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Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Leistungssteuereinheit für einen Gebläsemotor, die eine in einen Gebläsemotor-Stromkreis eingeschleifte elektrische Widerstandsanordnung beinhaltet.
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Derartige Gebläsemotor-Leistungssteuereinheiten sind beispielsweise als sogenannte Widerstandsgebläseregler zur Leistungs- und damit Drehzahlregelung von Gebläsemotoren gebräuchlich, die in Klimaanlagen von Kraftfahrzeugen zur Erzeugung einer Frischluft- oder Umluftströmung eingesetzt werden, um klimatisierte Luft in einen Fahrzeuginnenraum zu leiten. Bei bekannten Systemen dieser Art wird der Geblasemotor oftmals durch eine Thermosicherung vor Überhitzung geschützt.
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Unter der Bezeichnung PTC(”Positive Temperature Coefficient”)-Elemente sind spezielle elektrische Widerstandselemente bekannt, die im Unterschied zum Temperaturverhalten normaler elektrischer Widerstände in einem gewissen Temperaturbereich einen nahezu sprunghaften Anstieg des Widerstandswerts mit steigender Temperatur um meist mehrere Zehnerpotenzen zeigen. Auf dem Gebiet von Kraftfahrzeug-Klimaanlagen ist es bekannt, PTC-Elemente als elektrische Heizelemente in Wärmeübertragerblöcken einzusetzen. Eine spezielle Untergruppe von PTC-Elementen aus polymerem Material werden als PPTC(”Polymere Positive Temperature Coefficient”)-Elemente bezeichnet.
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In der Auslegeschrift
DE 1 176 770 A ist der Einsatz eines Kaltleiterelementes zum kontaktlosen Takten eines elektrischen Stromes beschrieben, der beispielsweise in einem elektrischen Wärmegerät einen Heizwiderstand speist. Um ein selbsttätiges Taktungsverhalten zu erzielen, wird dem Kaltleiterelement ein eigener, seriell zum Kaltleiterelement in den Stromkreis eingeschleifter Heizwiderstand derart zugeordnet, dass das Kaltleiterelement der Abwärme des zugeordneten Heizwiderstands ausgesetzt ist. Durch die Stromtaktung soll eine Einstellung oder selbsttätige Regelung der Leistungszufuhr bewirkt werden.
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Die
DE 3024613 C2 offenbart einen Lüfter mit Steuereinheit mit einem PTC-Widerstand zur Temperaturregelung.
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Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung einer elektrischen Leistungssteuereinheit der eingangs genannten Art zugrunde, mit der die Leistungszufuhr für einen Gebläsemotor in neuartiger Weise überhitzungsgeschützt gesteuert werden kann.
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Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung einer elektrischen Leistungssteuereinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Diese Leistungssteuereinheit für einen Gebläsemotor beinhaltet ein in den Stromkreis des Gebläsemotors als Überhitzungsschutz eingeschleiftes PPTC-Element, das im Strömungsweg der vom Gebläsemotor erzeugten Mediumströmung, z. B. einer Luftströmung, liegt und von der Mediumströmung kühlend angeströmt wird.
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Dieses spezielle Anordnen eines PPTC-Elementes im Gebläsemotor-Stromkreis ermöglicht einen selbsttätig temperaturkontrollierten Betrieb des Gebläsemotors. Denn bei störungsfreiem Gebläsemotorbetrieb nimmt zwar mit steigender Gebläsemotor-Leistungszufuhr die Wärmeentwicklung im PPTC-Element zu, eine stärkere Erwärmung desselben wird aber dadurch verhindert, dass durch die Leistungserhöhung die Gebläsemotordrehzahl und damit die Intensität der vom Gebläsemotor erzeugten Mediumströmung und folglich auch deren Kühlwirkung für das PPTC-Element zunehmen. Insgesamt lässt sich daher ein Temperaturgleichgewicht des PPTC-Elementes einstellen, bei dem dieses elektrisch im normalleitenden Bereich liegt. Andererseits erhöht sich bei gestörtem Betrieb im Fall einer Blockierung des Gebläsemotors durch eine regelungsbedingte Erhöhung der Leistungszufuhr die Wärmeentwicklung im PPTC-Element, während gleichzeitig keine oder jedenfalls keine erhöhte Mediumströmung und folglich keine oder jedenfalls keine verstärkte Kühlwirkung für das PPTC-Element vorliegt. Dies führt zur Aufheizung des PPTC-Elementes und dadurch zum sprunghaften Anstieg von dessen Widerstandswert, wodurch dann der Gebläsemotor quasi abgeschaltet und jegliche Überhitzungsgefahr vermieden wird.
