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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuereinheit mit einem Normally-OFF-Schutzelement, welches unter Normalbedingungen ausgeschaltet ist (OFF), und das eine zu schützende Schaltung vor einer Beschädigung durch Überhitzung schützt, indem es einen elektrischen Strom der zu schützenden Schaltung abzweigt, indem bei abnormaler Temperatur Kontakte geschlossen werden.
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Technischer Hintergrund
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Üblicherweise wird ein von einem Kühlsystem unter Verwendung eines Kühlmediums einer Klimaanlage oder eines Kühlsystems eines Benzinmotors eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Großkraftfahrzeugs, ausgeführter Kühlprozess unter Verwendung eines Wärmetauschers ausgeführt, der durch bedarfsweises Drehen eines Gebläses zwangsgekühlt wird.
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Die Treibersteuerung eines Motors zum Drehen eines Gebläses erfolgt mit einem einfachen Steuerverfahren des Ein-/Ausschaltens einer Treiberschaltung des Motors auf der Grundlage eines Temperaturdetektorsignals von einem Temperatursensor (einem Wassertemperatursensor oder dergleichen im Fall eines Benzinmotors) eines Wärmetauschers.
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Wenn der verwendete Motor ein Bürstenmotor ist, lässt sich eine Steuerung eines Gebläsemotors über die Anzahl von Umdrehungen mittels effektiver Spannung steuern. In diesem Fall wird von der Pulsweitenmodulation (PWM) unter Verwendung eines Halbleiterbauelements Gebrauch gemacht. Mit Hilfe der Pulsweitenmodulations-(PWM-)Steuerung lässt sich die Drehzahl eines Gebläsemotors durch Variieren einer zeitlichen Breite (Tastverhältnis) von EIN und AUS sanft steuern.
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Für eine derartige Steuerung wird eine Steuereinheit benötigt. Die Steuereinheit besitzt eine Schutzfunktion, nach der ein elektrischer Strom als Schutzmaßnahme in einen sicheren Bereich abgesenkt wird, was dann der Fall ist, wenn beispielsweise die Temperatur innerhalb der Einheit hoch ist oder ein abnormaler Strom fließt, beispielsweise aufgrund einer Blockierung des Gebläsemotors, zusätzlich zum Steuern der Drehzahl des Gebläsemotors abhängig von einer Temperatur eines Kühlmittels des Wärmetauschers.
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Einhergehend mit Verbesserungen bei der Kraftstoffausnutzung in Kraftfahrzeugen ist neben der Baugröße auch die Leistungsaufnahme angestiegen. Wenn die Leistungsaufnahme ansteigt, wird der Strom stärker. Dies kann zu einem ernsthafteren Problem als bei Ausfall konventioneller Motoren führen. Folglich wurde eine Systemschutz-Prioritätssteuerung wie beispielsweise eine mehrstufige Steuerung, eine genauere Drehzahlsteuerung oder dergleichen in den vergangenen Jahren eingeführt, um eine exaktere Drehzahlsteuerung eines Motors zu erreichen.
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Wenn bei einer derartigen Systemschutz-Prioritätssteuerung beispielsweise ein in einem Motorkühlsystem angeordneter Temperatursensor eine Abnormalität erkennt, ignoriert eine elektrische Gebläsesteuereinrichtung zum Herunterkühlen eines Motors die für einen Elektromotor ausgeführte Steuerung nach Maßgabe einer anderen Steuerung, und setzt das Herunterkühlen des Motors durch Treiben des Elektromotors mit maximaler Drehzahl fort, oder führt das Ansteuern des Motors mit einer gesteuerten Drehzahl entsprechend den Normalbedingungen durch, wenn eine von dem Temperatursensor erfasste Temperatur niedrig ist (vgl. beispielsweise Patentschrift 1).
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10 ist ein Blockdiagramm, welches vereinfacht eine Konfiguration einer derartigen elektrischen Gebläsesteuereinrichtung zum Kühlen eines Motors veranschaulicht. Wie in dieser Figur gezeigt ist, wird elektrischer Strom von einer Versorgungsbatterie 1 einem Motor 2 zum Drehen und Treiben eines nicht dargestellten Motorkühlgebläses zugeleitet, außerdem einer Motorsteuereinrichtung 3 (einer elektrischen Kühlgebläse-Steuereinrichtung) zum Steuern der Drehzahl des Motors 2.
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Die Motorsteuereinrichtung 3 besitzt eine Steuerung 4 und ein Schaltelement 5. Die Steuerung 4 veranlasst den Motor 2, bei vorgegebener oder darüber liegender Temperatur auf der Grundlage eines extern eingegebenen Steuersignals (beispielsweise als Temperaturdetektorsignal von einem in einem Wärmetauscher der Motorkühlung angeordneten Temperatursensor, oder Information von einer anderen Steuereinheit) zu drehen, und sie gibt ein PWM-(Pulsweitenmodulation-)Steuersignal zum Steuern der Drehzahl des Motors 2 abhängig von einer Temperatur aus.
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Das Schaltelement 5 besitzt einen kontinuierlich geschlossenen Kontaktteil und eine Pulssteuereinheit. Das Schaltelement 5 hat die Funktion, die Drehzahl des Motors 2 dadurch zu steuern, dass ein Strom auf der Grundlage des Steuersignals von der oben beschriebenen Steuerung 4 ein-/ausgeschaltet wird, um die Temperatur eines Kühlmittels eines Wärmetauschers durch Drehen eines nicht dargestellten Gebläses zu kühlen.
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Darüber hinaus wird der Elektromotor mit einer gesteuerten Anzahl von Umdrehungen angesteuert, entsprechend dem Fall, dass eine gefühlte Temperatur des Temperatursensors niedrig ist, abhängig von dem Steuervorgang durch die Steuerung 4. Das Kühlen des Motors durch Ansteuern des Elektromotors bei maximaler Drehzahl bei gleichzeitiger Ignorierung einer von einer anderen Einrichtung vorgenommenen Steuerung für den Elektromotor lässt sich in einfacher Weise aufrecht erhalten durch Kurzschließen der Schaltkreise positiver und negativer Pole innerhalb des Schaltelements 5.
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Druckschriftlicher Stand der Technik
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- Patentschrift 1: Japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. 2006-291908
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Offenbarung der Erfindung
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Durch die Erfindung zu lösende Probleme
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Wenn der Motor 2 zum Drehen und Ansteuern des Motorkühlgebläses ein Bürstenmotor ist, so bildet die Pulsweitenmodulations-(PWM-)Steuerung den Haupttyp der Motorantriebssteuerung, der von dem Schaltelement 5 der Motorsteuereinrichtung 3 ausgeführt wird. Sicherheitsmaßnahmen für das Motorkühlgebläse und dessen Umgebung waren bislang beschränkt auf Sicherheitsmaßnahmen durch Steuerung des Schaltelements 5 auf der Seite der Motorsteuereinrichtung 3.
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Normalerweise besitzt eine Einrichtung wie die Motorsteuereinrichtung 3 einen Schutzschalter und gewährleistet die Sicherheit der Einrichtung durch Unterbrechen eines elektrischen Stromflusses in die Schaltung mit Hilfe des Schutzschalters, wenn eine Abnormalität auftritt. Allerdings fließt bei einem durch Temperatur aktivierten Schutzschalter ein zu unterbrechender Strom unter Normalbedingungen in den Schutzschalter. Aus diesem Grund wird durch den Widerstand innerhalb des Schutzschalters Joule'sche Wärme erzeugt.
