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Stand der Technik
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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Strombegrenzungsvorrichtung für
eine Steuerung zur definierten Bestromung einer elektrischen Maschine
von einer Vorrichtung. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein
Verfahren zur Herstellung einer Strombegrenzungsvorrichtung für
eine Steuerung zur definierten Bestromung einer elektrischen Maschine
einer Vorrichtung.
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Es
ist bekannt, bei Nutzfahrzeugen einen Startermotor als elektrische
Maschine mit einem kleineren Andrehstrom zu bestromen. Der Andrehstrom wird über
das Bestromen einer Einzugswicklung im Starterrelais und dessen
Widerstand bereit gestellt. Sobald ein Starterrelais eingespurt
ist, wird der Startermotor direkt über eine Schaltvorrichtung
vom Starterrelais mit der Starterbatterie verbunden.
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Es
sind Widerstandslegierungen zum Heizen in Heizvorrichtungen bekannt.
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Es
sind ferner klassische Leistungswiderstände als Draht-
oder SMD-Bauelemente bekannt.
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Ferner
ist aus dem folgenden Stand der Technik bekannt, für Start-Stopp-Betriebsstrategien ein
Starterritzel vom Startermotor während eines Auslaufens
der Brennkraftmaschine zu beschleunigen und in den drehenden Zahnkranz
einzuspuren.
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Aus
der
DE 10 2006
011 644 A1 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Betrieb
einer Vorrichtung mit einem Starterritzel und einem Zahnkranz einer
Brennkraftma schine bekannt, wobei die Drehzahl des Zahnkranzes und
des Starterritzels ermittelt werden, um das Starterritzel nach dem
Ausschalten der Brennkraftmaschine mit im wesentlichen gleicher Drehzahl
beim Auslaufen der Brennkraftmaschine einzuspuren. Das Starterritzel
bleibt bis zum Andrehen der Brennkraftmaschine in einem eingespurten Zustand.
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Die
DE 10 2006 039 112
A1 beschreibt ein Verfahren zum Bestimmen der Drehzahl
des Startermotors für einen Kfz-Verbrennungsmotor. Es wird
ferner beschrieben, dass der Startermotor ein eigenes Starter-Steuergerät
umfasst, um die Drehzahl des Startermotors zu berechnen und in einem Start-Stopp-Betrieb
das Starterritzel vom Startermotor zu beschleunigen, wenn ein Selbststart
des Verbrennungsmotors aufgrund gesunkener Drehzahl nicht mehr möglich
ist. Das Ritzel wird mit synchroner Drehzahl in den Zahnkranz des
auslaufenden Verbrennungsmotors eingerückt.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Strombegrenzungsvorrichtung
der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass die Strombegrenzungsvorrichtung
in einer Steuerung integrierbar ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird
die Aufgabe durch den Gegenstand der Patentansprüche 1
und 10 gelöst. Die abhängigen Ansprüche
definieren bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Ein,
der Erfindung zugrunde liegender Gedanke ist, die Strombegrenzungsvorrichtung
möglichst einfach als ein Widerstandsmodul auszubilden, so
dass es in eine Steuerung integrierbar ist. Ferner sollen mit dem
Widerstandsmodul sehr hohe Ströme angesteuert werden können,
um starke elektrische Maschinen, wie beispielsweise einen Startermotor für
eine Brennkraftmaschine zu bestromen.
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Die
Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Strombegrenzungsvorrichtung
mit mindestens einem Widerstand als Leistungswiderstand aus einer
Widerstandslegierung hergestellt ausgebildet ist. Dies hat den Vorteil,
dass die Strombegrenzungsvorrichtung als integriertes Modul in einer
Steuerung ausbildbar ist. Bei einer besonders bevorzugten Anwendung
ist die Strombegrenzungsvorrichtung in einer Steuerung für
einen Starter motor als elektrische Maschine integriert eingebaut.
Der Startermotor kann für eine längere Zeit somit
auf eine konstante Drehzahl beschleunigt werden, um beispielsweise
in einem Start-Stopp-Betrieb ein Starterritzel in einen Zahnkranz
mit auslaufender Drehzahl einzuspuren. Der Startermotor wird somit
umgekehrt zum bisher bekannten Stand der Technik zuerst beschleunigt
und dann eingespurt und nicht umgekehrt erst eingespurt und dann
beschleunigt. Um die Leistungselektronik in der Steuerung vor einer
zu starken Wärmebelastung zu schützen, kann das
Strombegrenzungsmodul alternativ separat zur Steuerung ausgebildet
sein. Die Strombegrenzungsvorrichtung ist für Impulsbelastungen
ausgelegt, um eine elektrische Maschine mit einem definierten Strom
eine kurze Zeit zu betreiben.
