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Die
Erfindung betrifft eine elektrische Komponente nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Elektrische
Komponenten wie z. B. Elektrolüfter
von Kraftfahrzeugen und/oder deren Ansteuerungen bestehen im Regelfall
aus strukturierten Bauteilen für
mechanische Aufgaben wie Wände, Stützen, Strömungsflächen u. ä. einerseits
sowie aus Teilen mit rein elektrischer Funktionalität, z. B.
Widerstände,
Kondensatoren, Transistoren u. ä.,
denen keine mechanische Aufgabe zukommt.
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung, eine elektrische Komponente, insbesondere
für ein
Kraftfahrzeug, anzugeben, bei der kostengünstig und auf einfache Weise
Bauteile eingespart werden können.
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Diese
Aufgabe wird für
eine eingangs genannte elektrische Komponente erfindungsgemäß mit den
kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Durch Ausbildung zumindest
eines Teils des Strukturglieds als elektrischer Widerstand aus einem Karbonmaterial
ist das Strukturglied ein Bauteil, das sowohl eine mechanische als
auch eine elektrische Funktion hat.
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Unter
einem Karbonmaterial im Sinne der Erfindung ist dabei ein weitgehend
beliebig formbares Material auf Basis von Kohlenstoff, insbesondere Graphit,
zu verstehen. Es kann sich dabei z. B. um gepresstes Graphitpulver
handeln, dem insbesondere Füllstoffe
und/oder Bindemittel beigesetzt sein kön nen. Ein mit dem Graphit vermengter
Zuschlagstoff kann dabei elektrisch leitende oder isolierende Eigenschaften
haben, die insbesondere temperaturabhängig sein können. Es kann sich bei einem
solchen Zuschlagstoff auch um ein z. B. pulverförmiges Polymer handeln, dessen
Eigenschaften sich temperaturabhängig,
insbesondere in der Nähe
des Schmelzpunktes des Polymers, verändern.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung hat der elektrische Widerstand einen positiven Temperaturkoeffizienten
(PTC). Alternativ kann es je nach Anforderungen aber auch vorgesehen sein,
dass der elektrische Widerstand einen negativen Temperaturkoeffizienten
(NTC) aufweist. Die Eigenschaft des Temperaturkoeffizienten kann
z. B. im Falle von Graphitpulver durch Auswahl und Menge entsprechender
Zuschlagstoffe beeinflusst werden.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist das Strukturglied als Vorwiderstand eines Elektromotors
ausgebildet. Besonders bevorzugt ist der Vorwiderstand mehrstufig
ausgelegt, so dass je nach Stufenwahl des Vorwiderstands mehrere
verschiedene Drehzahlen des Elektromotors selektierbar sind. Die
Integration eines Strukturglieds mit einer mechanischen Aufgabe
und der elektrischen Widerstandsfunktion eines Vorwiderstands ist
besonders vorteilhaft, da Vorwiderstände zumeist große Oberflächen zur
Abfuhr der anfallenden Verlustleistung aufweisen müssen.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Komponente
ein Steuergerät,
insbesondere Drehzahlsteuergerät
eines Lüfters,
wobei das Strukturglied als außenseitiges,
luftumströmbares
Element ausgeformt ist. Besonders bevorzugt ist dabei das Strukturglied
in einem Luftstrom des Lüfters
angeordnet. In vorteilhafter Detailgestaltung kann das Strukturglied
dabei auch strömungs- und/oder
geräuschoptimiert
ausgeformt sein. Insgesamt lässt
sich so die Verlustleistung des Strukturglieds hinsichtlich seiner
elektrischen Widerstandsfunktion auf einfache Weise abführen, wobei
zugleich eine mechanische Funktion des Strukturglieds durch die
Führung
der Luftströmung
oder auch ggf. weitere stützende
oder Bezüglich
eines Luftkanals formende Wirkungen des Strukturglieds gegeben sind.