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Dies führt zu einem Phänomen, wonach eine Umgebungs-Aktivierungstemperatur T2, bei der der Schutzschalter tatsächlich aktiviert wird, nicht zu „T2 = T1” wird, im Gegensatz zu einer Betriebstemperatur T1 des Schutzschalters selbst, und die Umgebungs-Aktivierungstemperatur T2, bei der der Schutzschalter tatsächlich aktiviert wird, führt zu „T2 = T3 + T4”, indem eine Temperatur T4, die auf die oben erwähnte Joule'sche Wärme zurückzuführen ist, zu einer laufenden Temperatur T3 (T3 < T1) des Schutzschalters aktiviert wird, so dass die aktuelle Aktivierungstemperatur geringer wird als die Umgebungs-Betriebstemperatur T2 (= T1), die in dem System eingestellt ist.
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Darüber hinaus arbeitet die Motorsteuereinrichtung in einer Umgebung, in der die Innentemperatur bis zu 150°C ansteigt, so dass die Motorsteuereinrichtung in einem Motorraum mit hoher Temperatur eingesetzt wird, die Motorsteuereinrichtung also direkt beeinflusst wird durch die von dem Motor erzeugte Wärme innerhalb eines Körpers, der nahezu mit dem Motor integriert ist und sich außerhalb von dem Motor befindet, wobei ein von der Motorsteuereinrichtung selbst verarbeiteter Strom groß ist.
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Wenn also aus diesen Gründen ein hoher Strom zu dem Kühlgebläsemotor geliefert werden soll, so muss die Betriebstemperatur des Schaltelements auf 250°C oder mehr eingestellt werden, auch wenn eine durch Joule'sche Wärme erhöhte Temperatur bei 50 A auf 100°C gedrückt werden kann.
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Hinzu kommt, dass im Hinblick auf die gesamte Motorsteuereinrichtung dann, wenn eine Schutzschaltung vom Typ „normal stromführend/Unterbrechung bei Abnormalität” als Schutzschalter installiert ist, beim Auftreten einer Anomalie ein interner Widerstand in dem stromführenden Weg ansteigt, was eine Temperaturzunahme der Motorsteuereinrichtung fördert.
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Darüber hinaus wird von einem Kontaktteil erzeugte Wärme als eine Temperatur zu dem Schutzschalter auch dann übertragen, wenn es nur geringfügige Schwankungen im Kontaktwiderstand zwischen den Kontakten des Schaltelements gibt, so dass der Schutzschalter aktiviert wird, obschon sich die Umgebungstemperatur innerhalb eines normalen Bereichs bewegt.
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Im Hinblick auf die Endsicherheit muss bei einer Motorsteuereinrichtung ein mechanischer Kontakt im stromführenden Pfad als Schutzschalter vorhanden sein. Im Hinblick auf die Zuverlässigkeit der Motorsteuereinrichtung jedoch lässt sich ein mechanischer Kontakt nicht ohne weiteres einbauen, was ein Problem darstellt.
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Wenn ein zugeführter Strom einen hohen Wert hat, wie oben erläutert, steigt die Temperatur, bei der der Schutzschalter aktiviert wird, selbst in einem Bereich geringen Stromflusses an. Deshalb sind stabile Betriebszustände in einem auf Wärme ansprechenden Schutzschalter, beispielsweise einem Bimetall-Schalter mit für Stromeinflüsse empfindlicher Betriebstemperatur schwer zu erreichen.
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Darüber hinaus steigt die Temperatur in der Motorsteuereinrichtung in einigen Fällen aufgrund eines Ausfalls oder dergleichen in einem Halbleiterbauelement, welches eine Steuerung oder ein Schaltelement bildet, abnormal an. Im Normalfall allerdings ist die Systemschutz-Prioritätssteuerung eine für einen Kühlgebläsemotor verwendete Steuerung, und der Schutz eines Schaltkreises innerhalb der Motorsteuereinrichtung bei abnormalem Temperaturanstieg, wie er oben erläutert wurde, wird nicht berücksichtigt.
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Darüber hinaus wurde in den vergangenen Jahren die Baugröße von Motoren zunehmend größer, was einen starken Strom mit sich bringt, wie oben erläutert wurde. Ein bürstenloser Motor wird häufig als Motor verwendet, wenn der Motor starke Ströme vertragen muss. Darüber hinaus wird eine Drehstrom-Wechselrichterschaltung zum Treiben des bürstenlosen Motors benötigt.
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Allerdings kann bei dem Drehstrom-Wechselrichter eine Schutzmaßnahme durch Kurzschließen des Schaltelements nicht eingerichtet werden. Folglich ist es schwierig, den bürstenlosen Motor in einem Steuersystem zu verwenden, welches dem Systemschutz Vorrang einräumt.
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Mittel zum Lösen der Probleme
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Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Normally-OFF-Schutzelements, welches eine zu schützende Schaltung mit einer Treiberschaltung für einen Kühlgebläsemotor vor Beschädigung durch Überhitzung schützen kann, ohne dass eine Betriebstemperatur auch bei einem hohen Strom beeinflusst wird, und welches in einen sicheren Temperaturbereich gelangen kann; außerdem soll eine Steuereinheit geschaffen werden, die das Normally-OFF-Schutzelement enthält.
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Zunächst ist eine Steuereinheit mit einem Normally-OFF-Schutzelement gemäß der ersten Erfindung eine Steuereinheit zum Steuern des Betriebs eines Motors, der ein Wärmetauscher-Kühlgebläse eines Kühlsystems unter Verwendung eines Kühlmediums und eines Wärmetauschers dreht und antreibt. Die Steuereinheit enthält mindestens ein Schaltelement zum Steuern des Motorbetriebs und eine Steuerung zum Übertragen eines Steuersignals zu dem Schaltelement. Die Steuereinheit umfasst: ein Normally-OFF-Schutzelement mit einem ersten Anschluss, der an einen von Drähten angeschlossen ist, die mit dem positiven und dem negativen Pol an dem Motor verbunden sind, und einen zweiten Anschluss, der direkt mit einem Massedraht verbunden ist, ohne mit dem anderen der Drähte verbunden zu sein, die an den positiven bzw. negativen Pol angeschlossen sind; und eine Kurzschlusseinrichtung, die im Inneren des Normally-OFF-Schutzelements angeordnet ist, um den ersten Anschluss und den zweiten Anschluss dann kurz zuschließen, wenn eine durch das Schaltelement verursachte Überhitzung einen vorbestimmten Temperaturwert oder einen darüber liegenden Wert erreicht. Innerhalb der Steuereinheit schließt die Kurzschlusseinrichtung den ersten und den zweiten Anschluss dann kurz, wenn die von dem Schaltelement verursachte Überhitzung die vorbestimmte Temperatur oder einen darüber liegenden Wert erreicht, wodurch ein in das Schaltelement fließender elektrischer Strom verringert wird, und die Steuereinheit wird in einen Temperaturbereich bewegt, in welchem sie gegen Überhitzung aufgrund des Schaltelements sicher ist, ohne dass das Kühlsystem stillgesetzt wird.
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In dieser Steuereinheit ist beispielsweise der erste Anschluss an eine lastseitige Leitung des Schaltelements angeschlossen, und der zweite Anschluss ist an eine Masseleitung des Schaltelements angeschlossen.
