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Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist ein Leistungsschalter für den Niederspannungsbereich
sowie eine gestufte Drehzahlverstellung für einen Niederspannungselektromotor.
Anwendbar sind der Leistungsschalter und die Drehzahlverstellung insbesondere
für einen
Lüftermotor
eines Kraftfahrzeugs. Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich in
erster Linie auf diesen Anwendungsfall, der erfindungsgemäße Leistungsschalter
sowie die erfindungsgemäße gestufte
Drehzahlverstellung sind jedoch auch in anderen technischen Bereichen
einsetzbar.
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Gegenwärtig geht
der Trend in der Entwicklung von Kraftfahrzeugen beständig in
Richtung immer besser und immer vollständiger ausgestatteter Kraftfahrzeuge.
In diesem Zusammenhang hat eine weit reichende Elektrifizierung
des Kraftfahrzeugs stattgefunden, mit der eine breite Anwendung
von Steuerungselektronik- in zunehmendem Maße auch auf digitaler Basis-
Einzug gehalten hat. Dennoch gibt es bis zum heutigen Tage einen
großen
Markt für einfacher
ausgestattete Kraftfahrzeuge im „Low Cost"-Bereich, bei denen zur Kosteneinsparung
bewusst auf die Verwendung aufwendiger elektronischer Schaltungen
verzichtet wird.
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Ein
Beispiel hierfür
ist die Lüftungs-
bzw. Klimatisierungstechnik moderner Kraftfahrzeuge. Während auf
der einen Seite modular aufgebaute Klimaanlagen mit digitaler Steuerung
auch im Bereich der Kleinwagen Einzug gehalten haben, die teilweise eine
getrennte Klimatisierung verschiedener Raumzonen eines Kraftfahrzeugs
erlauben, werden immer noch große
Stückzahlen
von Kraftfahrzeugen ohne Klimaanlage ausgeliefert. Bei solchen Kraftfahrzeugen
wird das Raumklima im Innenraum durch einfache Lüfteranordnungen realisiert,
die vom Benutzer des Kraftfahrzeugs manuell gesteuert bezüglich ihrer Temperatur
geregelte Luft an verschiedenen Stellen in dem Kraftfahrzeuginnenraum
einblasen. In der Regel werden hierzu elektromotorisch betriebene
Axiallüfter
verwendet, wobei die eingesetzten Elektromotoren für einen
Betrieb am Niederspannungsbordnetz des Kraftfahrzeugs ausgelegt
sind.
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Im
Stand der Technik wird eine einfache Drehzahlsteuerung zur Realisierung
verschiedener Lüfterstufen
oftmals mittels gestufter Spannungsteiler realisiert, bei denen
der Spannungsabfall längs
einer Kette von in Reihe geschalteten Leistungswiderständen ausgenutzt
wird. Durch einen hochstromfesten mehrstufigen (Dreh-)Schalter,
der in der Regel am Armaturenbrett des Kraftfahrzeugs angeordnet ist,
kann der Benutzer den Lüftermotor
selektiv mit verschiedenen Abgriffs-Punkten des Spannungsteilers
in Verbindung bringen. Hierdurch wird der Lüftermotor mit unterschiedlichen
Betriebsspannungen beaufschlagt, woraus verschiedene Drehzahlstufen
resultieren. Eine solche Drehzahlsteuerung, die darüber hinaus
mit einer Temperatursicherung versehen ist, ist beispielsweise aus
der
DE 10 2004
025 971 A1 bekannt.
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Aus
der
DE 199 22 330
C1 ist ein Schalter für Fahrzeuge
bekannt, der insbesondere als Hochstrom-Trennschalter zwischen einer
Batterie und einem Verbrauchernetz bei Kraftfahrzeugen verwendet werden
kann. Der mehrstufige Schalter umfasst u.a. einen Fremdstartanschluss,
seine weiteren Kontaktstellen bilden mindestens einen Batterieanschluss und
einen Bordnetzanschluss bilden. Der Schalter basiert dabei auf einem
in Kontaktbuchsen geführten Kontaktstift.
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Aus
der
DE 101 38 206
A1 ist schließlich eine
Schalteinheit bekannt, die zum Umschalten der Spulen eines Elektromotors
vorgesehen ist. Der Elektromotor ist dabei als Teil eines Startergenerators
in einem Verbrennungsmotor angeordnet. Seine Spulen sind zwischen
einer Reihenschaltung für
einen Anlasserbetrieb und einer Parallelschaltung für einen
Generatorbetrieb umzuschalten. Hierzu kommt ein Leistungsschalter
zum Einsatz, der ebenfalls auf einem in Kontaktbuchsen geführten Kontaktstift
basiert.