Bevorzugt ist das Strukturglied dabei als Vorwiderstand eines durch
das Steuergerät
regelbaren Elektromotors ausgebildet. Bei dem Elektromotor kann
es sich insbesondere um den Antriebsmotor eines Lüfters zur Klimatisierung
eines Fahrzeugs und/oder Kühlung
eines Fahrzeugmotors handeln, wobei eine Luftumströmung des
Strukturglieds durch denselben Lüfter erreicht
wird. Insbesondere in Verbindung mit einem positiven oder negativen
Temperaturkoeffizienten (PTC, NTC) des Strukturglieds bzw. elektrischen
Widerstands sind dabei bezüglich
der Lüfterleistung selbstregelnde
Funktionen realisierbar.
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Im
Fall eines PTC-Vorwiderstands ergibt sich vorteilhaft eine Selbstbegrenzung
der Leistung durch den sich erwärmenden
Widerstand, so dass eine Überlast
bzw. eventuelle Zerstörung
des Vorwiderstands oder anderer Bauteile vermieden wird.
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Im
Fall eines NTC-Widerstands liegt bei niedrigen Temperaturen ein
hoher Widerstand vor. Hierdurch kann ein Anlaufstrom eines Elektromotors vorteilhaft
begrenzt werden, so dass die volle Motorleistung erst kurze Zeit
später
nach einer Erwärmung des
Vorwiderstands erreicht wird. Hohe Spitzenströme beim Anlaufen von Motoren
sind im Allgemeinen unerwünscht.
In besonderem Maße
gilt dies beim Kaltstart eines Fahrzeugs im Winter. Weiterhin kann gerade
bei größeren Motoren,
z. B. im Bereich > 500 Watt
Leistung, durch hohe Anlaufstromspitzen eine Entmagnetisierung und
somit eine nachhaltige Beschädigung
des Motors resultieren. Auch hier schafft eine entsprechend ausgelegte
NTC-Charakteristik des Vorwiderstands auf einfache Weise Abhilfe.
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Alternativ
oder ergänzend
ist es vorgesehen, dass das Steuergerät einen integrierten Temperatursensor
umfasst, um die Funktionsvielfalt und Integration des Steuergeräts weiter
zu verbessern.
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In
bevorzugter Detailgestaltung kann das Gehäuse des Steuergerätes thermisch
leitend mit dem Strukturglied verbunden sein. So kann das Strukturglied
nicht nur Wärme
abführen,
die aufgrund seiner Widerstandsfunktion in ihm selbst entsteht, sondern
auch Verlustwärme
des Steuergeräts
bzw. weiterer elektrischer Komponenten innerhalb des Steuergeräts. Es ist
auch denkbar, dass zumindest Teile eines Gehäuses des Steuergerätes materialeinheitlich
einstückig
mit dem Strukturglied ausgebildet sind.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist das Strukturglied ein integriertes Bauteil eines
Elektromotors. Bevorzugt ist es dabei als ein Vorwiderstand des
Elektromotors ausgebildet, mittels dessen insbesondere eine Drehzahl
des Elektromotors veränderbar
ist.
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In
bevorzugter Detailgestaltung bildet das Strukturglied zumindest
einen Teil einer Bürstenplatte
des Elektromotors aus. Unter der Bürstenplatte ist im weitesten
Sinne ein Bauteil zu verstehen, das Kontaktierungsbürsten des
Elektromotors trägt.
Bevorzugt kann die Bürstenplatte
einen elektrisch isolierenden Teil umfassen, der mit dem Strukturglied
verbunden ist.
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Zur
Einsparung von Verbindungsdrähten oder ähnlichen
zusätzlichen
Kontaktmitteln ist es vorteilhaft vorgesehen, dass das Strukturglied
unmittelbar mit einem elektrischen Anschluss des Elektromotors verbunden
ist.
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Weitere
Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend
beschriebenen Ausführungsbeispielen
sowie aus den abhängigen Ansprüchen.
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Nachfolgend
werden mehrere bevorzugte Ausführungsbeispiele
der Erfindung beschrieben und anhand der anliegenden Zeichnungen
näher erläutert.