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Darüber hinaus enthält die Kurzschlusseinrichtung beispielsweise ein wärmeempfindliches Element, welches eine Durchbiegerichtung bei einer vorbestimmten oder einer darüber liegenden Temperatur umkehrt, außerdem ein elastisches Aktivierungselement, welches einen auf einer freien Endseite vorgesehenen beweglichen Kontakt von einem festen Kontakt trennt, und welches fest innerhalb eines Gehäuses eines Baukörpers des Normally-OFF-Schutzelements angeordnet ist, abhängig von einem Umkehrvorgang des wärmeempfindlichen Elements. Der erste Anschluss ist ein mit dem beweglichen Kontakt verbundener Anschluss, der zweite Anschluss ist ein mit dem festen Kontakt verbundener Anschluss, und das wärmeempfindliche Element übt Kraft auf den beweglichen Kontakt aus und bewegt ihn über das elastische Aktivierungselement in eine von dem festen Kontakt abgerückten Stellung, indem eine Biegeverformung bei normaler Temperatur in einem normalen Temperaturbereich genutzt wird, und das wärmeempfindliche Element die Kraft auf das elastische Aktivierungselement dadurch aufhebt, dass es die Biegeverformung bei einer abnormalen oder einer darüber liegenden Temperatur umkehrt, um dadurch den beweglichen Kontakt über die Elastizität des elastischen Aktivierungselements veranlasst, den festen Kontakt zu berühren.
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Darüber hinaus enthält die Kurzschlusseinrichtung beispielsweise ein wärmeempfindliches Element, welches eine Biegerichtung bei einer vorbestimmten oder darüber liegenden Temperatur umkehrt; ein elastisches Aktivierungselement, welches mit beiden Enden des wärmeempfindlichen Elements in Eingriff steht, sich gemäß einer Umkehrbetätigung des wärmeempfindlichen Elements durchbiegt und mit einem Ende innerhalb des Gehäuses des Gerätekörpers des Normally-OFF-Schutzelements fixiert ist, um mit dem einen Draht verbunden und mit dem anderen Ende mit dem beweglichen Kontakt ausgestattet zu sein; und ein Fixierelement, welches nahezu die Mitte eines konvexen Teils berührt, der durch die Biegung bei einer Umkehrung des wärmeempfindlichen Elements konvex wird, wenn das wärmeempfindliche Element die Biegerichtung bei einer vorbestimmten oder darüber liegenden Temperatur umkehrt. In dieser Steuereinheit übt das wärmeempfindliche Element auf den beweglichen Kontakt eine Kraft aus, um ihn zu einer Stelle zu bewegen, die von dem festen Kontakt abgerückt ist, und zwar mit Hilfe des elastischen Aktivierungselements abhängig von der Biegeform bei der normalen Temperatur im normalen Temperaturbereich, wobei das wärmeempfindliche Element den beweglichen Kontakt dazu bringt, den festen Kontakt zu berühren, was durch Ausübung von Kraft auf das elastische Aktivierungselement in einer Richtung geschieht, die einer gerichteten Kraft entgegengesetzt ist, die bei der Normaltemperatur ausgeübt wird, indem die Biegeform bei einer abnormalen oder darüber liegenden Temperatur umgekehrt wird. Das wärmeempfindliche Element biegt sich aufgrund der Umkehrung abhängig von einer Temperaturerhöhung des elastischen Aktivierungselements weiter durch, übt zusätzliche Kraft auf das elastische Aktivierungselement mit Hilfe der Durchbiegung bei Punktberührung des festen Elements als Drehpunkt aus und übt eine zusätzliche Kraft aus, um über den beweglichen Kontakt den festen Kontakt dazu zu bringen, das elastische Aktivierungselement zu berühren.
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Darüber hinaus ist in der Steuereinheit mit dem Normally-OFF-Schutzelement der erste Anschluss an die Seite des positiven Pols von Drähten der positiven und der negativen Pole angeschlossen, die Kurzschlusseinrichtung schließt intern den ersten und den zweiten Anschluss kurz, um ein Überstrom-Unterbrechungselement außerhalb der Steuereinheit zu aktivieren, und sie hält das Kühlsystem. an, wenn eine durch eine Abnormalität in einem internen Element der Steuereinheit verursachte Überhitzung auftritt.
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Darüber hinaus ist der erste Anschluss beispielsweise mit der Seite des positiven Pols der Drähte des positiven und des negativen Pols verbunden, der zweite Anschluss ist über das innerhalb der Steuereinheit vorgesehene Überstrom-Unterbrechungselement an einen Massedraht angeschlossen, und die Kurzschlusseinrichtung schließt intern den ersten und den zweiten Anschluss kurz, um das Überstrom-Unterbrechungselement zu aktivieren, und sie hält das Kühlsystem an, wenn eine durch eine Abnormalität in dem internen Element der Steuereinheit verursachte Überhitzung auftritt.
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Darüber hinaus kann das Schaltelement beispielsweise einen FET (Feldeffekttransistor) enthalten, wobei der erste Anschluss einen Drain-Anschluss und der zweite Anschluss einen Source-Anschluss entsprechen kann.
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Ferner ist es bevorzugt, dass beispielsweise die Steuereinheit eine Steuereinheit ist, an die ein elektrischer Strom von 25 A oder mehr geleitet wird, und ein Innenwiderstand des Normally-OFF-Schutzelements zur Einschaltzeit beträgt die Hälfte oder weniger des Innenwiderstands der Steuereinheit oder des Schaltelements.
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Eine Steuereinheit mit einem Normally-OFF-Schutzelement gemäß einer zweiten Erfindung ist eine Steuereinheit zum Steuern des Betriebs eines Motors, der ein Wärmetauscher-Kühlgebläse eines Kühlsystems dreht und antreibt. Die Steuereinheit enthält mindestens ein Schaltelement zum Steuern des Betriebs des Motors, und eine Steuerung zum Übertragen eines Steuersignals an das Schaltelement. Die Steuereinheit umfasst: ein Schutzelement mit einem ersten Anschluss, der an einen der beiden unter normalen Betriebsbedingungen offenen Kontakte angeschlossen ist, und mit einem Leitungsdraht, der an dem Motor und das Schaltelement angeschlossen ist; einen zweiten Anschluss, der an den anderen der Kontakte und an einen masseseitigen Leitungsdraht des Schaltelements und der Steuerung angeschlossen ist; und einen dritten Anschluss, der an den zweiten Anschluss und an einen Masseanschluss der Steuereinheit über ein Überstrom-Unterbrechungselement angeschlossen ist. Wenn in der Steuereinheit eine durch eine Abnormalität des internen Elements verursachte Überhitzung stattfindet, wird die Überhitzung der Steuereinheit dadurch unterdrückt, dass ein in das Steuerelement fließender elektrischer Strom vermindert wird durch Kurzschluss zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss, und wenn ein Toleranzwert durch seitens des elektrischen Stroms verursachte Wärme überschritten wird, veranlasst das Schutzelement eine Unterbrechung zwischen dem zweiten Anschluss und dem dritten Anschluss, um die Steuereinheit von einer Stromversorgung zu trennen, und die Steuereinheit wird in einen sicheren Temperaturbereich gebracht.
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In der Steuereinheit mit dem Normally-OFF-Schutzelement ist der erste Anschluss beispielsweise mit der Leitungsdrahtseite des positiven Pols der Steuerung verbunden, das Schutzelement bewirkt einen Kurzschluss zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss, um einen in die Steuerung und das Schaltelement fließenden elektrischen Strom zu verringern, es unterdrückt die Überhitzung der Steuereinheit, wenn die durch die Abnormalität des internen Elements verursachte Überhitzung eintritt, und das Schutzelement veranlasst eine Unterbrechung zwischen dem zweiten Anschluss und dem dritten Anschluss, um die Steuereinheit von der Stromversorgung zu trennen, und es bringt die Steuereinheit in den sicheren Temperaturbereich, wenn ein Toleranzwert von der durch den elektrischen Strom hervorgerufenen Wärme überschritten wird.