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Die
für die
Realisierung eines entsprechenden Spannungsteilers erforderlichen
ohmschen Widerstände
sind dabei häufig
in Form von metallischen Widerstandsdrähten realisiert, die auf einen
Keramikträger
aufgewickelt sind. Entsprechende Widerstandselemente, die aus mehreren
in Reihe geschalteten Leistungswiderständen auf einem Keramikträger bestehen
und die insbesondere für
die Verwendung im Kraftfahrzeugbereich optimiert sind werden beispielsweise
von der KRAH-RWI Elektronische Bauelemente GmbH, 57489 Drolshagen,
Deutschland angeboten.
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Die
im Stand der Technik verwendeten hochstromfesten Niederspannungs-Drehschalter weisen dabei
bei einer Kfz-typischen Betriebsspannung von 12V eine maximale Stromtragfähigkeit
von 20 bis 30 Ampere auf, was die Leistungsaufnahme des geschalteten
elektrischen Verbrauchers, der insbesondere ein Niederspannungselektromotor
sein kann, auf verhältnismäßig niedrige
Werte limitiert, was im Einzelfall nachteilig sein kann. Auch sind
hochstromfeste Drehschal ter verhältnismäßig aufwendig
in der Konstruktion und damit mit Kostennachteilen verbunden.
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Da
die Verwendung von Spannungsteilern zwangsläufig zum Anfall hoher Verlustleistungen
in den verwendeten ohmschen Widerständen führt, ist eine effektive Kühlung der
eingesetzten. Widerstandselemente unumgänglich. Zu diesem Zweck werden die
Widerstandselemente in Kraftfahrzeugen in der Regel nicht im Bereich
des Armaturenbretts in unmittelbarer Nähe des mehrstufigen Drehschalters
angeordnet, sondern werden innerhalb der Innenraum-Lüfteranordnung
des Kraftfahrzeugs dergestalt angeordnet, das sie im Betrieb der
Lüfteranordnung ständig von
einem kühlenden
Luftstrom umspült
werden.
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Diese
Anordnung, die ohne aufwendige aktive Kühlungsmaßnahmen des Widerstandselements unumgänglich ist,
hat unmittelbar zur Folge, dass zwischen dem im Armaturenbrett angeordneten mehrstufigen
Drehschalter und dem aus mehreren in Reihe geschalteten Widerstandselementen
bestehenden Widerstandselement eine Mehrzahl hochstromfähiger elektrischer
Verbindungsleitungen verlegt werden muss. Aufgrund der im Betrieb
des elektrischen Lüftermotors
auftretenden hohen Betriebsströme
müssen
diese zwangsläufig
mit großen
Kabelquerschnitten ausgestattet werden. Dennoch können im
praktischen Einsatz des Kraftfahrzeugs insbesondere unter hohen
Umgebungstemperaturen Probleme mit Leitungsausfällen aufgrund thermischer Überlastung
auftreten. Darüber
hinaus sind die erforderlichen langen Leitungswege unvermeidlich
mit zusätzlichen
Leitungsverlusten verbunden, die die Leistungsfähigkeit der Anlage negativ
beeinflussen können.
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Schließlich ist
auch die Stromtragfähigkeit konventioneller
Niederspannungs-Leistungsschalter begrenzt,
wobei vorbekannte Leistungsschalter zusätzlich einer Alterung unterliegen,
die die Übergangswiderstände an den
Schaltkontakten im Lauf der Zeit anwachsen lässt. Auch in einem Leistungsschalter
vorbekannter Art können
daher bei erhöhten Temperaturen
thermische Probleme auftreten, die bis zum Ausfall des Leistungsschalters
führen
können.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde eine gestufte
Drehzahlverstellung für
einen Niederspannungselektromotor anzugeben, die auch für Niederspannungselektromotoren
erhöhter
Leistungsaufnahme eingesetzt werden kann.
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Insbesondere
ist Aufgabe der Erfindung, eine gestufte Drehzahlverstellung für einen
Niederspannungselektromotor einer Kfz-Lüftungsanordnung anzugeben,
die auch bei erhöhten
Umgebungstemperaturen ausfallsicher betrieben werden.
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Gelöst wird
diese Aufgabe durch eine gestufte Drehzahlverstellung für einen
Niederspannungsmotor gemäß des Anspruchs
1.
