DE102010040520A1

DE102010040520A1 - A method of determining a condition of a starter motor

Info

Publication number: DE102010040520A1
Application number: DE102010040520A
Authority: DE
Inventors: Matthias Cwik; Michael Bayer; Roman Pirsch; Sven Hartmann; Falco Sengebusch
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: SEG Automotive Germany GmbH
Priority date: 2010-09-09
Filing date: 2010-09-09
Publication date: 2012-03-15
Also published as: EP2428673A3; EP2428673B1; EP2428673A2; CN102401860A; CN102401860B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen eines Zustands eines Startermotors (126), der eine Bürsten-Kommutator-Anordnung umfasst, bei dem in mindestens einem Detektionszyklus zu definierten Betriebspunkten (51, 53) an einer Batterie, die den Startermotor mit elektrischer Energie versorgt, jeweils eine Strommessung und eine Spannungsmessung durchgeführt werden und daraus ein Widerstand der Bürsten-Kommutator-Anordnung bestimmt wird.The invention relates to a method for determining a state of a starter motor (126), which comprises a brush commutator arrangement, in which, in at least one detection cycle at defined operating points (51, 53) on a battery that supplies the starter motor with electrical energy, in each case a current measurement and a voltage measurement are carried out and a resistance of the brush commutator arrangement is determined therefrom.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Bestimmen eines Zustands eines Startermotors.The invention relates to a method and an arrangement for determining a condition of a starter motor.

Stand der TechnikState of the art

Zum Anlassen bzw. Starten eines Verbrennungsmotors kommt üblicherweise eine Starteranlage mit einem Gleichstrommotor, der einen Stator und einen Rotor umfasst, zum Einsatz. Die Stromversorgung des Rotors wird dabei über eine Kohlebürsten-Kommutator-Anordnung sichergestellt, bei der Kohlebürsten von einem Bürstenhalter mit einem Federsystem auf Kommutatorlamellen gepresst werden und bei einer Bewegung des Ankers über die Kommutatorlamellen schleifen, wobei zwischen den Kohlebürsten und den Kommutatorlamellen ein Strom fließt.For starting or starting an internal combustion engine is usually a starter system with a DC motor, which includes a stator and a rotor used. The power supply of the rotor is ensured via a carbon brush-commutator arrangement, are pressed in the carbon brushes of a brush holder with a spring system on Kommutatorlamellen and grind during a movement of the armature on the commutator, with a current flowing between the carbon brushes and the commutator.

Über die Lebensdauer eines Startermotors der Starteranlage kommt es zu einem betriebsbedingten Verschleiß der Kohlebürsten und der Kommutatorlamellen. Die Ausbildung einer Patinaschicht auf den Kommutatorlamellen und einer Oxidschicht auf den Kohlebürsten wirkt sich auf den Verschleiß positiv aus. Beide Effekte erhöhen jedoch den Übergangswiderstand zwischen den Kohlebürsten und den Kommutatorlamellen und reduzieren die Leistungsabgabe der Starteranlage.Over the life of a starter motor of the starter system there is an operational wear of the carbon brushes and commutator bars. The formation of a patina layer on the commutator bars and an oxide layer on the carbon brushes has a positive effect on the wear. However, both effects increase the contact resistance between the carbon brushes and the commutator and reduce the power output of the starter system.

Nachfolgend werden beide Effekte nicht getrennt betrachtet, sondern unter dem Begriff Patina, die auch die Oxidschicht umfasst, zusammengefasst. Auch wenn den Kohlebürsten Stoffe zur Schmierung und Reinigung der Oberflächen von Kommutatorlamellen beigemischt werden, kann es applikationsbedingt während des Betriebs zur Ausbildung einer Überpatinierung kommen.In the following, both effects are not considered separately, but summarized under the term patina, which also includes the oxide layer. Even if the carbon brushes substances are added for lubrication and cleaning of the surfaces of commutator, it may be due to the application during operation to form an over-patination.

Die Druckschrift DE 10 2009 045 265 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben einer Gleichstrommaschine, insbesondere eines Starters für eine Brennkraftmaschine, mit einem über Bürsten und einen Kommutator aus einer Gleichspannungsquelle gespeisten Anker. Hier wird eine Patinierung des Kommutators durch Überwachung des maschinenspezifischen Einschaltstroms ermittelt und durch Änderung der Betriebsparameter der Gleichstrommaschine korrigiert. Mit den in dieser Druckschrift beschriebenen Maßnahmen kann eine Überpatinierung reduziert oder eine Unterpatinierung aufgehoben werden.The publication DE 10 2009 045 265 A1 describes a method for operating a DC machine, in particular a starter for an internal combustion engine, with an armature fed via brushes and a commutator from a DC voltage source. Here a patination of the commutator is determined by monitoring the machine-specific inrush current and corrected by changing the operating parameters of the DC machine. With the measures described in this document overpatination can be reduced or a Unterpatinierung be repealed.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren und eine Anordnung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgestellt. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen und der Beschreibung.Against this background, a method and an arrangement with the features of the independent claims are presented. Further embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims and the description.

Mit dem Verfahren ist u. a. eine Detektion eines Grads einer Patinierung und somit bspw. der Nachweis einer Über- oder Unterpatinierung eines Kohlebürsten-Kommutator-Systems bzw. einer Kohlebürsten-Kommutator-Anordnung eines bspw. als Gleichstrommotor ausgebildeten Startermotors möglich. Der Startermotor kann als Teil einer Starteranlage zum Anlassen eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs ausgebildet sein.With the method u. a. a detection of a degree of patination and thus, for example, the detection of an over- or under-patination of a carbon brush-commutator system or a carbon brush-commutator arrangement of, for example, designed as a DC motor starter motor possible. The starter motor may be formed as part of a starter system for starting an internal combustion engine of a motor vehicle.

Das Verfahren ermöglicht bspw. auch während des Fahrzeugbetriebs die Detektion einer Änderung eines Widerstands der Bürsten-Kommutator-Anordnung des Startermotors, die außerhalb üblicher Alterungseffekte durch Über- oder Unterpatinierung hervorgerufen werden kann. Durch Messung eines Widerstands zu unterschiedlichen, typischerweise zwei, Betriebspunkten eines Detektionszyklus kann der Widerstand der Bürsten-Kommutator-Anordnung indirekt ermittelt werden. Durch mehrmaliges Bestimmen von Widerständen zu den Betriebspunkten und durch Differenzbildung der so bestimmten Widerstände kann zumindest ein Orientierungswert für den zu detektierenden Widerstand der Bürsten-Kommutator-Anordnung ermittelt werden. Über die genannte Differenzbildung kann die Widerstandsänderung, d. h. eine Änderung des Widerstands von einem ersten Betriebspunkt zu mindestens einem zweiten Betriebspunkt, bestimmt werden.The method allows, for example, during vehicle operation, the detection of a change in resistance of the brush-commutator arrangement of the starter motor, which can be caused by conventional over-aging or under-patination outside of usual aging effects. By measuring a resistance at different, typically two, operating points of a detection cycle, the resistance of the brush-commutator arrangement can be determined indirectly. By determining resistances several times at the operating points and by subtracting the resistances determined in this way, at least one orientation value can be determined for the resistance of the brush-commutator arrangement to be detected. About the said difference formation, the resistance change, d. H. a change in resistance from a first operating point to at least a second operating point.