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Ein Normally-OFF-Schutzelement gemäß einer dritten Erfindung ist ein Normally-OFF-Schutzelement, welches eine Steuerschaltung zum Treiben und Steuern einer externen Schaltung als zu schützenden Schaltkreis erkennt. Das Normally-OFF-Schutzelement umfasst: einen ersten Anschluss, der an einen der Kontakte innerhalb des Elements angeschlossen ist, der sich extern zu dem Element erstreckt, um an einen der Drähte angeschlossen zu sein, die an den positiven und negativen Pol der zu schützenden Schaltung angeschlossen sind; einen zweiten Anschluss, der an den anderen der Kontakte innerhalb des Elements angeschlossen ist, sich extern zu dem Element erstreckt, um mit dem anderen der an die positiven und negativen Pole verbundenen Leitungsdrähte angeschlossen zu sein; einen dritten Anschluss, der an eine Masseleitung außerhalb des Elements anzuschließen ist; und eine Temperatursicherung, die zwischen dem zweiten Anschluss und dem dritten Anschluss liegt und bei einer vorbestimmten oder darüber liegenden Temperatur schmilzt. Das Normally-OFF-Schutzelement wird zu einem Normally-OFF-Schutzelement (einem im Normalzustand ausgeschalteten Schutzelement), indem die Kontakte unter Normalbedingungen öffnen, und es schützt den zu schützenden Schaltkreis vor einer Beschädigung durch Überhitzung, indem von einer Abzweigung eines elektrischen Stroms der zu schützenden Schaltung zwischen dem ersten Kontakt und dem zweiten Kontakt Gebrauch gemacht wird, indem die Kontakte bei einer abnormalen Temperatur geschlossen werden, wobei die Temperatursicherung schmilzt, um den Strompfad zwischen dem ersten und dem zweiten Kontakt und dem dritten Kontakt zu unterbrechen, wenn die abnormale Temperatur weiter auf die vorbestimmte oder eine darüber liegende Temperatur ansteigt, demzufolge die elektrischen Ströme des zu schützenden Schaltkreises und die externe Schaltung unterbrochen werden.
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In dem Normally-OFF-Schutzelement kann die Temperatursicherung beispielsweise so aufgebaut sein, dass sie mit einer minimalen Querschnittsfläche eines Anschlusselements zwischen dem ersten und dem dritten Anschluss ausgestattet ist, und indem mindestens zwei Typen von metallischen Werkstoffen mit einer Zusammensetzung laminiert werden, bei der eine die minimale Fläche enthaltende Zone aus einer eutektischen Legierung in einem Hochtemperaturbereich gefertigt wird.
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In diesem Fall ist das Anschlusselement der Temperatursicherung beispielsweise aus Kupfer gefertigt, und ein Umfang der minimalen Querschnittsfläche des Anschlusselements ist mit einem Silberpastenmaterial hergestellt.
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Wirkungsweise der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung kann ein Normally-OFF-Schutzelement bereitstellen, welches einen zu schützenden Schaltkreis mit einer Treiberschaltung für einen Kühlgebläsemotor vor einer Beschädigung aufgrund von Überhitzung schützt, ohne eine Betriebstemperatur auch bei starker Strom zu beeinflussen, und sie kann einen sicheren Temperaturbereich erreichen und außerdem eine Steuereinheit mit dem Normally-OFF-Schutzelement schaffen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist ein Blockdiagramm, welches eine Steuereinheit zum Steuern des Betriebs eines Kühlgebläsemotors als Implementierungsbeispiel 1 veranschaulicht;
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2(a) ist eine perspektivische Draufsicht, die ein Beispiel für eine spezifische Konfiguration eines Normally-OFF-Schalters veranschaulicht, der eine Schalteinheit eines Schutzelements der Steuereinheit in dem Implementierungsbeispiel 1 konfiguriert;
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2(b) ist eine seitliche Querschnittansicht von 2(a);
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3(a) ist eine perspektivische Draufsicht, die ein weiteres Beispiel einer spezifischen Konfiguration des Normally-OFF-Schalters veranschaulicht, der die Schalteinheit des Schutzelements der Steuereinheit in dem Implementierungsbeispiel 1 konfiguriert;
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3(b) ist eine Querschnittansicht von 3(a) bei Normaltemperatur;
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3(c) ist eine Querschnittansicht von 3(a) bei abnormaler Temperatur;
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4 ist eine auseinandergezogene, perspektivische Ansicht des in 3 dargestellten Normally-OFF-Schalters;
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5 ist ein Blockdiagramm, welches eine Konfiguration eines Kühlsystems als Implementierungsbeispiel 2 veranschaulicht;
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6 ist ein Blockdiagramm, welches eine Konfiguration eines Kühlsystems und einer Steuereinheit als Implementierungsbeispiel 3 veranschaulicht;
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7 ist ein Blockdiagramm einer Steuereinheit zum Steuern des Betriebs eines Kühlgebläsemotors als Implementierungsbeispiel 4;
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8 ist ein Blockdiagramm einer Steuereinheit zum Steuern des Betriebs eines Kühlgebläsemotors als Implementierungsbeispiel 5;
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9(a) ist eine perspektivische Draufsicht, die ein Beispiel einer spezifischen Konfiguration des Normally-OFF-Schalters zeigt, welcher eine Schalteinheit eines Schutzelements der Steuereinheit in dem Implementierungsbeispiel 4 oder 5 konfiguriert;
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9(b) ist eine seitliche Querschnittansicht von 9(a);
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10 ist ein Blockdiagramm, welches vereinfacht eine Konfiguration einer herkömmlichen Steuereinrichtung für ein elektrisches Motorkühlgebläse veranschaulicht;
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11 ist eine schematische Darstellung einer Konfiguration, die implementiert ist durch Ändern der Art und Weise, in der ein Motor und ein Schaltelement an eine Spannungsversorgung und an Masse in 1 angeschlossen sind;
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12 ist eine schematische Darstellung einer Konfiguration, die implementiert ist durch Ändern der Art und Weise, in der ein Motor und ein Schaltelement an eine Spannungsversorgung und an Masse in 5 angeschlossen sind;
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13 ist eine schematische Darstellung einer Konfiguration, die implementiert ist durch Ändern der Art und Weise, in der ein Motor und ein Schaltelement an eine Spannungsversorgung und an Masse in 6 angeschlossen sind;
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14 ist eine schematische Darstellung einer Konfiguration, die implementiert ist durch Ändern der Art und Weise, in der ein Motor und ein Schaltelement an eine Spannungsversorgung und an Masse in 7 angeschlossen sind; und
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15 ist eine schematische Darstellung einer Konfiguration, die implementiert ist durch Ändern der Art und Weise, in der ein Motor und ein Schaltelement an eine Spannungsversorgung und an Masse in 8 angeschlossen sind.
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Bester Weg zum Ausführen der Erfindung
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im folgenden detailliert unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.
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Implementierungsbeispiel 1
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1 ist ein Blockdiagramm, welches eine Steuereinheit zum Steuern des Betriebs eines Kühlgebläsemotors in einem Implementierungsbeispiel 1 veranschaulicht. Die in 1 gezeigte Steuereinheit 1 ist eine Steuereinheit zum Steuern des Betriebs eines Motors 11, der ein (nicht gezeigtes) Wärmetauscher-Kühlgebläse beispielsweise eines Motorkühlsystems dreht und antreibt, welches in einem Kraftfahrzeug als Kühlsystem unter Verwendung eines Kühlmittels und eines Wärmetauschers untergebracht ist.
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Wie in 1 gezeigt, enthält die Steuereinheit 10 ein Schaltelement 12 zum Steuern des Betriebs des Motors 11, eine Steuerung 13 zum Übertragen eines Steuersignals an das Schaltelement 12, und ein Normally-OFF-Schutzelement 14 (im folgenden einfach als Schutzelement 14 bezeichnet).