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Ein
erfindungsgemäßer Leistungsschalter für den Niederspannungsbereich
weist einen Kontaktstift und mindestens zwei Kontaktbuchseen auf. Der
Kontaktstift weist eine Längsachse
L auf und ist längs
eines Verschiebewegs W in Richtung seiner Längsachse L verschieblich angeordnet.
Die Kontaktbuchseen sind dazu ausgebildet, den Kontaktstift unter
Ausbildung eines hochstromfesten elektrischen Kontakts in sich aufzunehmen.
Weiterhin sind die Kontaktbuchseen hintereinander längs des
Verschiebeweg W angeordnet.
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Im
erfindungsgemäßen Leistungsschalter wird
eine elektrische Verbindung zwischen zwei Kontaktpunkten hergestellt,
in dem der Kontaktstift in benachbarte Kontaktbuchsen eingeschoben
wird wodurch diese elektrischen Leitungen miteinander verbunden
werden.
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Im
Gegensatz zu den sonst weit verbreiteten Drehschaltern wird hier
nicht ein elektrischer Kotakt zwischen einer Kontaktfläche und
einem mittels eines Drehknopfs betätigten Schleifer hergestellt.
Vielmehr wird in der vorliegenden Erfin dung ein elektrischer Kontakt
zwischen einem Kontaktstift und zwei Kontaktbuchsen hergestellt,
welcher aufgrund der Tatsache, dass die Kontaktbuchsen den Kontaktstift allseitig
umschließen,
mit deutlich höheren
Strömen belastet
werden kann als der sich im Fall des Drehschalters ausbildende elektrische
Kontakt zwischen Kontaktfläche
und Schleifer.
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Darüber hinaus
weist der Erfindungsgemäße Leistungsschalter
den Vorteil auf, dass er bei einer Verwendung für eine gestufte Drehzahlverstellung
für eine
Lüftungsanordnung
in einem Kraftfahrzeug unmittelbar angrenzend an ein mehrstufiges
Widerstandselement angeordnet werden kann. Die Betätigung des
erfindungsgemäßen Leistungsschalters mittels
eines im Armaturenbrett des Kraftfahrzeugs angeordneten Betätigungselements
ist auf einfachste Weise mittels eines Bowdenzugs möglich, der
vom Armaturenbrett ausgehend eine Translations- oder Rotationsbewegung
zum erfindungsgemäßen Leistungsschalter überträgt. Am erfindungsgemäßen Leistungsschalter
wird mittels der übertragenen Translations-
oder Rotationsbewegung eine Translationsbewegung des Kontaktstifts
bewirkt. Auf diese Weise ist es möglich, die bei den aus dem
Stand der Technik vorbekannten Drehzahlverstellungen üblichen
langen elektrischen Verbindungsleitungen zwischen einem am Armaturenbrett
angeordneten Drehschalter und einem unterseitig des Kraftfahrzeugs angeordneten
mehrstufigen Widerstandselements praktisch vollständig entfallen
zu lassen. Bei der beschriebenen Anordnung ergeben sich nur sehr
kurze elektrische Verbindungsleitungen zwischen dem erfindungsgemäßen Leistungsschalter
und einem daran anzuschließendem
mehrstufigen Widerstandselement, so dass ein erfindungsgemäßer Leistungsschalter
mit angeschlossenem mehrstufigen Widerstandselement auch bei erhöhten Betriebstemperaturen
stets eine ausreichende Stromtragfähigkeit auch für einen
Dauerbetrieb aufweist.
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Besondere
Vorteile ergeben sich, wenn der Kontaktstift des erfindungsgemäßen Leistungsschalters
einen kupferhaltigen Kern aufweist, der an seiner Oberfläche mit
einer korrosionsbeständigen
abriebfesten Leitbeschichtung versehen ist. Hierzu ist aus dem Stand
der Technik eine Vielzahl geeigneter Leitbeschichtungen bekannt,
die insbesondere aus metallischen Legierungen bestehen können.