In Abhängigkeit eines Werts des ermittelten Widerstands durch Überprüfung der Widerstandsänderung zwischen zumindest zwei verschiedenen Betriebspunkten, kann weiterhin ermittelt werden, ob nun eine Über- oder Unterpatinierung vorliegt. Ergänzend können über einen längeren Zeitraum mehrere Detektionszyklen vorgesehen sein, über die eine Entwicklung des Widerstands beobachtet werden kann. Hierbei ist eine Reihe von Detektionszyklen bei ansonsten unveränderten Betriebsparametern, bspw. der Temperatur des Startermotors, vorzunehmen, wobei für jeden Detektionszyklus für mindestens zwei Betriebspunkte Widerstände ermittelt und mindestens eine Widerstandsänderung bestimmt wird.Depending on a value of the determined resistance by checking the change in resistance between at least two different operating points, it is also possible to determine whether an over- or underpatinating is now present. In addition, several detection cycles can be provided over a longer period, over which a development of the resistance can be observed. Here is a series of detection cycles with otherwise unchanged operating parameters, for example. The temperature of the starter motor to make, where determined for each detection cycle for at least two operating points resistors and at least one change in resistance is determined.

In Ausgestaltung der Erfindung ist eine Detektion der Über- oder Unterpatinierung zwischen Kohlebürsten und Kommutatorlamellen und somit Lamellen des Kommutators während des Fahrzeugbetriebs durch Strom- und Spannungsmessungen an der Batterie, die den Startermotor mit elektrischer Energie versorgt, zu definierten Betriebspunkten vorgesehen. Bei der Batterie kann es sich um eine Batterie des Bordnetzes des Kraftfahrzeugs handeln. Dabei ist zur Bestimmung des Widerstands keine Kenntnis des Batteriezustands notwendig.In an embodiment of the invention, a detection of over- or under-patination between carbon brushes and commutator and thus fins of the commutator during vehicle operation by current and voltage measurements on the battery, which provides the starter motor with electrical energy, provided at defined operating points. The battery may be a battery of the electrical system of the motor vehicle. there it is not necessary to know the battery condition to determine the resistance.

Falls eine Über- oder Unterpatinierung durch das Verfahren festgestellt wird, kann durch geeignete Maßnahmen, d. h. durch Behandlung, typischerweise Reinigung oder zusätzliche Beschichtung, der Kommutatorlamellen und/oder Kohlebürsten eine Reduktion des Leistungsverlusts des Startermotors oder des Starterverschleißes durchgeführt werden. Mit dem Verfahren ist auch eine Überprüfung der Wirksamkeit dieser ergriffenen Maßnahmen möglich.If over-or under-patination is detected by the method, appropriate measures, i. H. by treatment, typically cleaning or additional coating, the commutator bars and / or carbon brushes, a reduction in the power loss of the starter motor or the starter wear are performed. The procedure also makes it possible to check the effectiveness of these measures.

Bei dem Verfahren wird der Übergangswiderstand zwischen den Kohlebürsten und Kommutatorlamellen in der Regel indirekt bestimmt. Dennoch können durch Strom- und Spannungsmessungen zu ausgewählten Betriebspunkten während mindestens eines Detektionszyklus durch Auswertung von Ergebnissen der Detektion Einflüsse aufgrund von induzierten Spannungen, sich ändernden Temperaturen und der Alterung erkannt und minimiert werden.In the method, the contact resistance between the carbon brushes and Kommutatorlamellen is usually determined indirectly. Nevertheless, by measuring current and voltage at selected operating points during at least one detection cycle by evaluating detection results, influences due to induced voltages, changing temperatures, and aging can be detected and minimized.

Die erfindungsgemäße Anordnung ist dazu ausgebildet, sämtliche Schritte des vorgestellten Verfahrens durchzuführen. Dabei können einzelne Schritte dieses Verfahrens auch von einzelnen Komponenten der Anordnung durchgeführt werden. Weiterhin können Funktionen der Anordnung oder Funktionen von einzelnen Komponenten der Anordnung als Schritte des Verfahrens umgesetzt werden. Außerdem ist es möglich, dass Schritte des Verfahrens als Funktionen wenigstens einer Komponente der Anordnung oder der gesamten Anordnung realisiert werden.The arrangement according to the invention is designed to carry out all the steps of the presented method. In this case, individual steps of this method can also be carried out by individual components of the arrangement. Furthermore, functions of the arrangement or functions of individual components of the arrangement can be implemented as steps of the method. In addition, it is possible for steps of the method to be realized as functions of at least one component of the arrangement or of the entire arrangement.

In einer Ausgestaltung der Erfindung erfolgt eine Bestimmung des Widerstands des Startermotors zu definierten Betriebspunkten. Dies kann bspw. bedeuten, dass zu mindestens zwei Betriebspunkten Strom- und Spannungsmessungen vorgenommen werden. Auf Grundlage eines gemessenen Stroms und einer gemessenen Spannung wird für jeden Betriebspunkt der Widerstand ermittelt. Die insgesamt ermittelten Widerstände werden verglichen und daraus wird eine Aussage über den Grad der Patinierung der Bürsten-Kommutator-Anordnung getroffen.In one embodiment of the invention, a determination of the resistance of the starter motor to defined operating points. This may mean, for example, that at least two operating points current and voltage measurements are made. Based on a measured current and a measured voltage, the resistance is determined for each operating point. The total determined resistances are compared and from this a statement about the degree of patination of the brush-commutator arrangement is made.

Über die Messung des Stroms und der Spannung der Batterie bei unterschiedlichen Betriebspunkten kann der Gesamtwiderstand einer Starteranlage bestimmt werden. Der Widerstand der Starteranlage setzt sich üblicherweise aus mehreren Komponenten zusammen. Hierzu zählen ein Leitungswiderstand, Kontaktwiderstände, ein Relaiswiderstand, ein Bürstenwiderstand, ein Widerstand am Übergang zwischen Kohlebürsten und Kommutatorlamellen, ein ohmscher Ankerwiderstand und ein Masseübergangswiderstand.By measuring the current and the voltage of the battery at different operating points, the total resistance of a starter system can be determined. The resistance of the starter system is usually composed of several components. These include a line resistance, contact resistance, a relay resistance, a brush resistance, a resistance at the junction between carbon brushes and commutator bars, an ohmic armature resistance and a ground contact resistance.

Durch Strom- und Spannungsmessungen, die bspw. zu einem ersten Betriebspunkte vor einem Start und zu einem zweiten Betriebspunkt während des Starts erfolgen, kann ein Widerstand der Bürsten-Kommutator-Anordnung von Widerständen anderer Komponenten der Starteranlage getrennt werden. Hierzu wird in Ausgestaltung davon ausgegangen, dass sich die Widerstände der anderen Komponenten zwischen den verschiedenen Betriebspunkten nur geringfügig ändern, wohingegen der Widerstand der Bürsten-Kommutator-Anordnung betriebspunktabhängig ist, was durch unterschiedliche, betriebspunktabhängige Drehzahlen für eine Drehung des Rotors relativ zum Stator des Startermotors bedingt sein kann.By current and voltage measurements, which take place, for example, to a first operating point before a start and to a second operating point during the start, a resistance of the brush-commutator arrangement of resistances of other components of the starter system can be separated. For this purpose, it is assumed in an embodiment that the resistances of the other components change only slightly between the various operating points, whereas the resistance of the brush-commutator arrangement is operating point-dependent, which is due to different operating point-dependent rotational speeds for rotation of the rotor relative to the stator of the starter motor can be conditional.

Um induktive Einflüsse auf die Bestimmung, des Widerstands während des Starts zu vermeiden, kann alternativ oder ergänzend zu einem Betriebspunkt ohne Relativbewegung des Rotors zu dem Stator, d. h. bei Stillstand des Rotors (Drehzahl null), und ggf. bei einem hohen Strom des Startermotors, z. B. bei Erreichen eines Spitzen- bzw. Peakwerts des Stroms, gemessen werden.In order to avoid inductive influences on the determination of the resistance during the start, may alternatively or additionally to an operating point without relative movement of the rotor to the stator, d. H. at standstill of the rotor (speed zero), and possibly at a high current of the starter motor, z. B. upon reaching a peak or peak value of the current to be measured.