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Die Steuereinheit 10 enthält außerdem einen Pluspolanschluss 16, der an eine Pluspol-Leitung einer Spannungsquelle 15 angeschlossen ist, einen Masseanschluss 17, der an eine Minuspol-Leitung (Masseleitung) der Spannungsquelle 15 angeschlossen ist, einen Betriebssteueranschluss 18, der an eine Minuspol-Seite des Motors 11 angeschlossen ist, und einen Signaleingangsanschluss 19 zum Empfangen eines externen Steuersignals.
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Der an den Pluspolanschluss 16 und den Masseanschluss 17 angeschlossenen Steuerung 13 wird Energie zugeführt, und die Steuerung 13 gibt ein Treibersignal für den Motor 11 an das Schaltelement 12 auf der Grundlage eines extern über den Signaleingangsanschluss 19 zugeführten Steuersignals, oder auf der Grundlage von in der Steuerung 13 einprogrammierter Steuerinformation.
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Das Schaltelement 12, welches zwischen dem Signalausgangsanschluss (der lastseitigen Leitung b) und dem Masseanschluss 17 (der masseseitigen Leitung c) liegt, öffnet/schließt einen (nicht dargestellten) internen Schalter mit vorbestimmten Zyklen auf der Grundlage eines von der Steuerung 13 kommenden Steuersignals, um dadurch einen Betriebsstrom zu steuern, der von der Spannungsquelle 15 an den Motor 11 geliefert wird, und der von dem Betriebssteueranschluss 18 zurück fließt, um die Drehzahl des Motors 11 zu steuern.
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Das Schutzelement besitzt einen ersten Anschluss 21 und einen zweiten Anschluss 22. Der erste Anschluss 21 ist mit der Leitung b (der Leitung zwischen dem Motor 11 und dem Schalter 12) der Leitungen a und b verbunden, die an den Plus- und den Negativpol angeschlossen sind, die von der Spannungsquelle 15 zu dem Motor 11 führen. Der zweite Anschluss 22 ist direkt mit der Masseleitung c verbunden, ohne mit der Pluspol-Leitung a verbunden zu sein, bei der es sich um die andere der Leitungen a und b der Plus- und Minuspole handelt.
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In anderen Worten: das Schutzelement 14 ist zu dem Schaltelement 12 in Bezug auf die Strom führenden Leitungen a (= b) und c der Spannungsquelle 15 parallel geschaltet.
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Darüber hinaus enthält das Schutzelement 14 eine Schalteinheit 23 als Kurzschlusseinrichtung zum Kurzschließen des ersten Anschlusses 21 und des zweiten Anschlusses 22, wenn eine durch das Schaltelement 12 verursachte Überhitzung auf einen vorbestimmten Temperaturwert oder einen darüber liegenden Temperaturwert ansteigt.
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In einer mechanischen Konfiguration, die weiter unten erläutert wird, werden von einem beweglichen Kontakt 32 und einem festen Kontakt 34 der bewegliche Kontakt 32 und der feste Kontakt 34 des Schaltelements 23 geschlossen, um den ersten Anschluss 21 und den zweiten Anschluss 22 kurz zuschließen, wenn die durch das Schaltelement 12 hervorgerufene Überhitzung auf eine vorbestimmte Temperatur oder darüber ansteigt.
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Wie oben beschrieben, ist das Schutzelement 14 zu dem Schaltelement 12 bezüglich des Stromzuführpfads parallel geschaltet, wodurch ein in das Schaltelement 12 fließender Strom durch Verzweigung zur Seite des Schutzelements 14 vermindert wird, und die Steuereinheit 11 wird dadurch in einen Temperaturbereich gebracht, der vor Überhitzung aufgrund des Schaltelements 12 gesichert ist, ohne dass das Kühlsystem 20 angehalten wird.
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2(a) ist eine perspektivische Draufsicht, die ein Beispiel einer spezifischen Konfiguration des Schutzelements 14 mit dem Normally-OFF-Schalter als die Schalteinheit 23 veranschaulicht. 2(b) ist eine seitliche Querschnittansicht von 2(a). In den 2(a) und 2(b) sind Bauteile mit gleichen Funktionen wie bei der Konfiguration in dem in 1 gezeigten Blockdiagramm mit gleichen Bezugszeichen wie in 1 bezeichnet.
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Wie in den 2(a) und 2(b) dargestellt ist, besitzt das Schutzelement 14 (im folgenden als 14a bezeichnet) eine Gehäusung 27, zusammengesetzt aus einem kastenförmigen Gehäuse 25 und einem Isolierfüllstoff 26 zum Abdichten einer Öffnung (dem rechten Ende in diesen Figuren) des Gehäuses 25.
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Der in 1 dargestellte erste Anschluss 21 ist an der Gehäusung 27 fest angeordnet, indem er in das kastenförmige Gehäuse 25 eindringt, und der zweite Anschluss 22, der ebenfalls in 1 dargestellt ist, ist fest an der Gehäusung angeordnet, indem er in den Isolierfüllstoff 26 eindringt.
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Hier zeigen die 2(a) und 2(b), dass der Leitungsanschluss b (18), der mit dem ersten Anschluss 21 verbunden ist, und der Leitungsanschluss c (17), der mit dem zweiten Anschluss 22 verbunden ist, Leitungsanschlüsse sind, die mit dem Signalausgangsanschluss (der lastseitigen Leitung b) und dem Masseanschluss 17 (der masseseitigen Leitung c) in 1 zu verbinden sind.
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Die in den 2(a) und 2(b) dargestellte Gehäusung 27 enthält ein Bimetall 28 als wärmeempfindliches Element mit einer Biegerichtung, die bei einer vorbestimmten Temperatur oder darüber umgekehrt wird, ferner eine bewegliche Platte 29 als elastisches Leitungs-Aktivierungselement, welches sich entsprechend dem Umkehrvorgang des Bimetalls 28 nach oben und nach unten bewegt.
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Das Bimetall 28 ist ein nahezu kreisförmiges wärmeempfindliches Element. Ein Ende des Bimetalls 28 in einer beliebigen Durchmesserrichtung wird abgestützt, indem es in einen Halteteil eines Isolierelements 31a eingesetzt ist, welches fixiert innerhalb der Gehäusung 27 angeordnet ist, und ein unterer Teil des anderen Endes wird gelagert, indem es ein Lagerteil eines Isolierelements 31b berührt. Das Bimetall 28 ist bei Normaltemperatur nach oben konvex angeordnet, wie in den 2(a) und 2(b) dargestellt ist.
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Die bewegliche Platte 29 ist oberhalb des Bimetalls 28 derart angeordnet, dass sie dem Bimetall 28 gegenübersteht. Ein Ende der beweglichen Platte 29, das in die gleiche Richtung weist wie das eine Ende des Bimetalls 28, ist innerhalb der Gehäusung 27 fixiert, indem es an dem ersten Anschluss 21 angeschlossen ist, und der bewegliche Kontakt 32 ist durch Anschweißen an eine Unterseite des anderen Endes (des freien Endes) angebracht.
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An der beweglichen Platte 29 ist an einer Stelle, die etwa der Mitte des konvexen Bereichs des Bimetalls 28 zwischen dem einen, an der Gehäusung 27 fixierten Ende und dem freien Ende gegenüberliegt, ein konkaver Teil 33 mittels Stanzpressen oder dergleichen ausgebildet. Darüber hinaus ist an einer gegenüberliegenden Stelle abgerückt von dem beweglichen Kontakt 32 der beweglichen Platte 29 der mit dem zweiten Anschluss 22 verbundene feste Kontakt 34 an der Gehäusung 27 fixiert.