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Weitere
Vorteile ergeben sich, wenn zumindest eine Kontaktbuchse des erfin dungsgemäßen Leistungsschalters,
vorteilhaft aber alle Kontaktbuchsen, ein inliegendes hyperbolisches
Kontaktgitter aufweisen, welches dazu vorgesehen ist, den Kontaktstift
unter Ausbildung von einer Mehrzahl von Linienkontakten in sich
aufzunehmen. Entsprechende Kontaktbuchseen werden beispielsweise
von der deutschen Firma Amphenol-Tuchel Electronics GmbH, D-74080
Heilbronn unter der Marke „Radsok" vertrieben. Die
Amphenol-Tuchel Electronics GmbH ist eine Tochtergesellschaft der
US-amerikanischen Firma Amphenol-Tuchel, Canton, MI 48187, USA. Aus
einer Mehrzahl nationaler und internationaler technischer Schutzrechte
ergeben sich Einzelheiten entsprechender Kontaktbuchsen. Beispielhaft
hierfür seien
die
WO 03/032450 A1 ,
die
WO 03/044901 A1 sowie
die
WO 00/707131 A2 ,
genannt aus denen sich Einzelheiten des Aufbaus und der Herstellung von
entsprechenden Kontaktbuchseen ergeben. Der Offenbarungsgehalt der
in Bezug genommenen Offenlegungsschriften wird hiermit vollumfänglich zum Offenbarungsgehalt
der vorliegenden Anmeldung gemacht.
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Besondere
Vorteile ergeben sich, wenn das vorgenannte innen liegende hyperbolische
Kontaktgitter einen Kern aus einer Beryllium-Kupfer-Legierung aufweist.
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Wie
bereits erwähnt
kann der erfindungsgemäße Leistungsschalter
beispielsweise mittels eines manuell betätigten mechanischen Antriebs
betätigt werden,
wobei der mechanische Antrieb den Kontaktstift längs des Verschiebewegs W verschiebt.
Dabei kann der mechanische Antrieb beispielsweise als Bowdenzug
ausgeführt
sein, welcher zur Übertragung
einer Dreh- oder Translationsbewegung geeignet ist. Der Bowdenzug
wird an seinem ersten Ende auf geeignete Weise mit dem erfindungsgemäßen Leistungsschalter
verbunden und an seinem zweiten Ende mit einem im Armaturenbrett
des Kraftfahrzeugs angeordneten Betätigungselement. Bei einer Betätigung des
Betätigungselements
wird dann eine Translations- oder Rotationsbewegung des Bowdenzugs
bewirkt, welche an den Leistungsschalter übertragen wird. Am Leistungsschalter
selbst wird die Bewegung des Bowdenzugs mittels eines geeigneten Umsetzungsgetriebes
in eine Translationsbewegung umgewandelt, welche den Kontaktstift
des erfindungsgemäßen Leistungsschalters
betätigt.
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Alternativ
kann der Leistungsschalter auch so gestaltet sein, das der Kontaktstift
mittels eines motorisch betätigten
Antriebs längs
des Verschiebewegs W ver schieblich ist. In diesem Fall wird im Armaturenbrett
des Kraftfahrzeugs eine einfache Steuereinrichtung für den motorischen
Antrieb des Leistungsschalters vorgesehen.
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Mittels
eines erfindungsgemäßen Leistungsschalters
lässt sich
nun auch eine gestufte Drehzahlverstellung für ein Niederspannungselektromotor realisieren,
der die erfindungsgemäße Aufgabe
löst. Eine
solche gestufte Drehzahlverstellung umfasst einen zumindest dreistufigen
Leistungsschalter gemäß Anspruch
1 und zumindest einen Leistungswiderstand.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung weist eine solche gestufte Drehzahlverstellung
drei Schaltstufen für
einen über
die Drehzahlverstellung an eine externe Spannungsquelle angeschlossenen
Elektromotor auf. Diese drei Schaltstufen sind dabei wie folgt gegeben:
- a) Unterbrochene Verbindung mit der Spannungsquelle,
- b) Unmittelbare Verbindung mit der Spannungsquelle, und
- c) Verbindung mit der Spannungsquelle über den in Reihe geschalteten
Leistungswiderstand.
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Auf
diese Weise lassen sich drei Betriebszustände des angeschlossenen Niederspannungs-Elektromotors,
hier insbesondere des Lüftermotors
realisieren, nämlich:
- • Aus
- • Schnelllauf
- • Langsamlauf
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Die
Zahl der Leistungsstufen einer erfindungsgemäßen gestuften Drehzahlverstellung
lässt sich
ohne weiteres erweitern, in dem ein Leistungsschalter mit mehr Schaltstufen
sowie entsprechend eine größere Zahl
von Leistungswiderständen
vorgesehen wird.
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Besondere
Vorteile ergeben sich, wenn der Leistungswiderstand von einem metallischen
Widerstandsdraht gebildet wird, der um einen isolierenden Grundkör per gewickelt
ist und mit einer Isolationsschicht überschichtet ist. Als isolierender
Grundkörper
kommt hierbei beispielsweise ein Rohr oder ein Flachmaterial aus
einem keramischen Werkstoff in Frage.