Um Temperatureinflüsse zu minimieren, kann die Widerstandbestimmung für Starts des Startermotors bei Detektionszyklen, bei denen dieselbe Temperatur herrscht, z. B. jeweils bei einem kaltem Startermotor, durchgeführt werden.In order to minimize temperature effects, the resistance determination for starter motor starts can be used for detection cycles in which the same temperature prevails, eg. B. in each case with a cold starter motor, performed.

Somit kann eine Widerstandsänderung durch Überpatinierung in der Bürsten-Kommutator-Anordnung abgeschätzt werden, wenn Korrosions- und Alterungseffekte der restlichen Widerstände, die sich durch die anderen Komponenten ergeben, bekannt sind. Die Strom- und Spannungsmessung kann über einen Batteriesensor mit hoher Abtastrate, die kleiner gleich 5 Millisekunden ist, oder über Sensorleitungen innerhalb einer Motorsteuerung des Startermotors vorgenommen werden.Thus, a resistance change can be estimated by over-patinating in the brush-commutator arrangement when corrosion and aging effects of the residual resistances resulting from the other components are known. The current and voltage measurement can be carried out via a battery sensor with a high sampling rate, which is less than or equal to 5 milliseconds, or via sensor lines within a motor control of the starter motor.

Durch Berücksichtigung eines Betriebspunkts, bei dem ein Strommaximum und ein Spannungsminimum vorliegen, kann die Genauigkeit der Widerstandsbestimmung erhöht werden. Ein Zustand der Batterie geht dabei nicht in die Bestimmung des Widerstands ein und muss nicht berücksichtigt werden. Hierzu ist eine hohe Abtastrate kleiner gleich 5 Millisekunden von Strom- und Spannungsmessung für den Fall vorgesehen, dass eine Messung des Stroms sowie der Spannung zu dem genannten Betriebspunkt vorgenommen wird, bei dem für den Strom ein Maximum und für die Spannung ein Minimum vorliegt. Hierzu können Verlaufe des Stroms und der Spannung über ein Zeitintervall beobachtet und der genannte Betriebspunkt bestimmt werden.By taking into account an operating point in which a current maximum and a voltage minimum are present, the accuracy of the resistance determination can be increased. A state of the battery is not involved in the determination of the resistance and must not be considered. For this purpose, a high sampling rate less than or equal to 5 milliseconds of current and voltage measurement is provided in the event that a measurement of the current and the voltage is made to the said operating point, in which there is a maximum for the current and a minimum for the voltage. For this purpose, the course of the current and the voltage over a time interval can be observed and the said operating point can be determined.

Üblicherweise wird der Übergangswiderstand der Bürsten-Kommutator-Anordnung nur in Kombination mit weiteren Widerständen der Starteranlage gemessen und abgeschätzt. Zur Bestimmung des Widerstands werden in weiterer Ausgestaltung Korrosions- und Alterungseffekte auf Widerstände weiterer Komponenten der Starteranlage berücksichtigt.Usually, the contact resistance of the brush-commutator arrangement is only in Combined with other resistors of the starter system measured and estimated. To determine the resistance, corrosion and aging effects on resistances of further components of the starter system are considered in a further embodiment.

Im Ergebnis bietet die Detektion einer Änderung der Patinierung bei mehreren Detektionszyklen durch Nachweis der Widerstandsänderung eine hohe Genauigkeit bei geringem Kostenaufwand, bspw. durch Umsetzung der Detektion ohne Sensorleitung zur Steuerung des Startermotors. Es können jedoch auch andere Maßnahmen vorgesehen sein, die das beschriebene Verfahren ergänzen können.As a result, the detection of a change in the patination at several detection cycles by detecting the change in resistance provides high accuracy at a low cost, for example, by implementing the detection without sensor line for controlling the starter motor. However, other measures may be provided to supplement the described method.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.

Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or alone, without departing from the scope of the present invention.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

1 zeigt in schematischer Darstellung ein Beispiel für eine Bürsten-Kommutator-Anordnung. 1 shows a schematic representation of an example of a brush-commutator arrangement.

2 zeigt Diagramme mit Betriebsparametern, die bei verschiedenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden. 2 shows diagrams with operating parameters that are used in various embodiments of the method according to the invention.

3 zeigt in schematischer Darstellung ein Beispiel für ein erstes Ersatzschaltbild eines ersten Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs, das einen Startermotor aufweist. 3 shows a schematic representation of an example of a first equivalent circuit diagram of a first electrical system of a motor vehicle having a starter motor.

4 zeigt in schematischer Darstellung ein Beispiel für ein zweites Ersatzschaltbild einer Starteranlage mit einem Startermotor. 4 shows a schematic representation of an example of a second equivalent circuit diagram of a starter system with a starter motor.

5 zeigt in schematischer Darstellung Ersatzschaltbilder eines zweiten Bordnetzes und Details der Diagramme aus 2 mit Betriebsparametern, die bei einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden. 5 shows a schematic representation equivalent circuit diagrams of a second electrical system and details of the diagrams 2 with operating parameters that are used in a first embodiment of the method according to the invention.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.The invention is schematically illustrated by means of embodiments in the drawings and will be described in detail below with reference to the drawings.

Die Figuren werden zusammenhängend und übergreifend beschrieben, gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Komponenten oder Betriebsparameter.The figures are described coherently and comprehensively, the same reference numerals denote the same components or operating parameters.

Das in 1 schematisch dargestellte Beispiel für eine Bürsten-Kommutator-Anordnung 1 eines Startermotors umfasst mehrere Bürsten, wobei es sich um Kohlebürsten 3 handelt, von denen in 1 nur eine gezeigt ist, sowie Kommutatorlamellen 7 eines Kommutators 5.This in 1 schematically illustrated example of a brush-commutator arrangement 1 a starter motor includes a plurality of brushes, which are carbon brushes 3 of which in 1 only one is shown, as well as commutator bars 7 a commutator 5 ,

Die Kohlebürsten 3 des Startermotors setzen sich allgemein aus Graphit und Kupfer zusammen, wobei Schmiermittel und Reinigungsmittel beigemengt sein können. Während des Betriebs des Startermotors in einem Kraftfahrzeug kommt es durch Abrieb an den Kohlebürsten 3 und durch elektrochemische Vorgänge zur Ausbildung einer Patinaschicht 9 auf den Kommutatorlamellen 7 und/oder einer isolierenden Schicht auf den Oberflächen der Kohlebürsten 3. Beide Effekte erhöhen den Übergangswiderstand zwischen den Kohlebürsten 3 und den Kommutatorlamellen 7, reduzieren aber den Verschleiß der Kommutatorlamellen 7 und Kohlebürsten 3. Eine gewisse Patinierung ist für den verschleißarmen Betrieb notwendig. Zu vermeiden ist jedoch eine Überpatinierung, da diese einen erhöhten Leistungsverlust des Startermotors verursachen kann.The carbon brushes 3 The starter motor is generally composed of graphite and copper, with lubricants and cleaning agents may be added. During operation of the starter motor in a motor vehicle, abrasion of the carbon brushes occurs 3 and by electrochemical processes to form a patina layer 9 on the commutator blades 7 and / or an insulating layer on the surfaces of the carbon brushes 3 , Both effects increase the contact resistance between the carbon brushes 3 and the commutator bars 7 , but reduce the wear of the commutator bars 7 and carbon brushes 3 , A certain patination is necessary for the low-wear operation. However, overpatinating is to be avoided since this can cause an increased power loss of the starter motor.