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1 zeigt
eine schematische räumliche Ansicht
eines ersten Ausführungsbeispiels
der Erfindung in Form eines Drehzahlsteuergerätes.
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2 zeigt
eine schematische seitliche und räumliche Ansicht eines zweiten
Ausführungsbeispiels
der Erfindung in Form eines Elektromotors mit einem Vorwiderstand.
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Das
Ausführungsbeispiel
gemäß 1 zeigt ein
Drehzahlsteuergerät
zur Steuerung der Drehzahl eines Lüfters einer Klimaanlage oder
eines Kühlmoduls
eines Kraftfahrzeugs. Das Drehzahlsteuergerät hat ein Gehäuse 1 mit Anschlüssen 2 zur
Kontaktierung des Lüftermotors
mit elektrischer Versorgungsspannung sowie weiterer Steuerleitungen
wie z. B. einem Datenbus des Fahrzeugs.
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Außenseitig
des Gehäuses 1 sind
eine Mehrzahl von flächigen,
nach Art von Kühlrippen
ausgeformten Strukturgliedern 3 angeordnet, deren flächiger zentraler
Teil 3a jeweils aus einem Karbonmaterial besteht. Das Karbonmaterial
umfasst gepresstes Graphit mit Zuschlagstoffen zur Beeinflussung
der elektrischen Eigenschaften. Vorliegend sind die Strukturglieder 3 als
elektrische Widerstände
mit positivem Temperaturkoeffizienten ausgebildet. Unter einem positivem
Temperaturkoeffizient (PTC) ist zu verstehen, dass der Widerstand
mit zunehmender Stromstärke
und somit Verlustleistung und Erwärmung zumindest ab einem gewissen
Temperaturbereich stark ansteigt, so dass eine Selbstbegrenzung der
anfallenden Verlustleistung erreicht wird und eine Zerstörung des
Vorwiderstands durch Überlast
ausgeschlossen ist.
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Die
flächigen
Vorwiderstände 3a sind
an ihren schmalen Stirnseiten mit Kontaktfahnen 3b verbunden,
durch die eine elektrische Kontaktierung der Vorwiderstände im Gehäuseinneren
erfolgt.
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Durch
die vorliegend insgesamt drei separaten Vorwiderstände 3a,
die je nach Anforderungen verschiedene Größen haben können, sind durch Kombination
von Serien- und/oder Parallelschaltungen eine Vielzahl von Drehzahlstufen
des Lüftermotors
einstellbar. Der von dem Lüftermotor
erzeugte Luftstrom wird durch die Strukturglieder 3 kanalisiert und
gerichtet, so dass die Strukturglieder 3 eine mechanische
Aufgabe erfüllen.
Zugleich kühlt
der Luftstrom die Strukturglieder 3 und führt die
Verlustwärme
der Vorwiderstände 3a ab.
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Zur
weiteren Kühlung
des Drehzahlsteuergeräts
kann auch eine besonders gute thermische Verbindung zwischen dem
Gehäuse 1 und
den Vorwiderständen 3a vorgesehen
sein. Hierdurch können
Kühlrippen 5,
wie sie im vorliegenden Beispiel am Steuergerät dargestellt sind, zumindest
teilweise eingespart werden.
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Ein
solches Drehzahlsteuergerät
integriert eine Vielzahl von Funktionen, z. B. Schaltfunktionen, Kabel-
und Steckverbindungen, die Mehrstufigkeit des Widerstands inklusive
der Temperatursicherung (PTC-Eigenschaft), Schutz- und Überwachungsfunktionen
sowie Ansteuerbarkeit durch einen Fahrzeugbus.