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Um
einen verbesserten Anschluss auszubilden, sind bevorzugt Anschlüsse
des mindestens einen Widerstands an der Strombegrenzungsvorrichtung
aus einem elektrisch sehr gut leitfähigen anderen Metall
oder Metalllegierung, insbesondere aus Kupfer, hergestellt.
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Bevorzugt
ist der mindestens eine Widerstand zur Wärmedämmung
in einer Vergussmasse eingebettet. Die Vergussmasse ist bevorzugt
eine Zementmasse. Weiter bevorzugt sind Anschlüsse in der
Vergussmasse fest und nicht federnd verankert. Die Anschlüsse
des mindestens einen Widerstands sind somit sicher in der Vergussmasse
eingebunden und sicher eingegossen.
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Um
die Herstellung einer Steuerung mit der Strombegrenzungsvorrichtung
kostengünstig zu vereinfachen, ist der mindestens eine
Widerstand mit bondbaren Anschlüssen ausgebildet. Somit
ist die Strombegrenzungsvorrichtung automatisiert und rechnergesteuert
in der Steuerung herstellbar. Hierfür sind die Anschlüsse
flächig ausgebildet.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Anschlüsse
des mindestens einen Widerstandes schweiß- und/oder lötbar
ausgebildet. Somit ist die Strombegrenzungsvorrichtung an bestehende
Prozesse leicht anpassbar.
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Gemäß einer
weiter bevorzugten Ausführungsform, um verschiedene Stromstufen
für eine elektrische Maschine, insbesondere einen Startermotor,
bereit zu stellen, ist die Strombegrenzungsvorrichtung als Modul
mit mehreren, insbesondere mit drei, Widerständen und besonders
bevorzugt parallel angeordneten Widerständen, ausgebildet.
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Um
eine kompakte Strombegrenzungsvorrichtung zu realisieren, sind die
Widerstände parallel angeordnet.
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Mit
mehreren Widerständen, die entweder einzeln, zusammen oder
wechselseitig geschaltet werden können, kann der Startermotor
mit verschiedenen Strömen definiert bestromt werden, um
definierte Drehzahlen insbesondere bei Start-Stopp-Betriebsstrategien
einer Brennkraftmaschine zu erreichen oder eine Kurbelwellenpositionierung
durchzuführen, wenn der Startermotor mit definierten Strömen
kurzzeitig beaufschlagt wird. Drei Widerstände sind beispielsweise
ausreichend, um einen Andrehstrom mit einem Widerstand, einen konstanten
Beschleunigungsstrom mit zwei Widerständen oder einen höheren
Strom temporär für eine Kurbelwellenpositionierung
einer Brennkraftmaschine zu realisieren.
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Gemäß einer
die Erfindung weiterbildenden Ausführungsform, um eine
kompakt gebaute Strombegrenzungsvorrichtung zu schaffen, ist der
mindestens eine Widerstand mit parallelen Lagen, insbesondere dreilagig,
ausgebildet. Gemäß einer weiteren Ausführungsform
können die Widerstandselemente auch dreidimensional gefaltet
sein. Vorzugsweise sind die im Modul eingebauten Widerstände
im wesentlichen mit einem gleich großen ohmschen Widerstand
ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass das Modul einfacher aufgebaut
ist, einfach fertigbar ist und die Widerstände auch im
Betrieb wechselseitig einsetzbar sind. Natürlich ist es
möglich, in alternativen Ausführungsformen Widerstände
mit verschiedenen ohmschen Werten einzusetzen.
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Um
den thermischen Einfluss der Widerstandslegierung zwischen den Lagen
untereinander noch besser auszuschließen, sind die Lagen
mit einer in die Vergussmasse eingebetteten Isolierschicht, insbesondere
einer Isolierfolie oder Abstandshaltern, von einander abgegrenzt
ausgebildet.