Mögliche chemische Vorgänge, die sich zwischen den Kohlebürsten 3 und den Kommutatorlamellen 7 bei einer Relativbewegung der Kohlebürsten 3 zu den Kommutatorlamellen 7 ergeben, sind ein Transport von Cu²⁺-Ionen 11 aus den Kohlebürsten 3 über ein elektrisches Feld, eine Oxidation 13 von Kupfer durch Luftfeuchte zu Cu₂O an der Oberfläche der Kohlebürste 3, eine metallische Kanalbildung durch eine Oxidschicht 15 (Frittung) in Folge eines Durchschlags sowie eine elektrochemische Oxidation und Reduktion durch Luftfeuchte (H₂O → H⁺ + OH^–) mit anschließendem Ionentransport 17 im elektrischen Feld zwischen den Kohlebürsten 3 und Kommutatorlamellen 7.Possible chemical processes that occur between the carbon brushes 3 and the commutator bars 7 during a relative movement of the carbon brushes 3 to the commutator bars 7 are a transport of Cu ²⁺ ions 11 from the carbon brushes 3 via an electric field, an oxidation 13 from copper by air humidity to Cu ₂ O at the surface of the carbon brush 3 , a metallic channel formation through an oxide layer 15 (Frittung) as a result of a breakdown and an electrochemical oxidation and reduction by atmospheric moisture (H ₂ O → H ⁺ + OH ^- ) followed by ion transport 17 in the electric field between the carbon brushes 3 and commutator bars 7 ,

Diese chemischen Vorgänge verändern den Übergangswiderstand der Bürsten-Kommutator-Anordnung 1 und deren Temperaturabhängigkeit auf unterschiedliche Art und Weise. Aufgrund der Komplexität der Vorgänge ist vorgesehen, die relevanten Beiträge applikationsspezifisch zu analysieren. Hierzu ist zu prüfen, ob die Ausbildung der Patinierung durch Variation der Zusammensetzung der Kohlebürsten 3 verändert oder ob sie während des Betriebs des Startermotors durch geeignete Maßnahmen reduziert werden kann. So ist es denkbar, die Patinierung inklusive der Oxidschicht auf der Oberfläche der Kohlebürsten 3 zu beeinflussen. Falls bei einem nachfolgend vorgestellten Verfahren eine Überpatinierung festgestellt wird, kann der Rotor des Startermotors bei hohen Drehzahlen ohne Last gedreht werden, wodurch für die Bürsten-Kommutator-Anordnung 1 ein Reinigungseffekt erzielt wird. Im Folgenden wird mit Patinierung sowohl der Materialfilm, d. h. die Patinaschicht 9 auf den Kommutatorlamellen 7, als auch die Oxidschicht auf der Oberfläche der Kohlebürsten 3 bezeichnet.These chemical processes change the contact resistance of the brush-commutator arrangement 1 and their temperature dependence in different ways. Due to the complexity of the processes, it is intended to analyze the relevant contributions in an application-specific manner. For this purpose, it should be checked whether the formation of the patination by varying the composition of carbon brushes 3 changed or whether it can be reduced during operation of the starter motor by appropriate measures. So it is conceivable, the patination including the oxide layer on the surface of the carbon brushes 3 to influence. If an overpatinating is detected in a subsequently presented method, the rotor of the starter motor can be rotated at high speeds without load, whereby for the brush-commutator arrangement 1 a cleaning effect is achieved. In the following, with patination, both the material film, ie the patina layer 9 on the commutator blades 7 , as well as the oxide layer on the surface of the carbon brushes 3 designated.

In 2 sind drei Diagramme 21, 23, 25 mit Betriebsparametern eines Startermotors dargestellt, die sich bei dessen Betrieb ergeben und bei verschiedenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden. Dabei ist in allen Diagrammen 21, 23, 25 entlang einer Abszisse 27 die Zeit aufgetragen. Entlang einer Ordinate 29 des ersten Diagramms 21 ist eine Stromstärke I_Bat(t) einer Batterie, die den Startermotor mit elektrischer Energie versorgt, in der Einheit Ampere aufgetragen. Weiterhin zeigt das erste Diagramm 21 eine Kurve 31 für den Strom, der durch die Batterie fließt. Entlang einer Ordinate 33 des zweiten Diagramms 23 ist eine Spannung U_Bat(t), die an der Batterie anliegt, aufgetragen. Weiterhin zeigt das zweite Diagramm 23 eine erste Kurve 35 sowie ein zweite Kurve 37 für einen Verlauf der Spannung an der Batterie.In 2 are three diagrams 21 . 23 . 25 illustrated with operating parameters of a starter motor, resulting in its operation and are used in various embodiments of the method according to the invention. It is in all diagrams 21 . 23 . 25 along an abscissa 27 the time is applied. Along an ordinate 29 of the first diagram 21 is a current I _Bat (t) of a battery that supplies the starter motor with electrical energy, plotted in units of amperes. Furthermore, the first diagram shows 21 a curve 31 for the current flowing through the battery. Along an ordinate 33 of the second diagram 23 is a voltage U _Bat (t), which is applied to the battery applied. Further shows the second diagram 23 a first turn 35 as well as a second curve 37 for a waveform of the voltage on the battery.

Entlang einer Ordinate 39 des dritten Diagramms 25 ist ein Drehzahl n(t) für ein Hochlaufverhalten eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs, der mit dem Startermotor angelassen wird, aufgetragen. In dem dritten Diagramm 25 ist weiterhin eine Kurve 41. für das Hochlaufverhalten dargestellt. Weiterhin sind für alle drei Diagramme 21, 23, 25 ein erster Zeitpunkt 43, bei dem eine Zündung erfolgt, ein zweiter Zeitpunkt 45 vor dem Start des Startermotors, bei dem der Startermotor bestromt wird, ein dritter Zeitpunkt 47, bei dem der Startermotor startet und durch den Startermotor ein maximaler Strom fließt, sowie ein vierter Zeitpunkt 49, bei dem ein Abwurf des Startermotors erfolgt, angedeutet.Along an ordinate 39 of the third diagram 25 is a speed n (t) for a run-up behavior of an internal combustion engine of a motor vehicle, which is started with the starter motor, applied. In the third diagram 25 is still a curve 41 , for the startup behavior. Furthermore, for all three diagrams 21 . 23 . 25 a first time 43 in which an ignition takes place, a second time 45 before the start of the starter motor, in which the starter motor is energized, a third time 47 , in which the starter motor starts and a maximum current flows through the starter motor, and a fourth time 49 , in which a dropping of the starter motor takes place, indicated.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Detektion der Patinierung einer Bürsten-Kommutator-Anordnung des Startermotors können verschiedene Ausführungsformen vorgesehen sein. Bei einer ersten Ausführungsform erfolgt eine Messung einer Änderung eines Widerstands der Batterie auf Grundlage einer Messung des Stroms und einer Messung der Spannung zu definierten Betriebspunkten 51, 53, hier zu einem ersten Betriebspunkt 51 und zu einem zweiten Betriebspunkt 53. Bei dem ersten Betriebspunkt 51 erreicht die Stromstärke der Batterie einen Wert 54 von 50 A (Kurve 31) und die Spannung einen Wert 56 von 12 V (Kurve 35). Details zu der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden anhand der Diagramme und Schaltbilder aus 5 beschrieben.Various embodiments may be provided for carrying out the method according to the invention for detecting the patination of a brush-commutator arrangement of the starter motor. In a first embodiment, a measurement of a change in a resistance of the battery takes place on the basis of a measurement of the current and a measurement of the voltage to defined operating points 51 . 53 , here to a first operating point 51 and to a second operating point 53 , At the first operating point 51 the current of the battery reaches a value 54 of 50 A (curve 31 ) and the voltage has a value 56 of 12 V (curve 35 ). Details of the first embodiment of the method according to the invention will become apparent from the diagrams and circuit diagrams 5 described.