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Der Zustand der in den 2(a) und 2(b) dargestellten Bauteile ist ein Zustand unter Normalbedingungen, das heißt bei einer normalen Temperatur, und das Bimetall 28 biegt sich in einer nach oben konvexen Form durch, wie in 2 dargestellt ist. Der konkave Teil 33 der beweglichen Platte 29 ist konvex nach unten ausgebildet, und etwa die Mitte der konvexen Unterseite steht in Berührung mit etwa der Mitte der nach oben konvexen Oberseite des Bimetalls 28.
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Das oben beschriebene eine Ende der beweglichen Platte 29 ist an der Gehäusung 27 derart fixiert, dass die bewegliche Platte 29 horizontal verläuft, wie es ihrer ursprünglichen ungespannten Anordnung entspricht. Deshalb wird ein Teil der beweglichen Platte 29, der mit dem Bimetall 28 nach den 2(a) und 2(b) in Berührung steht, von dem Bimetall 28 nach oben gedrückt, und die bewegliche Platte 29 wird aus der horizontalen Stellung gemäß der ungespannten Anordnung nach oben gepresst. Wie oben beschrieben wurde, übt das Bimetall 28 über die bewegliche Platte 29 unter normalen Bedingungen Kraft auf den beweglichen Kontakt 32 aus, um diesen in die von dem festen Kontakt 34 abgerückte Stellung zu bewegen.
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Die Schalteinheit 23 setzt sich als Kurzschlusseinrichtung nach 1 zusammen aus dem Bimetall 28, der beweglichen Platte 29, dem beweglichen Kontakt 32 und dem festen Kontakt 34 gemäß 2(a) und 2(b). Der bewegliche Kontakt 32 und der feste Kontakt 34 sind, wie oben ausgeführt, unter normalen Bedingungen offen.
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Wenn dann eine abnormale oder eine noch höhere Temperatur vorhanden ist, kippt das Bimetall 28 seine Biegeform um. Im Ergebnis wird die nach oben gerichtete Kraft, die von der Berührung zwischen der Oberseite des bis dahin konvexen Bimetalls 28 und der nach unten konvexen Unterseite der beweglichen Platte 29 auf die bewegliche Platte 29 ausgeübt wird, aufgehoben, wodurch die mit dem beweglichen Kontakt 32 bestückte freie Endseite der beweglichen Platte 29 nach unten bewegt wird, um in die horizontale Lage entsprechend der ursprünglichen Anordnung zurückzukehren.
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Im Ergebnis drückt der bewegliche Kontakt 32 kontaktgebend gegen den festen Kontakt 34 und bildet einen leitenden Pfad zwischen dem beweglichen Kontakt 32 und dem festen Kontakt 34, so dass der erste Anschluss 21 und der zweite Anschluss 22 kurzgeschlossen sind. Wenn in der Folge das in den 2(a) und 2(b) dargestellte Schutzelement 14a als Schutzelement 14 an einer vorbestimmten Stelle der in 1 gezeigten Steuerschaltung 10 eingesetzt ist, wird die in Verbindung mit 1 beschriebene Funktion realisiert.
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Das heißt: bei dem in 2(a) und 2(b) dargestellten Aufbau werden der erste Anschluss 21 und der zweite Anschluss 22 des Schutzelements 14 kurzgeschlossen, wenn die durch das Schaltelement 12 verursachte Überhitzung auf eine vorbestimmte oder eine darüber liegende Temperatur ansteigt, um dadurch die Funktion des Verminderns des Stroms durch das Schaltelement 12 zu realisieren und die Steuereinheit 10 in einen Temperaturbereich zu bringen, in der sie vor Überhitzung durch das Schaltelement 14 sicher ist, ohne dabei das Kühlsystem 20 anzuhalten.
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3(a) ist eine perspektivische Draufsicht, die ein weiteres Beispiel für die spezifische Konfiguration des Normally-OFF-Schalters zeigt, der die Schalteinheit 23 des Schutzelements 14 der Steuereinheit 10 bildet. 3(b) ist eine Querschnittansicht bei Normaltemperatur. 3(c) ist eine Querschnittansicht bei einer abnormalen Temperatur.
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4 ist eine auseinandergezogene, perspektivische Ansicht des Normally-OFF-Schalters, wie er in den 3(a), 3(b) und 3(c) dargestellt ist. In den 3(a), 3(b), 3(c) und 4 sind Bauteile mit gleichen Funktionen wie jenen in den Ausgestaltungen der Blockdiagramme nach den 1 und 2 mit gleichen Bezugszeichen wie in 1 bezeichnet.
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Wie in 3(a), 3(b), 3(c) und 4 gezeigt ist, besitzt das Schutzelement 14 (im folgenden mit 14b bezeichnet) eine Gehäusung 27, ausgebildet mit Hilfe eines kastenförmigen Gehäuses 25 und eines Isolierfüllstoffs 26 zum Abdichten einer Öffnung (dem rechten Ende in den Figuren) des Gehäuses 25.
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Das in den 3(a), 3(b) und 3(c) dargestellte Schutzelement 14b wird vervollständigt durch Abdichten der Öffnung (der rechten Seite in diesen Figuren) des Gehäuses 25 mit dem Isolierfüllstoff 26, nachdem die internen, in 4 dargestellten Komponenten zu einem Körper als interne oder Inneneinheit integriert sind, welcher dann in das Gehäuse 25 eingeführt wurde.
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Hier soll zunächst die 4 beschrieben werden. Wie von oben nach unten in 4 dargestellt ist, setzt sich die interne Einheit 35 zusammen aus einem konvexen Unterseitenteil 36, einem Bimetall 37 als wärmeempfindliches Element, einem elastischen Leitungsplattenteil 38 als elastisches Aktivierungselement und einem Isolier-Fixierelement 39, das mit den Anschlüssen versehen ist.
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Das Isolier-Fixierelement 39 besteht aus einem Bauteil mit horizontalem, langem U-förmigen Querschnitt. In einem der Enden in Längsrichtung (der Öffnung der U-Form in der Richtung unten links in 4) des Isolier-Fixierelements 39 ist durch Einsetzen in horizontaler Richtung ein erstes Anschlusselement 41 fixiert, welches mit dem nach außen vorstehenden, ersten Anschluss 21 ausgebildet ist.
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An einem breitseitigen Ende der Seite des ersten Anschlusses 21 des ersten Anschlusselements 41 sind zwei Noppen 42 ausgebildet. Ein sich verjüngendes Ende auf der dem breitseitigen Ende abgewandten Seite ist ein Anschlagvorsprung 43 angeordnet, welcher dünn ausgebildet und nach oben gebogen ist.
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Darüber hinaus ist an dem anderen Ende (in 4 dem oberen rechten Ende) in Längsrichtung des Isolier-Fixierelements 39 ein zweites Anschlusselement 44 mit einem nach außen vorstehenden zweiten Anschluss 22 durch Einsetzen in horizontaler Lage ausgebildet.
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Auf der dem zweiten Anschluss 22 des zweiten Anschlusselements 44 abgewandten Seite ist ein Dummyanschluss 45 mit der gleichen Form wie der zweite Anschluss 22 ausgebildet. In der in 3(a) dargestellten Form ist der Leitungsanschluss c (17) mit dem zweiten Anschluss 22 verbunden. Allerdings bleibt selbst dann, wenn der Leitungsanschluss c (17) alternativ mit dem Dummyanschluss 45 verbunden wäre, die Funktion als Schutzelement 14b unverändert. Welcher Anschluss mit dem Leitungsanschluss c (17) verbunden ist, ist beliebig.