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Weiter
bevorzugt, um die Strombegrenzungsvorrichtung sicher in einer Steuerung
einzubauen, ist das Modul der Strombegrenzungsvorrichtung mit mehreren
Widerständen in einem Metallprofil, besonders bevorzugt
einem Aluminiumprofil, ausgebildet. Ein Aluminiumprofil hat den
Vorteil, dass die Wärmeentwicklung besser gekapselt und
als Wärmesenke eingesetzt werden kann. Das Modul wird in der
Steuerung gemäß bekannten Prozessen eingeklebt
und/oder geschraubt oder vernietet.
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Eine
derartige Strombegrenzungsvorrichtung hat den Vorteil, dass sie
für Start-Stopp-Betriebsstrategien mit einem hohen Strom
für den Startermotor für einen gezielten Hochlauf
des Startermotors einsetzbar ist und dabei auftretende Stromimpulsbelastungen
aushält. Das Modul ist dabei so dimensioniert, dass Impulsverlustleistungen
im Kilowattbereich thermisch gepuffert an eine angebaute Wärmesenke
kontinuierlich abgegeben werden können. Die elektrischen
Anschlüsse an der Strombegrenzungsvorrichtung sind flächig
auf einer Seite angeordnet, so dass notwendige Bondkräfte
aufgrund des mechanischen Aufbaus beim Bonden einsetzbar sind und
eine kostengünstige Massenfertigung für Großserien
realisierbar ist.
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Die
Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Herstellen einer Strombegrenzungsvorrichtung
dadurch gelöst, dass an eine Widerstandslegierung, vorzugsweise
in Bandform, flächige Anschlüsse aus einem anderen
Metall oder Metalllegierung, insbesondere aus Kupfer, angebracht
werden, die Widerstandslegierung in Lagen umgebogen wird, wobei bevorzugt
die Enden der Anschlüsse zur Oberfläche der Anschlüsse
parallel nach unten abgebogen werden. Die Widerstandslegierung wird
in einer Vergussmasse eingebettet, bevorzugt wird die Widerstandslegierung
in ein Metallprofil eingesetzt und besonders bevorzugt wird zwischen
den Lagen der Widerstandslegierung und dem Metallprofil vor dem
Einbetten eine Isolierfolie eingesetzt oder durch Abstandshalter
in der Vergussmasse sichergestellt. Somit ist eine Strombegrenzungsvorrichtung
als Modul in einer Steuerung für eine elektrische Maschine
und insbesondere einen Startermotor integrierbar und kostengünstig
herstellbar. Die Strombegrenzungsvorrichtung kann Ströme
für eine elektrische Maschine bei einem Start-Stopp-Betrieb
definiert, temporär begrenzen.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch
zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen
Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar sind
und diese Strombegrenzungsvorrichtung auch in anderen Schaltungsanwendungen eingesetzt
werden kann.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
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1 einen
schematischen Schaltplan einer, in einer Steuerung eingebauten Strombegrenzungsvorrichtung,
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2 eine
perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen
Strombegrenzungsvorrichtung und
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3 eine
perspektivische Ansicht einer zweiten besonderen Ausführungsform
eines Leistungswiderstands.
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Die 1 zeigt
einen schematischen Schaltplan einer Steuerung 1 mit einer
Startvorrichtung 2 für ein Kraftfahrzeug, die
Start-Stopp-Betriebsstrategien ausführen kann und gegebenenfalls
eine Kurbelwellenpositionierung einer Brennkraftmaschine 3 zum
schnelleren und besseren Start realisieren kann.
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Die
Steuerung 1 umfasst zum definierten Bestromen eine Strombegrenzungsvorrichtung 5.
Die Strombegrenzungsvorrichtung 5 begrenzt den Strom einer
Batterie 6 auf definierte Ströme für
den, als elektrische Maschine ausgebildeten Startermotor 4. In
der in 1 gezeigten besonderen Ausführungsform
umfasst die Strombegrenzungsvorrichtung 5 drei Widerstände
R1, R2, R3 als Vorwiderstände. Die Vorwiderstände
werden durch Schalter S1, S2, S3 in Stromstufen 31, 32, 33 über
eine nicht im Einzelnen dargestellte Computersteuerung geschaltet,
um Start-Stopp-Betriebsstrategien auszuführen. Aus Gründen
einer einfacheren Fertigung und Montage sind die Widerstände
R1, R2, R3 als kompaktes Modul hergestellt. Die Widerstände
R1, R2, R3 haben im Wesentlichen den gleichen ohmschen Widerstand. Das
Widerstandsmodul ist also in der Steuerung 1 integriert
ausgebildet.