Bei einer zweiten Ausführungsform erfolgt eine Messung eines Spannungseinbruchs ΔU_SP 55. Bei einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Änderung der Spannung ΔU₄₅ 57 an Klemme 45 des Startermotors bei einem sogenannten Abwurf des Startermotors vorgenommen. Bei einer vierten Ausführungsform erfolgt eine Detektion eines Leistungsverlustes, der sich durch eine Überpatinierung ergibt. Dieser Leistungsverlust wird durch Messung des Hochlaufverhaltens (Kurve 41) des Verbrennungsmotors während eines Startvorgangs ermittelt. Die zweite, dritte und/oder vierte Ausführungsform kann die erste Ausführungsform des Verfahrens ergänzen.In a second embodiment, a measurement of a voltage drop ΔU _{SP takes place} 55 , In a third embodiment of the method according to the invention, a change in the voltage ΔU ₄₅ 57 at terminal 45 the starter motor made in a so-called dropping the starter motor. In a fourth embodiment, detection of power loss resulting from overpatinination occurs. This power loss is measured by measuring the run-up behavior (curve 41 ) of the internal combustion engine during a startup determined. The second, third and / or fourth embodiment may supplement the first embodiment of the method.

Das in 3 schematisch dargestellte Ersatzschaltbild für ein Bordnetz 71 eines Kraftfahrzeugs zeigt eine als Batterie ausgebildete Spannungsquelle 73 U₀, einen Batteriewiderstand 75 R_B sowie einen zweiten Widerstand 77 R_V für weitere Verbraucher, durch die ein Strom 79 I_V fließt. Durch einen dritten Widerstand 81 R₃₀, d. h. dem Zuleitungswiderstand zur Klemme 30 des Startermotors, fließt ein Strom 83 I₃₀, durch einen vierten Widerstand 85 R₅₀, hier ein Widerstand des Starterrelais mit Einzugs- und Haltewicklung, fließt ein Strom 87 I₅₀. Außerdem zeigt das Ersatzschaltbild als einen fünften Widerstand 89 R₃₁ den Widerstand der Masseleitung. An einem Startermotor 91 liegt eine induzierte Spannung 93 U_I. Weiterhin sind in dem Ersatzschaltbild eine Spannung 95 U₃₀ sowie eine Abwurfspannung 97 U₄₅ des Startermotors 91 gezeigt. Das Ersatzschaltbild zeigt zudem die Haltewicklung (HW) 99 sowie die Einzugswicklung (EW) 101.This in 3 schematically illustrated equivalent circuit diagram for a vehicle electrical system 71 of a motor vehicle shows a trained as a battery voltage source 73 U ₀ , a battery resistance 75 R _B and a second resistor 77 R _V for more consumers, through which a stream 79 I _{V is} flowing. Through a third resistor 81 R ₃₀ , ie the supply line resistance to the terminal 30 of the starter motor, a current flows 83 I ₃₀ , through a fourth resistance 85 R ₅₀ , here a resistor of the starter relay with retraction and holding winding, a current flows 87 I ₅₀ . In addition, the equivalent circuit shows as a fifth resistor 89 R _{31 is} the resistance of the ground line. On a starter motor 91 is an induced voltage 93 U _I. Furthermore, in the equivalent circuit, a voltage 95 U ₃₀ and a discharge voltage 97 U _{45 of} the starter motor 91 shown. The equivalent circuit diagram also shows the holding winding (HW) 99 as well as the intake winding (EW) 101 ,

In dem Ersatzschaltbild einer Starteranlage 103 aus 4 sind neben dem Startermotor 91 und dem fünften Widerstand 89 R₃₁, der Abwurfspannung 97 U₄₅ sowie der Spannung 93 U_I des Startermotors ein Leitungswiderstand 105, ein Bürstenwiderstand 107, ein Widerstand 109 für einen Übergang zwischen den Kohlebürsten 3 und den Kommutatorlamellen 7 und somit der Widerstand der Bürste-Kommutator-Anordnung 1, ein Ankerwiderstand 111 sowie eine Induktivität 113 der Ankerspule schematisch dargestellt.In the equivalent circuit diagram of a starter system 103 out 4 are next to the starter motor 91 and the fifth resistor 89 R ₃₁ , the discharge voltage 97 U ₄₅ and the voltage 93 U _{I of} the starter motor a line resistance 105 , a brush resistance 107 , a resistance 109 for a transition between the carbon brushes 3 and the commutator bars 7 and thus the resistance of the brush-commutator arrangement 1 , an anchor resistance 111 as well as an inductance 113 the armature coil shown schematically.

In 5 sind nochmals die beiden Diagramme 21, 23 aus 2 mit den Kurven 31, 35 abgebildet. Außerdem zeigt 5 in schematischer Darstellung ein Ersatzschaltbild eines zweiten Bordnetzes 121 sowie einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung 123. Von dem Bordnetz 121 sind, wie bereits anhand der 3 und 4 angedeutet, die Spannungsquelle 73 U₀ sowie deren Widerstand 75 R_B, der Widerstand 77 R_V der weiteren Verbraucher, ein Starterwiderstand 125 R_St eines Startermotors 126 sowie ein Leitungswiderstand 105 R_L des Startermotors 126 gezeigt. Dabei umfasst der Starterwiderstand 125 R_St den Bürstenwiderstand 107, den Widerstand 109 für den Übergang zwischen den Kohlebürsten und den Kommutatorlamellen, den Ankerwiderstand 111 sowie die Induktivität 113 L_Anker der Ankerspule, wie bereits anhand von 4 angedeutet ist.In 5 are again the two diagrams 21 . 23 out 2 with the curves 31 . 35 displayed. Also shows 5 in schematic representation an equivalent circuit diagram of a second electrical system 121 as well as an embodiment of an arrangement according to the invention 123 , From the electrical system 121 are, as already based on the 3 and 4 indicated, the voltage source 73 U ₀ and their resistance 75 R _B , the resistance 77 R _{V of} the other consumers, a starter resistor 125 R _{St of} a starter motor 126 as well as a line resistance 105 R _{L of} the starter motor 126 shown. The starter resistor comprises 125 R _{St is} the brush resistance 107 , the resistance 109 for the transition between the carbon brushes and the commutator bars, the armature resistance 111 as well as the inductance 113 L _{armature of} the armature coil, as already based on 4 is indicated.

Als Komponenten der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung 123 sind in 5 ein Strommessgerät 127, ein Spannungsmessgerät 129 als Messgeräte sowie ein Auswertemodul 131 dargestellt. Hierbei können das Strommessgerät 127 und das Spannungsmessgerät 129 als Komponenten eines sogenannten Batteriesensors ausgebildet sein. Ein in 5 weiterhin dargestelltes erstes Teilersatzschaltbild 133 des Bordnetzes 121 zeigt jene Komponenten, die bei dem ersten Betriebspunkt 51 berücksichtigt werden. Ein zweites Teilersatzschaltbild 135 zeigt jene Komponenten, die bei dem zweiten Betriebspunkt 53 berücksichtigt werden.As components of the embodiment of the inventive arrangement 123 are in 5 an electricity meter 127 , a voltmeter 129 as measuring devices as well as an evaluation module 131 shown. This can be the ammeter 127 and the voltmeter 129 be designed as components of a so-called battery sensor. An in 5 furthermore shown first partial equivalent circuit diagram 133 of the electrical system 121 shows those components that at the first operating point 51 be taken into account. A second partial equivalent circuit diagram 135 shows those components that at the second operating point 53 be taken into account.