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Durch
die Verwendung des Karbonmaterials ist eine strömungsgünstige und variable Gestaltung der
Form der Widerstände 3a bzw.
des Strukturglieds 3 ermöglicht. Durch eine angepasste
Bauform der einzelnen Widerstände
kann eine Geräuschreduzierung
des Luftstroms erreicht werden. Durch die direkte Verbindung von
Steuergerät
und Widerstand entfällt
eine Verbindungsverkabelung und somit werden die elektrischen Verluste
reduziert. Durch die Integration von Widerstand mit Sicherung, Kabel
und Schalter in einer Komponente wird ein kompakter Aufbau ermöglicht,
wodurch auch eine Gewichts- und Bauraumreduzierung durch Entfall
von Kabeln, Relais und Zusatzsteckern erreicht wird. Durch die große Flexibilität der Positionierung
eines auf solche Weise bauraumreduzierten kompakten Steuergeräts kann ein
Temperatursensor 4 in das Gerät integriert sein, so dass
aufwendig verkabelte externe Sensoren überflüssig werden.
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Das
zweite Ausführungsbeispiel
der Erfindung umfasst eine elektrische Komponente in Form eines
Elektromotors 6. Der Elektromotor 6 ist vorliegend
ein Antriebsmotor eines Lüfters
zur Klimatisierung eines Fahrzeugs.
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2 zeigt
den Elektromotor 6 in zwei verschiedenen räumlichen
Ansichten. Der Elektromotor 6 hat ein Gehäuse 7,
in dem der rotierende Motorteil 8 zusammen mit den weiteren
Motorkomponenten angeordnet und gehalten ist.
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Drei
elektrische Kontaktierungen 9a, 9b, 9c dienen
einem wählbaren
Anschluss des Motors in zwei Drehzahlstufen, wobei einer der Anschlüsse 9b ein
erster Spannungspol ist und die beiden anderen Anschlüsse 9a, 9c entgegengesetzte
Spannungspole sind. Einer der entgegengesetzt gepolten Anschlüsse 9a ist über einen
Vorwiderstand 10 mit dem rotierenden Motorteil 8 über nicht
dargestellte Bürsten
des Motors verbunden, so dass ein Anschluss über den Kontakt 9a eine
reduzierte Motordrehzahl bewirkt.
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Der
Vorwiderstand 10 ist als flaches, ringsektorförmiges Bauteil
aus Karbonmaterial ausgeformt, das ebenso wie im ersten Ausführungsbeispiel
einen positiven Temperaturkoeffizienten zur inhärenten Beschränkung der
Verlustleistung aufweist.
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Der
Vorwiderstand 10 ist als plattenförmiges Bauteil als Teil einer
zur Motorachse senkrechten, rückwärtigen Abschlusswand
des Motors ausgeformt und bildet somit auch ein Strukturglied mit
mechanischer Funktion im Sinne der Erfindung, da ihm zumindest die
Funktion einer Abdichtung und/oder Staubschutzes zukommt. Das Strukturglied 10 umfasst
außer
dem in der 2 gezeigten, außenseitig angeordneten
Widerstandsmaterial eine dazu parallele, nicht sichtbar darunter
angeordnete elektrisch isolierende Platte, auf der die Bürsten des
Motors angebracht sind.
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Der
Vorwiderstand 10 grenzt zudem unmittelbar berührend an
die Kontaktierungen 9a, 9c an, sodass zusätzliche
Verbindungsdrähte
zwischen den Motorkontaktierungen und dem Vorwiderstand 10 nicht
erforderlich sind.
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Zweckmäßig ist
der vom Motor 6 bezüglich des
Lüfters
bzw. Luftstroms so angeordnet, dass der außenseitig positionierte Vorwiderstand 10 durch
den Luftstrom gekühlt
wird. Hierzu können
insbesondere Kühlungsöffnungen 11 im
Motorgehäuse
vorgesehen sein.
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Ganz
allgemein kann ein erfindungsgemäßer Vorwiderstand
auch als Träger
für andere
elektronische Bauteile als Motorbürsten, zum Beispiel Entstörelemente
oder Thermosicherungen, ausgestaltet sein. Weiterhin ist es denkbar,
dass der Vorwiderstand bzw. das Strukturglied als Halter für die Wellenlager
eines Elektromotors ausgeformt ist.