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Die 2 zeigt
eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen
Strombegrenzungsvorrichtung 5 in einer kompakten Bauform,
wie sie beispielsweise in der 1 gezeigten
Steuerung 1 eingebaut ist. Die Strombegrenzungsvorrichtung 5 umfasst
drei parallel angeordnete Widerstände R1, R2, R3. Die Widerstände
R1, R2, und R3 sind aus einem bandförmigen Widerstandsmaterial
einer Widerstandslegierung, vorzugsweise aus Kanthal D, hergestellt.
An den Enden der Widerstandslegierung sind Anschlüsse 11 bis 23 aus
einem anderen Metall, beispielsweise Kupfer, hergestellt. Die Anschlüsse
sind flächig ausgebildet und sind in einer transparent
dargestellten, tatsächlich nicht transparenten Vergussmasse 8, die
bevorzugt Zement, oder eine andere wärmeleitfähige
Vergussmasse ist, eingebettet. Um eine kompakte Bauform zu realisieren
ist das Widerstandsmaterial zu drei Lagen oder dreidimensional umgebogen.
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Für
eine verbesserte Wärmedämmung und Isolierung ist
zwischen den einzelnen Lagen des Widerstandsmaterials eine Isolierung
zum Beispiel eine Isolationsfolie 9, beispielsweise eine
Kapton-Folie in die Vergussmasse eingebettet. Die drei Widerstände R1,
R2, R3 sind von dem Aluminiumprofil 7 abgetrennt und von
diesem als kompakt gebautes Modul umgeben.
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Die 3 zeigt
eine perspektivische Ansicht eines einzelnen Widerstands R1, der
in die Vergussmasse 8 eingebettet ist. Zur Verbesserung
und Verankerung von flächigen Anschlüssen 11, 21 sind
die Enden 41, 42 der Anschlüsse parallel
zu den Oberflächen der Anschlüsse 11 bis 23 gestuft
und parallel zu den Oberflächen nach unten abgebogen. Somit
sind die Enden 41, 42 auch in die Vergussmasse 8 eingebettet
und fest verankert. Die Anschlüsse 11 bis 23 sind
leicht in einem Bond-Verfahren bondbar. Die Anschlüsse 11 bis 23 sind
ohne zusätzliche Fertigungsschritte sicher fixiert und
nicht federnd angebracht. Außerdem können Bondkräfte
auf die Anschlüsse für einen derartigen Aufbau
aufgebracht werden. Impulsverlustleistungen im Kilowattbereich werden thermisch
gepuffert und kontinuierlich an die angebaute Wärmesenke,
dem Aluminiumprofil 7, abgegeben.
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Gemäß einem
erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen einer
Strombegrenzungsvorrichtung werden an einer Widerstandslegierung
flächige Anschlüsse aus beispielsweise Kupfer
angebracht, eine weitere Beschichtung zur Bereitstellung einer bondbaren
Oberfläche ist als weitere Ausführungsform möglich.
Die Widerstandslegierung wird für eine Bauform in Lagen
umgebogen, wobei die Enden der Anschlüsse parallel zur
Oberfläche der Anschlüsse gestuft nach unten abgebogen
werden. Die Widerstandslegierung wird in einer Vergussmasse eingebettet
und zur Befestigung in einer Startvorrichtung in ein Metallprofil
eingesetzt. Diese Verfahrensschritte werden beispielsweise für
drei nebeneinander liegende Widerstände ausgeführt.
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Es
ist somit ein Verfahren zum Herstellen und ein mechanischer Aufbau
einer Strombegrenzungsvorrichtung 5 dargestellt worden,
die eine Bondfähigkeit durch geeignete Anschlussmaterialien aufweist
und somit in Großserien kostengünstig herstellbar
ist. Die Figuren zeigen lediglich schematische nicht maßstabsgerechte
Darstellungen. Im übrigen wird insbesondere auf die zeichnerischen
Darstellungen für die Erfindung als wesentlich verwiesen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102006011644
A1 [0006]
- - DE 102006039112 A1 [0007]