Der Widerstand 77 R_v der weiteren Verbraucher wird vor dem Start des Startermotors über eine Strom- und Spannungsmessung des maximalen Verbraucherstroms der weiteren Verbraucher bestimmt. Dies gilt z. B. zum Zeitpunkt mit maximalem Glühstrom für Dieselfahrzeuge. Es folgt für den ersten Betriebspunkt 51:

The resistance 77 R _{v of} the other consumers is determined before the start of the starter motor via a current and voltage measurement of the maximum load current of other consumers. This applies z. B. at the time of maximum glow current for diesel vehicles. It follows for the first operating point 51 :

Bei der ersten Ausführungsform des Verfahrens ergibt sich, dass der Batteriezustand nicht in die Berechnung des Verbraucherwiderstands eingeht.In the first embodiment of the method it follows that the battery state is not included in the calculation of the load resistance.

Der Gesamtwiderstand R_ges umfasst den Widerstand 77 R_v der weiteren Verbraucher, den Leistungswiderstand 105 R_L und den Starterwiderstand 125 R_St des Startermotors 126. Dieser Gesamtwiderstand R_ges aller Verbraucher wird über die Strom- und Spannungsmessung zu einem Zeitpunkt, bei dem ein maximaler Strom fließt, während des Starts des Startermotors und somit zum zweiten Betriebspunkt 53 berechnet.The total resistance R _ges includes the resistance 77 R _v the other consumer, the power resistance 105 R _L and the starter resistor 125 R _{St of} the starter motor 126 , This total resistance R _{tot of} all consumers is determined by the current and voltage measurement at a time at which a maximum current flows during the start of the starter motor and thus to the second operating point 53 calculated.

Hierbei ist die Winkelgeschwindigkeit des Rotors bzw. Ankers des Startermotors 126 und die Stromänderung von I₃₀ nahe Null, womit Induktionseffekte vernachlässigt werden können. Der Starterwiderstand R_St setzt sich aus mehreren Komponenten zusammen. Hierzu zählen Kontaktwiderstände, ein Relaiswiderstand, ein Bürstenwiderstand, ein Widerstand am Übergang zwischen den Kohlebürsten und Kommutatorlamellen, ein ohmscher Ankerwiderstand und ein Widerstand des Masseübergangs: R_St = R_Kontakte + R_Bürsten + R_Übergang + R_Anker + R_{Masseübergang} Here, the angular velocity of the rotor or armature of the starter motor 126 and the current change of I ₃₀ close to zero, which neglects induction effects. The starter resistor R _St is composed of several components. These include contact resistances, a relay resistor, a brush resistor, a resistor at the junction between the carbon brushes and commutator bars, an ohmic armature resistance, and a resistance of the ground junction: R _St = R _contacts + R _brushes + R _transition + R _anchor + R _{ground transition}

Zum Zeitpunkt des maximal fließenden Stroms I₅₀ << I₃₀, wird der Relaisstrom vernachlässigt. Die aufgeführten Widerstände sind temperaturabhängig. Der spezifische Widerstand von Metallen ändert sich im allgemeinen temperaturabhängig über: ρ_s(T) ≈ ρ₀(1 + αT) At the time of maximum flowing current I ₅₀ << I ₃₀ , the relay current is neglected. The listed resistors are temperature dependent. The specific resistance of metals generally changes as a function of temperature via: ρ _s (T) ≈ ρ ₀ (1 + αT)

Die Temperaturabhängigkeit des Übergangswiderstands zwischen den Kohlebürsten und Kommutatorlamelle kann sich durch Patinierung und der damit verbundenen Defektelektronenleitung deutlich von der eines Metalls unterscheiden und wie bei einem Halbleiter sein. Zur Vermeidung von Temperatureinflüssen ist eine Widerstandsmessung bei festgelegter Temperatur vorzusehen, z. B. jeweils bei einem Erststart bei kaltem Verbrennungsmotor, wobei bei jedem Erststart ein Detektionszyklus vorgenommen wird. Um den Einfluss der Über- oder Unterpatinierung zu detektieren, werden Widerstandsmessungen verglichen und übliche Alterungseffekte an Kontakten, Bürstenwiderstand und Masseübergang berücksichtigt. Die Strom- und Spannungsmessungen können z. B. durch eine zeitlich hoch aufgelöste Messung eines Batteriesensors oder über zusätzliche Sensorleitungen innerhalb einer Motorsteuerung des Verbrennungsmotors durchgeführt werden.The temperature dependence of the contact resistance between the carbon brushes and the commutator lamella can be clearly differentiated from that of a metal by patination and the defect electron conduction associated therewith, and can be like that of a semiconductor. To avoid temperature influences, a resistance measurement at a specified temperature must be provided, eg. B. each at a first start with a cold engine, wherein a detection cycle is made at each first start. In order to detect the influence of over- or under-patination, resistance measurements are compared and usual aging effects on contacts, brush resistance and ground transition are taken into account. The current and voltage measurements can z. B. be performed by a high-temporal resolution measurement of a battery sensor or via additional sensor lines within an engine control of the engine.

Mit der gezeigten Anordnung 123 wird in mindestens einem Detektionszyklus zu definierten Betriebspunkten 51, 53 an einer Spannungsquelle 73, die den Startermotor 126 speist, eine Strommessung und Spannungsmessung durchgeführt und es werden Widerstände zu den unterschiedlichen Betriebspunkten 51, 53 berechnet. Die so ermittelten Widerstände werden verglichen, wobei sich der zu bestimmende Widerstand der Bürsten-Kommutator-Anordnung aus der Differenz des Widerstands sämtlicher Verbraucher, d. h. des Startermotors 126 bei sich drehendem Anker sowie der anderen, weiteren Verbraucher, wie er im zweiten Betriebspunkt 53 ermittelt wird, und des Widerstands der weiteren Verbraucher, der im ersten Betriebspunkt 51 bei stillstehendem Anker des Startermotors 126 ermittelt wird, ergibt.With the arrangement shown 123 becomes defined operating points in at least one detection cycle 51 . 53 at a voltage source 73 that the starter motor 126 feeds, a current measurement and voltage measurement are performed and it will resist to the different operating points 51 . 53 calculated. The thus determined resistances are compared, wherein the resistance of the brush-commutator arrangement to be determined from the difference of the resistance of all consumers, ie the starter motor 126 when the armature is rotating and the other, other consumers, as in the second operating point 53 is determined, and the resistance of the other consumer, the first operating point 51 with the armature of the starter motor stationary 126 is determined results.

Die Patinierung ändert den Übergangswiderstand der Bürsten-Kommutator-Anordnung und reduziert die Leistung des Startermotors. Ein Grad der Patinierung kann also indirekt über eine Abschätzung des Widerstands und ergänzend über die Analyse der Leistungsreduktion nachgewiesen werden.The patination changes the contact resistance of the brush-commutator assembly and reduces the power of the starter motor. A degree of patination can thus be detected indirectly via an estimate of the resistance and additionally via the analysis of the power reduction.