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Weitere
Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Leistungsschalters sowie
der erfindungsgemäßen gestuften
Drehzahlverstellung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie
dem nunmehr folgenden Ausführungsbeispiel,
welches anhand der Zeichnung näher
erläutert
wird. In dieser zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer gestuften Drehzahlverstellung aus
dem Stand der Technik unter Verwendung eines konventionellen Leistungsdrehschalters
und mehrerer Leistungswiderstände,
und
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2 eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen gestuften Drehzahlverstellung, die
unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Leistungsschalters und
mehrerer Leistungswiderstände
realisiert ist.
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1 zeigt
zunächst
eine gestufte Drehzahlverstellung für einen Niederspannungselektromotor aus
dem Stand der Technik, wie sie beispielsweise für ein Lüftungsgebläse eines Kraftfahrzeugs verwendet
wird. Drei Leistungswiderstände 40 (R1,
R2 und R3) sind aus einem metallischen Widerstandsdraht gebildet
und auf einem gemeinschaftlichen Keramikträger aufgewickelt. Dabei sind
die Leistungswiderstände
R1, R2 und R3 miteinander in Reihe geschaltet, wobei an den jeweiligen
Verbindungspunkten Anschlussbuchsen 44 zum Anschluss externer Verbindungsleitungen 60 ausgebildet
sind. Die auf dem Keramikkörper
aufgewickelten metallischen Widerstandsdrähte sind dabei mit einer Isolationsschicht
vergossen, so dass sich ein wartungsfreies und mechanisch belastbares
mehrstufiges Widerstandselement 42 ergibt.
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Dieses
mehrstufige Widerstandselement ist nun in Reihe geschaltet mit einem
Niederspannungselektromotor 100, wobei über einen Leistungsdrehschalter 50 einer
oder mehrere der im Widerstandselement 42 enthaltenen Leistungswiderstände mit dem
Niederspannungselektromotor 100 in Reihe geschaltet werden.
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Ein
typisches Anwendungsbeispiel für
die gezeigte gestufte Drehzahlverstellung ist das Lüftungsgebläse eines
Kraftfahrzeugs, welches mittels des Drehschalters 50, welcher
am Armaturenbrett des Kraftfahrzeugs angeordnet wird, in mehrere
Leistungsstufen geschaltet werden kann.
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Das
mehrstufige Widerstandselement 42 ist dabei typischerweise
innerhalb der Innenraum-Lüfteranordnung
des Kraftfahrzeugs so angeordnet, dass es im Betrieb der Lüfteranordnung
ständig
von einem kühlenden
Luftstrom umspült
wird. Der Niederspannungselektromotor 100, welcher zum
Antrieb des Axiallüfters
dient, ist innerhalb der Innenraum-Lüfteranordnung angeordnet, die
in der Regel an geeigneter Stelle im Motorraum angeordnet ist. Der
mehrstufige Leistungsdrehschalter 50 ist hingegen – wie erwähnt – am Armaturenbrett
angeordnet. Zwischen dem mehrstufigen Widerstandselement 42 und
dem Leistungsdrehschalter 50 verlaufen dabei eine Mehrzahl
elektrischer Verbindungsleitungen 60, die im Automobilbau
in der Regel als Kupferleitungen mit einem Leitungsquerschnitt von
ca. 4 mm2 ausgebildet sind.
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Nachteilig
an der gezeigten gestuften Drehzahlverstellung für einen Niederspannungselektromotor
für eine
Innenraumlüftung
eines Kraftfahrzeugs sind dabei einerseits die hohe thermische Belastung
der Verbindungsleitungen 60 aufgrund der hohen Ströme, die
im Betrieb des Lüftermotors 100 auftreten,
andererseits auch die relativ hohen Spannungsabfälle längs der langen elektrischen
Verbindungsleitungen 60. Darüber hinaus ist die Stromfestigkeit
eines Niederspannungsleistungsdrehschalters 50 bauartbedingt
auf Ströme
im Bereich von typisch 25 Ampere beschränkt.
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2 zeigt
nun schematisch den Aufbau einer erfindungsgemäßen gestuften Drehzahlverstellung
für einen
Niederspannungselektromotor, welche auf einem erfindungsgemäßen Leistungsschalter
basiert. Die gezeigte gestufte Drehzahlverstellung wird am Beispiel
einer Lüfteranordnung
für die
Innenraumbelüftung
eines Kraftfahrzeugs beispielhaft diskutiert.