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Erfindungsgemäß ist das PPTC-Element so angeordnet, dass es der Abwärme der elektrischen Widerstandsanordnung ausgesetzt ist. Wiederum lässt sich dadurch im störungsfreien Normalbetrieb des Gebläsemotors ein Temperaturgleichgewicht für das PPTC-Element zwischen den aufheizenden Einflüssen durch die interne Aufheizung und durch die Abwärme der elektrischen Widerstandsanordnung einerseits und dem kühlenden Einfluss der Mediumströmung andererseits derart erzielen, dass sich das PPTC-Element elektrisch im normalleitenden Bereich befindet.
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In einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 2 umfasst die Widerstandsanordnung mehrere, gestuft seriell in den Gebläsemotor-Stromkreis einschleifbare Widerstände. Dies ermöglicht eine mehrstufige Leistungseinstellung für den Gebläsemotor. Das PPTC-Element ist seriell zwischen der Widerstandsanordnung und dem Gebläsemotor in den Gebläsemotor-Stromkreis eingeschleift und wird dadurch in allen Leistungsstufen, in denen wenigstens einer der Widerstände aktiv in den Gebläsemotor-Stromkreis eingeschleift ist, vom wirksamen Gebläsemotorstrom durchflossen, so dass es seine Temperaturkontroll- bzw. Überhitzungsschutzfunktion erfüllen kann.
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Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen veranschaulicht und wird nachfolgend beschrieben. Hierbei zeigen:
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1 ein schematisches Blockschaltbild einer elektrischen Leistungssteuereinheit mit PPTC-Element für einen Gebläsemotor und
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2 ein Kennliniendiagramm des PPTC-Elementes von 1.
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1 zeigt eine elektrische Leistungssteuereinheit für einen Gebläsemotor M, der beispielsweise in einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage als Luftgebläse eingebaut sein kann. Bei Aktivierung erzeugt der Gebläsemotor M eine Mediumströmung S, z. B. eine Luftströmung.
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Die elektrische Leistungssteuereinheit ermöglicht eine mehrstufige Leistungs- und damit Drehzahleinstellung für den Gebläsemotor M. Dazu beinhaltet sie drei seriell in den Gebläsemotor-Stromkreis eingeschleifte Widerstände R1, R2, R3 und ein Schaltelement, mit welchem ein Leistungsversorgungsanschluss oder Pluspol Pl an der Eingangsseite der elektrischen Widerstandsanordnung wahlweise mit je einem von fünf Schaltkontakten V0, V1, V2, V3, V4 des Gebläsemotor-Stromkreises verbindbar ist. Der Pluspol Pl kann z. B. ein Anschluss der standardisierten Klemme 15 einer Fahrzeugelektrik sein.
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Von den Anschlusskontakten ist ein erster Anschlusskontakt V0 unbelegt, d. h. in dieser Schalterstellung ist der Gebläsemotor M abgeschaltet. Ein zweiter Schaltkontakt V1 führt zur Eingangsseite des ersten der drei Widerstände R1, R2, R3 und entspricht daher einer niedrigsten aktiven Leistungsstufe für den Gebläsemotor M. Ein dritter Schaltkontakt V2 ist zwischen die beiden ersten Widerstände R1, R2 der Widerstandsanordnung geführt, so dass in dieser Schalterstellung der erste Widerstand R1 überbrückt wird, was einer zweitniedrigsten aktiven Leistungsstufe des Gebläsemotors M entspricht. Ein vierter Schaltkontakt V3 ist zwischen den zweiten und dritten Widerstand R2, R3 geführt und überbrückt daher die beiden ersten Widerstände R1, R2, was einer drittniedrigsten und gleichzeitig zweithöchsten Leistungsstufe des Gebläsemotors M entspricht. Der fünfte Schaltkontakt V4 überbrückt schließlich alle drei Widerstände R1, R2, R3 und stellt somit die höchste Leistungsstufe für den Gebläsemotor M dar, der auf seiner anderen Seite geerdet ist.
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Zwischen dem dritten Widerstand R3 und dem Anschlusspunkt des fünften Schaltkontaktes V4 ist in den Gebläsemotor-Stromkreis ein PPTC-Element 1 eingeschleift. 2 zeigt die typische Widerstandskennlinie eines solchen PPTC-Elementes in Abhängigkeit von der Temperatur. Unterhalb einer gewissen Sprungtemperatur TS, die z. B. typischerweise bei etwas über 100°C liegt, beispielsweise bei ca. 125°C, steigt der Widerstandswert des PPTC-Elements mit wachsender Temperatur allenfalls gering an und liegt typischerweise im Bereich von weniger als 1 Ω, z. B. in der Größenordnung von 10–2 Ω. Bei Überschreitung der Sprungtemperatur TS, die in 2 durch die vertikale gestrichelte Linie markiert ist, steigt der Widerstandswert des PPTC-Elementes sprunghaft um mehrere Zehnerpotenzen an, z. B. auf einen Maximalwert in der Größenordnung von 10+3 Ω.