Bei einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann eine Messung des Spannungseinbruchs 55 ΔU_Sp während des Starts des Startermotors und/oder durch eine Analyse des Spannungsverlaufs vorgenommen werden. Hierzu wird auf das zweite Diagramm 23 aus 2 verwiesen. Sowohl die Veränderung des maximalen Spannungseinbruchs 55 ΔU_Sp als auch die Veränderung des Spannungsverlaufs über den Start hinweg geben weitere Informationen über die Änderung der Patinierung. Zum Zeitpunkt des maximalen Spannungseinbruchs 55 ΔU_Sp liegt nur eine geringe Bewegung des Rotors des Startermotors vor, wodurch der Spannungseinbruch 55 ΔU_Sp rein bordnetzabhängig ist. Der Spannungsverlauf (Kurven 35, 37 aus 2) ist sowohl bordnetz- als auch verbrennungsmotorabhängig. Verschiedene Spannungsverlaufe können z. B. über die Berechnung von Hüllkurven miteinander verglichen werden. Hierzu ist nur eine geringe Anzahl an Messgrößen zu berücksichtigen. Die Messung ist bspw. durch eine zusätzliche Sensorleitung innerhalb der Motorsteuerung implementierbar. Hierbei werden ein Bordnetzzustand zur Abschätzung des Spannungseinbruchs 55 ΔU_Sp sowie eine Variation von Reibung, Kompression und Schleppmoment des Verbrennungsmotors für die Analyse des Spannungsverlaufs berücksichtigt.In a second embodiment of the method according to the invention, a measurement of the voltage drop 55 .DELTA.U _{Sp are made} during the start of the starter motor and / or by an analysis of the voltage curve. This is done on the second diagram 23 out 2 directed. Both the change of the maximum voltage dip 55 ΔU _Sp as well as the change of the voltage curve over the start give further information about the change of the patination. At the time of the maximum voltage dip 55 ΔU _{Sp there} is only a slight movement of the rotor of the starter motor, whereby the voltage dip 55 ΔU _{Sp is} purely on-board network dependent. The voltage curve (curves 35 . 37 out 2 ) is dependent on both on-board and internal combustion engine. Different voltage curves can z. B. over the calculation of envelopes are compared. For this purpose, only a small number of measured variables must be taken into account. The measurement can be implemented, for example, by an additional sensor line within the engine control. This will be a vehicle electrical system state to estimate the voltage drop 55 ΔU _Sp and a variation of friction, compression and drag torque of the internal combustion engine considered for the analysis of the voltage curve.

Es ist bei dieser ergänzenden Ausführungsform des Verfahrens auch möglich, eine Analyse eines Verlaufs des Spannungseinbruchs 55 ΔU_Sp bei einem Vorandrehen des Rotors ohne Startereingriff vorzunehmen. Ein möglicher Nachteil des Einflusses des Verbrennungsmotors auf den Verlauf des Spannungseinbruchs wird durch ein Vorandrehen ohne Startereingriff vermieden. Dies ist u. a. für Startermotoren geeignet, die eine getrennte Ansteuerung für ein Ritzeleinspuren und ein Starterandrehen aufweisen. Hierzu ist eine Kenntnis des Bordnetzzustands zur Abschätzung eines Spannungseinbruchs sowie eine Leistungsbelastung der Motorsteuerung durch Abschaltströme über eine Sensorleitung zu berücksichtigen. Eine Schaltung eines Ritzeleinzugs und ein Hauptstrom werden im Vergleich zu üblichen Startermotoren unabhängig angesteuert.It is also possible in this supplementary embodiment of the method, an analysis of a course of the voltage dip 55 ΔU _Sp at a forward rotation of the rotor without starting intervention. A possible disadvantage of the influence of the internal combustion engine on the course of the voltage dip is avoided by a forward turning without starter intervention. This is suitable, inter alia, for starter motors, which have a separate drive for a pinion Einlern and a starter turning. For this purpose, a knowledge of the electrical system status for estimating a voltage dip and a power load of the motor control by Abschaltströme be taken into account via a sensor line. A circuit of a pinion and a main current are controlled independently compared to conventional starter motors.

Bei einer dritten Ausführungsform erfolgt die Messung der Spannungsdifferenz 57 ΔU₄₅ der Abwurfspannung kurz vor und kurz nach dem Abwurf des Startermotors am Ende des Startvorgangs, wodurch eine Abschätzung des Spannungsabfalls zwischen den Kohlebürsten und den Kommutatorlamellen getroffen werden kann. Hierbei gilt: U₄₅ – U_Leitung – U_Bürste – U_Übergang – U_Anker,Ω – U_Anker,L – U_ind – U₃₁ = 0 U₄₅ = I₃₀(R_Leitung + R_Bürste + R_Übergang + R_Anker,Ω + R₃₁) + ... + I₅₀R₃₁ + L_Anker dI₃₀ / dt +kΦω In a third embodiment, the measurement of the voltage difference takes place 57 ΔU _{45 of} the discharge voltage shortly before and shortly after the launch of the starter motor at the end of the starting process, whereby an estimate of the voltage drop between the carbon brushes and the commutator bars can be made. Where: U ₄₅ - U _line - U _brush - U _junction - U _{anchor, Ω} - U _{anchor, L} - U _ind - U ₃₁ = 0 U ₄₅ = I ₃₀ (R _line + R _brush + R _junction + R _{anchor, Ω} + R ₃₁ ) + ... + I ₅₀ R ₃₁ + L _anchor dI₃₀ / dt + kΦω

Dabei ist L_Anker eine Induktivität des Ankers des Startermotors, Φ ein magnetischer Fluss durch den Anker und ω eine Winkelgeschwindigkeit des Ankers.Here L _{anchor is} an inductance of the armature of the starter motor, Φ a magnetic flux through the armature and ω an angular velocity of the armature.

Bezüglich der hierzu berücksichtigenden Betriebsparameter und Komponenten wird auf die 2 bis 4 verwiesen.With regard to the operating parameters and components which are to be taken into account, reference is made to 2 to 4 directed.

Nach Öffnen eines Kontakts wird durch die Bewegung des Ankers im Magnetfeld der Dauermagneten am Polgehäuse des Startermotors eine Spannung und somit ein Strom I₃₀ induziert. Die Stromrichtung hat sich im Vergleich zu I₃₀ bei geschlossenem Kontakt umgekehrt: U'₄₅ – U'_Leitung – U'_Bürste – U'_Übergang – U'_Anker,Ω – U'_Anker,L – U'_ind – U'₃₁ = 0 U'₄₅ = I'₃₀ (R_Leitung + R_Bürste + R_Übergang + _ R_Anker,Ω + R₃₁) + ... ... – L_Anker dI'₃₀ / dt + kΦ'ω' After opening a contact, a voltage and thus a current I _{30 is} induced by the movement of the armature in the magnetic field of the permanent magnet on the pole housing of the starter motor. The current direction has reversed compared to I ₃₀ with contact closed: U _'45 - U' _line - U ' _brush - U' _junction - U ' _{armature, Ω} - U' _{armature, L} - U ' _ind - U' ₃₁ = 0 U _'45 = I' ₃₀ (R _line + R _brush + R _transition + _ R _{anchor, Ω} + R ₃₁ ) + ... ... - L _anchor dI'₃₀ / dt + kΦ'ω '

Aus der gemessenen Spannungsdifferenz ΔU₄₅ ergibt sich: U₄₅ = (R_Leitung + R_Bürste + R_Übergang + R_Anker,Ω + R₃₁)(I₃₀ + I'₃₀) + ... ... + L_Anker ( dI₃₀ / dt + dI'₃₀ / dt) + k(Φω + Φ'ω') + I₅₀R₃₁ From the measured voltage difference .DELTA.U ₄₅ results: U ₄₅ = (R _line + R _brush + R _transition + R _{anchor, Ω} + R ₃₁ ) (I ₃₀ + I _'30 ) + ... ... + L _anchor (dI₃₀ / dt + dI'₃₀ / dt) + k (Φω + Φ'ω ') + I ₅₀ R ₃₁