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Die
Lüfteranordnung
umfasst eine externe Spannungsquelle 200, beispielsweise
die Bordbatterie eines Kraftfahrzeugs, deren einer Pol auf Masse liegt
und deren anderer Pol mit einem ersten Anschluss 101 eines
Niederspannungselektromo tors 100 verbunden ist. Auf dem
Niederspannungselektromotor 100 ist ein Lüfterrad 110 angeordnet,
um Umgebungsluft anzusaugen und nach einer Temperaturkonditionierung
in den Innenraum des Kraftfahrzeugs zu fördern. Die erfindungsgemäße gestufte Drehzahlvorstellung
wird nun dazu verwendet, verschiedene Leistungsstufen der Lüfteranordnung
zu realisieren.
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Hierzu
wird ein erster Anschluss 11 eines erfindungsgemäßen Leistungsschalters 10 mit
der Fahrzeugmasse verbunden, ein zweiter Anschluss 12 wird
mit dem zweiten Anschluss 102 des Niederspannungselektromotors 100 verbunden.
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Der
Leistungsschalter 10 umfasst fünf zylindrische Kontaktbuchsen 30.0 bis 30.4,
wobei die Symmetrieachsen der Kontaktbuchsen 30 kolinear angeordnet
sind. In eine erste Kontaktbuchse 30.0 ist ein elektrisch
leitfähiger
zylindrischer Kontaktstift 20 eingeschoben, dessen Längsachse
L mit den Symmetrieachsen der Kontaktbuchsen 30 zusammen fällt. Die
Abmessungen des zylindrischen Kontaktstifts sind nun so bemessen,
dass der Kontaktstift 30 aus seiner in der Figur gezeigten
Lage, in der er nur in Eingriff steht mit der Kontaktbuchse 30.0,
in Richtung auf die weitere Kontaktbuchsen 30.1–30.4 verschoben
werden kann. Bei einer Verschiebung längs des sich dabei ergebenen
Verschiebewegs W gelangt er daher nacheinander in Eingriff mit den
weiteren Kontaktbuchsen 30.1, 30.2, 30.3 und
schließlich 30.4.
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Im
gezeigten Ausführungsbeispiel
ist die Längsachse
des Kontaktstifts 20 eine Gerade, ebenso ist der Verschiebeweg
W des Kontaktstifts 20 durch die Kontaktbuchsen 30.0–30.4 hindurch
ebenfalls eine Gerade. Die Erfindung ist hierauf jedoch nicht eingeschränkt, ebenso
ist ein gekrümmter
Kontaktstift 20 denkbar, der dann längs eines gekrümmten Verschiebewegs
W durch eine Mehrzahl von Kontaktbuchsen 30 hindurch verschoben
wird.
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Im
gezeigten Ausführungsbeispiel
ist zwischen den Kontaktbuchsen 30.1 und 30.2, 30.2 und 30.3 sowie 30.3 und 30.4 jeweils
ein Leistungswiderstand 40.1 bis 40.3 angeordnet.
Diese Leistungswiderstände 40 sind
Teil eines Widerstandselements 42, bei dem einzelne Leistungswiderstände 40 auf
einen gemeinsamen Keramikträger
aufgewickelt sind und elektrisch isolierend mit dem keramischen Grundkörper vergossen
sind. Die einzelnen Leistungswiderstände 40 können z.B.
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als
Abschnitte eines metallischen Widerstandsdrahtes ausgebildet werden.
Aus dem Stand der Technik sind jedoch auch andere geeignete Bauformen
von Leistungswiderständen
bekannt, z.B. Filmwiderstände.
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Am
Widerstandselement 42 sind dabei vier Anschlussbuchsen 44.1 bis 44.4 ausgebildet.
Die Leistungswiderstände 40.1 bis 40.3 sind
wie aus 2 ersichtlich intern miteinander
und mit den Anschlussbuchsen 44.1 bis 44.4 verschaltet.
Das Widerstandselement 42 ist nun dergestalt mit den Kontaktbuchsen 30.1 bis 30.4 verbunden,
dass – wie
vorstehend bereits beschrieben – einander
benachbarte Kontaktbuchsen 30.x jeweils über einen
Leistungswiderstand 40.x miteinander elektrisch verbunden
sind. Bevorzugt sind dabei die Kontaktbuchsen 30.x sowie das
Widerstandselement 42 mechanisch und elektrisch so miteinander
verbunden, dass ein einstückiges
Bauteil entsteht und keine separaten Verbindungsleitungen zwischen
den Kontaktbuchsen 30.x und den Leistungswiderständen 40.x erforderlich sind.
Auf diese weise kann die Baugröße deutlich verringert
werden, wobei gleichzeitig die Zahl der zu verbauenden Bauteile
minimiert werden kann.
