Ruhestellung den Stromfluss unterbricht. Die Relaisspule des Relais 51 ist
mit einem Ruhekontakt des Startschalters 4 verbunden, dessen
Arbeitskontakt mit der Magnetschalterspule 7 verbunden
ist.
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Im
Fahrzeugstillstand mit abgeschalteter Zündung liegt eine
Verschaltung, wie in der 5 dargestellt, vor. Der Startvorgang
wird zunächst durch Schließen des Zündschalters 3 eingeleitet. Hierdurch
kann ein Magnetisierungsstrom I1 von der Starter-Batterie 31 über
die Leitung 20, den Zündschalter 3, den
Ruhekontakt des Startschalters 4 über die Leitung 50 als
Relaisspulenstrom I6 zur Relaisspule des Relais 51 fließen.
Dadurch zieht das Relais 51 an, d. h. der Ruhekontakt wird
geöffnet und der Arbeitskontakt geschlossen, wodurch die
Starter-Batterie 31 und die Bordnetz-Batterie 41 parallel geschaltet
werden. Die am Anschluss 25 liegenden Bordnetzverbraucher
werden nun von beiden Batterien 31, 41 mit dem
Strom I4 versorgt, wobei zuvor nur die Bordnetz-Batterie 41 mit
dem Strom I5 die Bordnetzverbraucher versorgt hat. Wird dann der
Startschalter 4 betätigt, so öffnet der
Ruhekontakt des Startschalters 4 und der Strom I6 wird
unterbrochen. Dadurch fällt das Relais 51 ab.
Der Arbeitskontakt des Relais 51 öffnet und der
Ruhekontakt schließt. Dadurch werden die beiden Batterien 31, 41 wieder voneinander
getrennt. Schließt dann der Arbeitskontakt des Startschalters 4,
so fließt der Magnetisierungsstrom I1 über die
Leitungen 14, 46 zur Magnetschalterspule 7.
Als Folge kommt es zu dem bekannten Einspurvorgang, an dessen Ende
der Magnetschalterkontakt 27 schließt. Über
den geschlossenen Magnetschalterkontakt 27 kann dann ein
Teil des Magnetisierungsstromes I1 als Strom I7 über die
Leitung 43, den Magnetschalterkontakt 27 und die
Leitung 44 zur Relaisspule des Relais 37 fließen.
Das Relais 37 zieht an, so dass sich der Ruhekontakt des
Relais 37 öffnet und dessen Arbeitskontakt schließt.
Dann ist die Starter-Batterie 31 mit dem E-Anschluss 22 des Starters 8 verbunden
und der Starterstrom I2 kann fließen. Wird dann der Startschalter 4 nicht
mehr weiter betätigt, weil die Brennkraftmaschine angeworfen ist,
so öffnet der Arbeitskontakt des Startschalters 4. Dadurch
wird der Magnetisierungsstrom I1 unterbrochen und der Magnetschalterkontakt 27 geöffnet.
Als Folge fällt das Relais 37 ab und der Starterstrom
I2 wird unterbrochen. Schließt dann der Ruhekontakt des
Startschalters 4, so fließt wieder der Strom I6
und das Relais 51 zieht an. Der Arbeitskontakt wird geschlossen
und die beiden Batterien 31, 41 parallel geschaltet.
Die Vorteile dieser Schaltung sind, dass wieder die Bordnetz-Batterie 41 und
die Bordnetzverbraucher durch den Starterstrom I2 nicht beeinflusst werden.
Des Weiteren wird die Starter-Batterie 31 bei abgeschalteter
Zündung nicht belastet und der Starterstrom I2 fließt
nicht mehr über den Magnetschalterkontakt 27,
so dass dieser nicht mehr stark belastet wird. Ein weiterer Vorteil
ist, dass auch mehrere Relais 51 zur Bordnetztrennung verschiedener
Bordnetzkreise eingesetzt werden können, wobei dann beispielsweise
durch einen Batteriemanager einzelne oder alle Bordnetzkreise abschaltbar
sind. Hinsichtlich des Wegfalls des Crash-Schalters 2 sowie der
Modifizierung des Magnetschalters 5 kann auf die Ausführungen
zu 4 Bezug genommen werden. Der Magnetisierungsstrom
I1 bzw. I6 kann auch wieder alternativ von der Bordnetz-Batterie 41 geliefert werden,
wobei dann wieder die Leitungen 20, 40 entfallen
und dafür die Leitung 39 (wie in 4 dargestellt)
die Bordnetz-Batterie 41 mit dem Zündschalter 3 verbindet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19842657
A1 [0003]
- - DE 10014243 A1 [0004]