Dabei gilt: I'₃₀ << I₃₀, dI₃₀/dt ~ 0 am Ende des Startvorgangs, mit Φ' << Φ und I₅₀ << I₃₀ vereinfacht sich obige Gleichung zu: U₄₅ = I₃₀(R_Leitung + R_Bürste + R_Übergang + R_Anker,Ω + R₃₁) + kΦω + ... ... + L_Anker dI'₃₀ / dt In this case: I _'30 << I ₃₀ , dI ₃₀ / dt ~ 0 at the end of the starting process, with Φ'<< Φ and I ₅₀ << I _{30 the} above equation is simplified to: U ₄₅ = I ₃₀ (R _line + R _brush + R _transition + R _{anchor, Ω} + R ₃₁ ) + kΦω + ... ... + L _anchor dI'₃₀ / dt

Bei konstanten Abstellbedingungen kann über die Änderung der Spannungsdifferenz ΔU₄₅ eine Änderung des Widerstands R_Übergang der Bürsten-Kommutator-Anforderung ermittelt werden. Zur Abschätzung des magnetischen Flusses sind konstante Abstellbedingungen und der Strom I₃₀ zu berücksichtigen. Die Messung ist vom Bordnetzzustand abhängig.At constant Abstellbedingungen can be determined by changing the voltage difference .DELTA.U _45, a change in the resistance R _{transition of} the brush-commutator request. To estimate the magnetic flux constant storage conditions and the current I ₃₀ must be considered. The measurement depends on the electrical system status.

Bei Durchführung einer vierten Ausführungsform des Verfahrens wird ein Starterhochlauf über eine Drehzahl n(t) im Eingriff analysiert (Kurve 41 aus 2). Innerhalb der Motorsteuerung kann somit eine hoch aufgelöste Messung des Hochlaufverhaltens auf die Drehzahl n(t) während des Starts Informationen zur Leistungsreduzierung durch Überpatinierung liefern. Weiterhin kann über eine Hüllkurve das Hochlaufverhalten verschiedener Startvorgänge bei gleichen Temperaturen verglichen werden. Hierfür werden keine zusätzlichen Messgrößen außer der Information über die Drehzahl n(t) benötigt. Durch einen Batteriesensor kann auch der Einfluss des Bordnetzzustands abgeschätzt werden. Dabei können Ungenauigkeiten durch den Einfluss des Verbrennungsmotors im Startereingriff, Alterungseffekte, Reibungsänderung, Kompressionsänderung und eine Variation des Schleppmoments, die das Hochlaufverhalten verändern können, berücksichtigt werden.In carrying out a fourth embodiment of the method, a starter run-up over a rotational speed n (t) is analyzed in engagement (curve 41 out 2 ). Thus, within the engine control, a high-resolution measurement of the run-up behavior to the rotational speed n (t) during startup can provide information on derating by over-pating. Furthermore, the startup behavior of different starting processes at the same temperatures can be compared via an envelope. For this purpose, no additional measured variables except the information about the rotational speed n (t) are required. By a battery sensor and the influence of the vehicle electrical system state can be estimated. Inaccuracies can be taken into account by the influence of the internal combustion engine in the starter intervention, aging effects, friction change, compression change and a variation of the drag torque, which can change the run-up behavior.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102009045265 A1 [0005] DE 102009045265 A1 [0005]

Claims

Verfahren zum Bestimmen eines Zustands eines Startermotors (91, 126), der eine Bürsten-Kommutator-Anordnung (1) umfasst, bei dem in mindestens einem Detektionszyklus zu definierten Betriebspunkten (51, 53) an einer Batterie, die den Startermotor (91, 126) mit elektrischer Energie versorgt, jeweils eine Strommessung und eine Spannungsmessung durchgeführt werden und daraus ein Widerstand der Bürsten-Kommutator-Anordnung (1) bestimmt wird.Method for determining a condition of a starter motor ( 91 . 126 ), which has a brush-commutator arrangement ( 1 ), in which in at least one detection cycle at defined operating points ( 51 . 53 ) on a battery that is the starter motor ( 91 . 126 ) supplied with electrical energy, in each case a current measurement and a voltage measurement are carried out and from a resistance of the brush-commutator arrangement ( 1 ) is determined.

Verfahren nach Anspruch 1, das für einen Startermotor (91, 126), der zum Anlassen eines Verbrennungsmotors ausgebildet ist, durchgeführt wird.Method according to Claim 1, which is suitable for a starter motor ( 91 . 126 ), which is designed to start an internal combustion engine is performed.

Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem ein Grad einer Patinierung der Bürsten-Kommutator-Anordnung (1) bestimmt wird.Method according to claim 1 or 2, wherein a degree of patination of the brush-commutator arrangement ( 1 ) is determined.

Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem Widerstände zu verschiedenen definierten Betriebspunkten (51, 53) ermittelt und miteinander verglichen werden, und der Widerstand der Bürsten-Kommutator-Anordnung (1) über einen Unterschied der in den verschiedenen definierten Betriebszuständen ermittelten Widerständen detektiert wird.Method according to one of the preceding claims, in which resistances to various defined operating points ( 51 . 53 ) and the resistance of the brush-commutator arrangement ( 1 ) is detected via a difference of the resistances determined in the various defined operating states.

Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem die Strommessung und die Spannungsmessung zu einem ersten Betriebspunkt (51) vor einem Start des Startermotors (91, 126) und zu einem zweiten Betriebspunkt (53) während des Starts des Startermotors (91, 126) durchgeführt werden.Method according to one of the preceding claims, wherein the current measurement and the voltage measurement to a first operating point ( 51 ) before a start of the starter motor ( 91 . 126 ) and to a second operating point ( 53 ) during the start of the starter motor ( 91 . 126 ) be performed.

Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der zweite Betriebspunkt (53) erreicht wird, wenn der Strom einen Peak erreicht.Method according to Claim 5, in which the second operating point ( 53 ) is reached when the current reaches a peak.

Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem in zeitlichen Abständen mehrere Detektionszyklen ausgeführt werden, wobei bei allen Detektionszyklen zu denselben definierten Betriebspunkten (51, 53) Strom- und Spannungsmessungen vorgenommen werden.Method according to one of the preceding claims, in which a plurality of detection cycles are carried out at time intervals, wherein for all detection cycles to the same defined operating points ( 51 . 53 ) Current and voltage measurements are made.

Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Detektionszyklen jeweils bei derselben Temperatur des Startermotors (91, 126) durchgeführt werden.Method according to Claim 7, in which the detection cycles are each carried out at the same temperature of the starter motor ( 91 . 126 ) be performed.

Anordnung, die mindestens ein Messgerät und mindestens ein Auswertemodul (131) aufweist und zum Bestimmen eines Zustands eines Startermotors (91, 126), der eine Bürsten-Kommutator-Anordnung (1) umfasst, ausgebildet ist, wobei das mindestens eine Messgerät in mindestens einem Detektionszyklus zu definierten Betriebspunkten an einer Batterie, die den Startermotor (91, 126) mit elektrischer Energie versorgt, jeweils eine Strommessung und eine Spannungsmessung durchführt, und wobei das Auswertemodul (131) daraus einen Widerstand der Bürsten-Kommutator-Anordnung (1) bestimmt.Arrangement, the at least one measuring device and at least one evaluation module ( 131 ) and for determining a condition of a starter motor ( 91 . 126 ), which has a brush-commutator arrangement ( 1 ), wherein the at least one measuring device in at least one detection cycle to defined operating points on a battery, the starter motor ( 91 . 126 ) supplied with electrical energy, in each case performs a current measurement and a voltage measurement, and wherein the evaluation module ( 131 ) therefrom a resistance of the brush-commutator arrangement ( 1 ) certainly.

Anordnung nach Anspruch 9, bei der das mindestens eine Messgerät als Batteriesensor ausgebildet ist.Arrangement according to claim 9, wherein the at least one measuring device is designed as a battery sensor.