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Im
aus 2 ersichtlichen Zustand des Kontaktstifts 20 ist
der zweite Anschluss 102 des Niederspannungselektromotors 100 von
der Fahrzeugmasse getrennt. Der Niederspannungselektromotor 100 steht.
Wird nun der Kontaktstift 20 aus seiner in 2 gezeigten „Nulllage" heraus längs des
Verschiebewegs W in Richtung auf die erste Kontaktbuchse 30.1 verschoben,
so dass er schließlich
mit dieser in Eingriff gelangt, so wird der zweite Anschluss 102 des
Niederspannungselektromotors 100 über die Reihenschaltung der
Leistungswiderstände 40.1, 40.2 und 40.3 mit
der Fahrzeugmasse verbunden. Dann wird der Niederspannungselektromotor 100 mit
einer niedrigen Betriebsspannung beaufschlagt. Dieser Zustand entspricht
der niedrigsten Drehzahleinstellung der erfindungsgemäßen gestuften
Drehzahlverstellung.
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Wird
nun der Kontaktstift 20 weiter in der vorstehend beschriebenen
Weise längs
des Verschiebeweg W in die zweite Kontaktbuchse 30.2 hinein
geschoben, so dass sich ein elektrischer Kontakt zwischen der Kontaktbuchse 30.0 und
der zweiten Kontaktbuchse 30.2 ergibt, so ist der zweite
Anschluss 102 Niederspannungselektromotors 100 nunmehr nur
noch über
die zwei Leistungswiderstände 40.2 und 40.3 mit
der Fahrzeugmasse verbunden (der Leistungswiderstand 40.1 wird überbrückt), der
Niederspannungselektromotor 100 wird somit mit einer etwas
höheren
Betriebsspannung beaufschlagt. In diesem Zustand ist die zweite
Drehzahlstufe der erfindungsgemäßen gestuften
Drehzahlverstellung realisiert.
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Wird
der Kontaktstift 20 schließlich so weit längs des
Verschiebeweg W verschoben, dass sich ein elektrischer Kontakt zwischen
der Kontaktbuchse 30.0 und der vierten Kontaktbuchse 30.4 ergibt,
so sind sämtliche
Leistungswiderstände 40.1 bis 40.3 überbrückt. Der
Niederspannungselektromotor 100 ist somit unmittelbar mit
beiden Polen an der externen Spannungsquelle 200 verbunden,
die höchste Drehzahlstufe
der erfindungsgemäßen gestuften Drehzahlverstellung
für einen
Niederspannungselektromotor 100 ist realisiert.
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Es
ist sofort ersichtlich, dass die erfindungsgemäße gestufte Drehzahlverstellung
ohne weiteres auf eine beliebige Vielzahl von Drehzahlstufen erweitert
werden kann. Insbesondere können
auch nur die drei Drehzahlzustände „aus, mittlere
Drehzahl, hohe Drehzahl" realisiert
werden, indem nur drei Kontaktbuchsen 30.0 bis 30.2 und
ein Leistungswiderstand 40.1 vorgesehen werden.
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Der
Kontaktstift 20 kann alternativ auch als gerades oder gewundenes
Hohlelement ausgebildet sein, z.B. als verschleißfest beschichtetes Kupferrohr.
Rohrförmige
Kontaktstifte 20 können
zusätzlich besondere
thermische Vorteile aufweisen, da sie auf einfache Weise zwangsgekühlt werden
können.
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Wie
aus der 2 ebenfalls unmittelbar ersichtlich
ist, ist im gezeigten Ausführungsbeispiel
das Widerstandselement 42 unmittelbar am Leistungsschalter 10 angeordnet,
so dass die zwischen den Anschlussbuchsen 44.1 bis 44.4 zu
den Kontaktbuchsen 30.1 bis 30.4 verlaufenden
Verbindungsleitungen 60 außerordentlich kurz gehalten
werden können.
Hierdurch können Überhitzungsprobleme der
Verbindungsleitungen 60 auch bei höchsten Betriebstemperaturen
sicher vermieden werden können.
Erhöhte
Spannungsverluste längs
der Verbindungsleitungen 60 treten ebenfalls nicht mehr
auf. Diese Vorteile können
realisiert werden, obwohl das Widerstandselement 42 auch
im gezeigten Ausführungsbeispiel
innerhalb der Innenraum Lüfteranordnung
des Kraftfahrzeugs angeordnet wird, so dass das Widerstandselement 42 Betrieb
des Kraftfahrzeugs permanent von einem kühlenden Luftstrom umspült wird.