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In der Nachbarschaft des inneren Endes des zweiten Anschlusselements 44 ist der feste Kontakt 34 ausgebildet. Eine Oberseite des Isolier-Fixierelements 39 entsprechend der Innenseite des zweiten Anschlusselements 44, wo der feste Kontakt 34 ausgebildet ist, ist mit einer Höhendifferenz oberhalb der Höhe der horizontal U-förmigen Öffnungsseite ausgebildet.
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Auf der Oberseite des die Höhendifferenz aufweisenden Teils sind insgesamt vier Langlöcher 46 (46a, 46b, 46c und 46d) ausgebildet, nämlich jeweils zwei Löcher auf der Oberseite der unteren Höhendifferenzteile, die auf beiden Seiten der Öffnungsseite der horizontalen U-Form des Isolier-Fixierelements 39 voneinander getrennt sind. Darüber hinaus sind bogenförmige Ausschnitte 47 (47a, 47b) an den Innenwandflächen zwischen den beiden Langlöchern 46a und 46b und zwischen den Langlöchern 46c und 46d der unteren Höhendifferenzteile ausgebildet.
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Zwei Haltelöcher 48 sind an dem einen Ende (dem links unten in 4 befindlichen Ende) in Längsrichtung des elastischen Leitungsplattenteils 38 in die oben beschriebenen zwei Noppen 42 des Isolier-Fixierelements 39 mit dem oben erläuterten Aufbau eingerastet und mit den Noppen 42 verstemmt, so dass ein Ende des elastischen Leitungsplattenteils 38 an dem Isolier-Fixierelement 39 fixiert ist.
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Der bewegliche Kontakt 32 ist an eine Unterseite des anderen Endes (des rechts oben in 4 befindlichen Endes) in der Längsrichtung des elastischen Leitungsplattenteils 38 angeschweißt. Darüber hinaus ist etwa in der Mitte des elastischen Leitungsplattenteils 38 ein Loch 49 ausgebildet, in welches der Anschlagvorsprung 43 des ersten Anschlagelements 41 frei eintreten und aus diesem austreten kann, und Klauenteile 51 (51a, 51b), die in Richtung des Lochs 49 orientiert sind, sind an Stellen nahezu symmetrisch bezüglich des Lochs 49 in Längsrichtung ausgeschnitten und gebogen.
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Von dem Bimetall 37 sind dessen einander abgewandten Enden in radialer Richtung mit den beiden Klauenteilen 51a und 51b des elastischen. Leitungsplattenteils 38 in einem Zustand in Eingriff, in welchem die konvexe Oberfläche bei Normaltemperatur nach unten orientiert ist, das heißt in einem nach oben konkaven Zustand bei Normaltemperatur, so dass eine Bewegung des elastischen Leitungsplattenteils 38 in Längsrichtung beschränkt wird und das elastische Leitungsplattenteil 38 durch das Zusammenwirken mit den beiden Klauenteilen 51a und 51b nach oben durchgebogen wird.
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Darüber hinaus ist der Durchmesser orthogonal zu dem Durchmesser, der mit den Klauenteilen 51a und 51b von dem Bimetall 37 in Eingriff steht, zwischen den bogenförmigen Ausschnitten 47a und 47b in den Innenwandflächen der unteren Höhendifferenzteile auf beiden Seiten der horizontalen U-Form des Isolier-Fixierelements 39 angeordnet. Im Ergebnis kann das Bimetall 37 frei nach oben und nach unten bewegt werden, und eine Bewegung in der kurzen Richtung von dem elastischen Leitungsplattenteil 38 ist eingeschränkt.
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In dem soweit zusammengebauten Zustand ist das mit den Haltelöchern 48 versehene Ende des Isolier-Fixierelements 39 an dem Isolier-Fixierelement 39 befestigt, welches durch das Zusammenwirken mit dem Bimetall 37 nach oben durchgebogen wird. Aus diesem Grund ist das mit dem beweglichen Kontakt 32 ausgestattete Ende nach oben abgerückt, demzufolge der bewegliche Kontakt 32 bei Normaltemperatur an einer von dem festen Kontakt 34 abgerückten Stelle gehalten wird.
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In diesem Zustand wird das konvexe Unterseitenteil 36 an dem Isolier-Fixierelement 39 angebracht. An dem konvexen Unterseitenteil 36 ist ein nach unten konvexer Teil 52 durch Stanzpressen oder dergleichen in der Mitte der nahezu quadratischen Platte ausgebildet, und rechtwinklig zu der Fläche des Elements sind an den vier Ecken des Quadrats Einführfüße 53 (53a, 53b, 53c, 53d) durch Nach-Unten-Biegen ausgebildet.
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Das konvexe Unterseitenteil 36 wird in dem Isolier-Fixierelement 39 installiert durch Einführen der oben angesprochenen vier Einführfüße 53 (53a, 53b, 53c, 53d) in die vier Langlöcher (46a, 46b, 46c, 46d) des Isolier-Fixierelements 39.
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Im Ergebnis ist der Zusammenbau der Teile der internen Einheit 35 nun abgeschlossen. Anschließend wird der Leitungsanschluss c (17) mit dem zweiten Anschluss 22 verbunden, die interne Einheit 35 wird in das in den 3(a), 3(b) und 3(c) dargestellte Gehäuse 25 eingesetzt, und das Innere des Gehäuses wird durch Befüllen der Öffnung des Gehäuses 25 mit dem Isolierfüllstoff 26 in einem Zustand abgedichtet, in welchem der erste Anschluss 21 aus einem vorgeformten Loch im Boden des Gehäuses 25 nach außen vorsteht.
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Auf diese Weise wird das in den 3(a), 3(b) und 3(c) dargestellte Schutzelement 14b vervollständigt. In den 3(a), 3(b) und 3(c) sind für die Beschreibung benötigte Teile mit den Bezugszeichen für die Bauteile bezeichnet, die in Verbindung mit 4 beschrieben wurden.
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Wie durch die Querschnittansicht bei Normaltemperatur in 3(b) dargestellt ist, befindet sich das mit den zwei Klauenteilen 51a und 51b des elastischen Leitungsplattenteils 38 in Eingriff stehende Bimetall 37 in einem nach oben konkaven Zustand innerhalb des Schutzelements 14b bei Normaltemperatur, wobei das elastische Leitungsplattenteil 38 nach oben durchgebogen ist.
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Darüber hinaus dringt der Anschlagvorsprung 43 in das Loch 49 des elastischen Leitungsplattenteils 38 ein und berührt etwa die Mitte der konvexen Oberfläche des Bimetalls 37 in diesem Zustand, wodurch Kraft auf das elastische Leitungsplattenteil 38 ausgeübt wird, von dem das dem Ende mit dem beweglichen Kontakt 32 abgewandte Ende an dem Isolier-Fixierelement 39 über die Haltelöcher 48 und die Noppen 42 fixiert ist, so dass die Seite des mit dem beweglichen Kontakt 32 ausgestatteten Endes noch weiter weg von dem festen Kontakt 34 weggebogen ist, wobei der Anschlagvorsprung 43 als Drehpunkt fungiert. Im Ergebnis schließen der bewegliche Kontakt 32 und der feste Kontakt 34 auch dann nicht, wenn sie geringen Vibrationen ausgesetzt sind.
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Wenn die Umgebungstemperatur des Schutzelements 14b auf die vorbestimmte abnormale Temperatur oder einen noch höheren Wert ansteigt, wird die Biegerichtung des Bimetalls 37 umgekehrt, und das Bimetall 37 wird gemäß 3(c) nach oben konvex. Der konvexe Teil 52 des konvexen Unterseitenteils 36 berührt etwa die Mitte der Oberseite des nach oben konvexen Bimetalls 37.