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Dieses charakteristische temperaturabhängige Widerstandsverhalten des PPTC-Elementes 1 wird durch die spezielle Anordnung desselben in der elektrischen Leistungssteuereinheit von 1 in vorteilhafter Weise dazu genutzt, mit diesem PPTC-Element 1 eine Temperaturkontrolle bzw. einen Überhitzungsschutz für den Gebläsemotor M bereitzustellen. Dazu trägt zum einen bei, dass das PPTC-Element 1 so in den Gebläsemotor-Stromkreis eingeschleift ist, dass es in allen Gebläseleistungsstufen V1, V2, V3 vom wirksamen Gebläsemotorstrom durchflossen wird, in denen auch wenigstens einer der drei Widerstände R1, R2, R3 vom Gebläsemotorstrom durchflossen wird. Zum anderen ist das PPTC-Element 1 so angeordnet, dass es einerseits thermisch mit den Widerständen R1, R2, R3 gekoppelt ist, d. h. von deren Abwärme beaufschlagt wird, und andererseits im Strömungsweg der vom Geblasemotor M erzeugten Mediumströmung S liegt und dadurch eine Kühlwirkung auf selbiges durch das Vorbeiströmen des Mediums ausgeübt wird. Die Mediumströmung S kann hierbei gleichzeitig auch als thermisches Kopplungsmittel zwischen dem PPTC-Element 1 und den Widerständen R1, R2, R3 dienen. Dazu wird sie über die Widerstände R1, R2, R3 und dann über das PPTC-Element 1 hinweggeführt, wobei die Widerstände R1, R2, R3 in einem zugehörigen Widerstandsgehäuse untergebracht sein können, das dann ebenso wie der Gebläsemotor M thermisch durch das PPTC-Element geschützt wird.
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Die Temperaturkontroll- bzw. Überhitzungsschutzfunktion des PPTC-Elementes 1 erklärt sich wie folgt. Im normalen, störungsfreien Betrieb des Gebläsemotors M wird das PPTC-Element 1 zum einen durch Joulesche Wärme aufgrund des hindurchfließenden elektrischen Stroms und zum anderen durch die Wärmeabstrahlung des oder der je nach eingestellter Leistungsstufe in den Gebläsemotor-Stromkreis geschalteten Widerstände R1, R2, R3 aufgeheizt. Andererseits wird er vom vorbeistreichenden Luftstrom S gekühlt, der seinerseits aber auch an den Widerständen R1, R2, R3 bzw. am zugehörigen Widerstandsgehäuse vorbeistreicht und dadurch etwas aufgeheizt wird. Insgesamt stellt sich ein Temperaturgleichgewicht für das PPTC-Element 1 ein, bei dem sich dieses im normalleitenden Bereich befindet, d. h. auf einer Temperatur unterhalb der Sprungtemperatur TS.
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Wenn hingegen eine Störung auftritt, bei welcher der Gebläsemotor M blockiert, versucht die Leistungssteuereinheit dem Absinken der Drehzahl durch erhöhte Leistungszufuhr zu begegnen. Dadurch werden der oder die in den Stromkreis geschalteten Widerstände R1, R2, R3 starker aufgeheizt und strahlen mehr Wärme ab. Dies und die erhöhte Wärmeentwicklung durch das PPTC-Element 1 selbst führt zu einer stärkeren Aufheizung desselben. Gleichzeitig gibt es während des Blockierens des Gebläsemotors M keine Luftströmung mehr und dadurch auch keinen entsprechenden Kühleffekt für das PPTC-Element 1. Insgesamt führt dies dazu, dass sich das PPTC-Element 1 über die Sprungtemperatur TS hinaus aufheizt und sein Widerstandswert deshalb um mehrere Zehnerpotenzen ansteigt. Dies hat zur Folge, dass der Stromfluss im Gebläsemotor-Stromkreis praktisch auf null abfällt, d. h. der Gebläsemotor M praktisch abgeschaltet wird. Dadurch werden Schädigungen, wie eine Überhitzung des Gebläsemotors und/oder der Widerstände R1, R2, R3, vermieden, ohne dass zu diesem Zweck eine Thermosicherung vorgesehen werden muss.
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Wie aus dem gezeigten Ausführungsbeispiel ersichtlich, wird erfindungsgemäß ein PPTC-Element in vorteilhafter Weise als Temperaturschutz für einen Gebläsemotor eingesetzt. Es versteht sich, dass Modifikationen des gezeigten Ausführungsbeispiels im Rahmen der durch die Patentansprüche definierten Erfindung je nach Bedarf möglich sind. So kann die elektrische Widerstandsanordnung statt aus drei seriellen Widerständen aus einer beliebigen Anzahl von beliebig zu einem Widerstandsnetzwerk verschalteten Widerständen bestehen. Des weiteren reicht es gegebenenfalls aus, das PPTC-Element so zu positionieren, dass es zwar kühlend von der Mediumströmung angeströmt wird, aber nicht von der Abwärme der elektrischen Widerstandsanordnung beaufschlagt wird.