Dies ist möglich,
da der Leistungsschalter (10) vom Armaturenbrett des Kraftfahrzeugs (nicht
gezeigt) mittels eines Betätigungselements 24 betätigt werden
kann, welches über
einen Bowdenzug 26, der dazu vorgesehen ist, eine Translation- oder
eine Rotationsbewegung vom Betätigungselement 24 zum
Leistungsschalter 10 zu übertragen, mit dem Leistungsschalter 10 verbunden
ist. Auf diese Weise werden ausgedehnte elektrische Verbindungsleitungen 60 zwischen
dem Armaturenbrett und dem Widerstandselement 42 wie sie
im Stand der Technik üblich
sind, überflüssig.
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Im
gezeigten Ausführungsbeispiel
ist das Betätigungselement 24 als
Drehknopf mit integriertem Bewegungsumsetzer ausgebildet, bei dem
die Drehbewegung des Drehknopfs unmittelbar in eine Translationsbewegung
des mit dem Bewegungsumsetzer verbunden Bowdenzugs 26 umgesetzt
wird. Das zweite Ende des Bowdenzugs 26 kann daher unmittelbar
mit dem Kontaktstift des Leistungsschalters 10 verbunden
werden. Alternativ ist es auch möglich, am
Leistungsschalter 10 zusätzlich einen mechanischen Antrieb 22 vorzusehen,
welcher beispielsweise dazu ausgebildet sein kann, eine Rotationsbewegung
des Bowdenzugs 26 in eine Translationsbewegung für einen
Linearantrieb des Kontaktstifts 20 umzusetzen. Auch kann
der mechanische Antrieb 22 als Übersetzungsgetriebe ausgebildet
sein, mit dem eine Translationsbewegung großer Amplitude des Bowdenzugs 26 in
eine Translationsbewegung kleiner Amplitude zum Antrieb des Kontaktstifts 20 übersetzt wird.
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Selbstverständlich ist
es möglich,
am Betätigungselement 24 Raststufen
vorzusehen, welche mit den diskutierten Kontaktlagen des Kontaktstifts 20 in den
verschiedenen Kontaktbuchsen 30 zusammen fallen. Hierdurch
kann der Bedienungskomfort noch verbessert werden.
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In
anderen Anwendungen kann das Betätigungselement 24 auch
unmittelbar am Leistungsschalter 10 angeordnet sein, um
eine vergleichbare Bedienbarkeit zu den aus dem Stand der Technik
vorbekannten Drehschaltern zu realisieren.
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Im
gezeigten Ausführungsbeispiel
sind die Kontaktbuchen 30 realisiert mittels der unter
der Marke „Radsok" vertriebenen Kontaktbuchsen
des im einleitenden Teil beschriebenen Typs, wie sie von der US-amerikanischen
Firma KonneKtech Ltd. vertrieben werden. Die Erfindung ist jedoch
nicht auf die Verwendung solcher Kontaktbuchsen beschränkt. Vielmehr
sind sämtliche
Kontaktbuchsen verwendbar, die eine hochstromfeste elektrische Verbindung zwischen
einem elektrisch leitfähigen
Kontaktstift 20 und einer Kontaktbuchse 30 realisieren,
sofern diese eine ausreichende Stromtragfähigkeiten für den jeweiligen Anwendungsfall
aufweist.
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Der
erfindungsgemäße Leistungsschalter
für den
Niederspannungsbereich sowie die erfindungsgemäße gestufte Drehzahlverstellung
für einen
Niederspannungselektromotor wurden vorstehend am Beispiel einer
gestuften Drehzahlverstellung für
einen Lüfter
eines Kraftfahrzeuglüftungssystems
illustriert. Selbstverständlich
ist weder die erfindungsgemäße Drehzahlverstellung
noch der erfindungsgemäße Leistungsschalter
auf diese Anwendung beschränkt.
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- 10
- Leistungsschalter
- 11/12
- erster/zweiter
Anschluss
- 20
- Kontaktstift
- 22
- mechanischer
Antrieb
- 24
- Betätigungselement
- 26
- Bowdenzug
- 30.x
- Kontaktbuchse
- 32
- hyperbolisches
Kontaktgitter
- 40
- Leistungswiderstand
- 42.x
- Widerstandselement
- 44
- Anschlussbuchse
- 50
- Leistungsdrehschalter
- 60
- Verbindungsleitung
- 100
- Niederspannungselektromotor
- 101/102
- erster/zweiter
Anschluss
- 110
- Lüfterrad
- 200
- externe
Spannungsquelle