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Im Ergebnis wird die Kraft des Bimetalls 37, welche die Biegerichtung umgekehrt hat, auf das mit dem beweglichen Kontakt 32 versehene Ende des elastischen Leitungsplattenteils 38 ausgeübt, demzufolge der bewegliche Kontakt 32 den festen Kontakt 34 nach dem Hebelprinzip berührt, indem als Schwenkpunkt der Berührpunkt zwischen der Mitte der Oberseite des Bimetalls 37 und dem konvexen Teil 52 des konvexen Unterseitenteils 36 benutzt wird, und indem als Kraftpunkt das Klauenteil 51a auf der Seite verwendet wird, an der das elastische Leitungsplattenteil 38 fixiert ist.
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Bei dem Aufbau dieses Schutzelements 14b biegt sich das Bimetall 37 aufgrund der Umkehrung nicht nur bei einer Zunahme der Umgebungstemperatur weiter durch, sondern auch bei einer Zunahme der Temperatur des elastischen Leitungsplattenteils 38 durch Aktivierung, das heißt Energiezufuhr.
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Im Ergebnis erhöht das Bimetall 32 zusätzlich die durch die Umkehrung des elastischen Leitungsplattenteils 38 aufgebrachte Kraft, wobei als Drehpunkt der Berührpunkt mit dem konvexen Teil 52 des konvexen Unterseitenteils 36 fungiert, und es erhöht weiterhin die Berührkraft, mit der der feste Kontakt 34 durch den beweglichen Kontakt 32 über das elastische Leitungsplattenteil 38 berührt wird.
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Wie oben erläutert, bringt bei dem weiteren Konfigurationsbeispiel dieses Implementierungsbeispiel das Bimetall 37 zusätzlich zu den Aktionen/Effekten bei den oben erläuterten Beispielen eine zusätzliche Druckkraft zusätzlich zu dem Kontaktdruck des elastischen Leitungsplattenteils 38 auf, wodurch der Kontaktdruck zwischen den Kontakten verstärkt wird.
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Wenn darüber hinaus an dem Kontaktbereich durch Erhöhung des Kontaktwiderstands in dem Kontaktbereich übermäßige Joule'sche Wärme entsteht, nimmt das Bimetall 37 diese Temperatur wahr und verlagert sich in eine Richtung, in der seine Durchbiegung zusätzlich verstärkt wird.
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Im Ergebnis kommt es an dem Kontaktbereich der Kontakte gleichzeitig mit der Erhöhung des Kontaktdrucks zu einem Kontaktreiben, demzufolge der Kontaktbereich der Kontakte sich in eine stabile Richtung verlagert. Bei dem weiteren Beispiel kann also das Schutzelement mit einer Funktion der Selbstkorrektur eines Problems des Kontaktbereichs der Kontakte ausgestattet werden.
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Normalerweise ist der Widerstand eines Halbleiterschaltelements, beispielsweise des oben beschriebenen Schaltelements 12, verringert. Allerdings besitzt das Halbleiter-Schaltelement einen Widerstandswert von mehreren mΩ bis 10 mΩ. Im Gegensatz dazu kann das Schutzelement 14 dieses Implementierungsbeispiels so konfiguriert sein, dass es einen Innenwiderstand von etwa 1 mΩ aufweist, abhängig von der Baugröße.
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Also beträgt der Innenwiderstand des eingeschalteten Schutzelements 14 dieses Implementierungsbeispiels die Hälfte oder weniger des Innenwiderstands der Steuereinheit 10 oder des Schaltelements 12. Darüber hinaus ist diese Steuereinheit 10 eine Steuereinheit, die einen Strom von 25 A oder mehr verträgt. Dies ist ähnlich bei den folgenden Implementierungsbeispielen 2 bis 5.
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Wenn das Schutzelement 14 aktiviert ist, ist das Schaltelement 12 praktisch kurzgeschlossen. Allerdings beträgt der Innenwiderstand des Schutzelements 12 etwa 1 mΩ, wohingegen der Innenwiderstand des Schaltelements 12, beispielsweise als FET (Feldeffekttransistor) oder dergleichen ausgebildet, mindestens ein Vielfaches des Innenwiderstands des Schutzelements. Da also ein Strom entsprechend dem Kehrwert des Verhältnisses der Widerstandswerte fließt, fließt in dem Schutzelement 14 mit dem niedrigen Widerstand ein höherer Strom, und der Strom des Schaltelements 15 nimmt auf einen Bruchteil oder weniger ab. Folglich nimmt die durch eine fehlerhafte Komponente des Schaltelements 12 oder dergleichen entstehende Wärme ab und gelangt in einen sicheren Bereich.
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Wie oben erläutert, ist mit dem Schutzelement 14 ein Nebenschlusskreis gebildet, in dem der Schaltkreis mit dem Schutzelement 14, das einen geringeren Innenwiderstand hat als das Schaltelement 12, kurzgeschlossen wird, so dass der größte Teil des Stroms zu dem Schutzelement 14 umgeleitet wird, wodurch der Stromfluss in der fehlerhaften Komponente (der Steuerung 13 oder dem Schaltelement 12) verringert wird und die Steuereinheit aus einem gefährlichen Temperaturbereich in einen Temperaturbereich gebracht werden kann, der vom Schaltungsentwurf her sicher ist.
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Darüber hinaus wird eine Erholungstemperatur für die Betriebstemperatur des Bimetalls 28 derart eingestellt, dass sich das Bimetall 28 unter einer vorbestimmten Umgebungsbedingung nicht erholt, so dass das Bimetall 28 in der Praxis nur einen Vorgang ausführen kann. Im Ergebnis kann das Bimetall 28 vor einem Neustart bewahrt werden, wenn ein Strom fließt, während das Kraftfahrzeug fährt, was sicherer ist.
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Das Schutzelement 14 dieses Implementierungsbeispiels wird unter Normalbedingungen nicht aktiviert. Deshalb übt das Schutzelement 14 keine abträgliche Einflüsse auf den Normalbetrieb aus. Durch Installieren des Schutzelements als Sicherungsmaßnahme kann eine hohe Zuverlässigkeit gewährleistet werden.
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Darüber hinaus wird bei Aktivierung des Schutzelements 14 die PWM-(Pulsweitenmodulations-)Steuerung für den Motor 11 von der Schalteinheit 23 kurzgeschlossen. Im Ergebnis befindet sich das Kühlsystem andauernd im eingeschalteten Zustand, und der Motor 11 dreht sich bei voller Drehzahl. Wie oben erläutert, hält der Gebläsemotor nicht an, und dementsprechend wird das Kühlsystem nicht unterbrochen. Deshalb ist die Konfiguration dieses Implementierungsbeispiels überragend als Sicherheitsmaßnahme für das Kühlsystem beispielsweise eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs während dessen Fahrt.
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Wenn die oben angesprochene Abnormalität eintritt, ist es möglich, einem Fahrer Meldung über den Ausfallzustand über ein Display oder dergleichen zukommen zu lassen. Da allerdings der Motor 11 (Gebläsemotor) andauernd bei voller Drehzahl dreht, kann der Fahrer in einfacher Weise das Auftreten einer Abnormalität zur Kenntnis nehmen. Da außerdem der Gebläsemotor andauernd bei voller Drehzahl so lange dreht, bis das Fahrzeug anhält, kann das Kühlsystem die Funktion in einem sicheren Zustand beenden.
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Wie oben beschrieben, ist erfindungsgemäß das Schutzelement derart konfiguriert, dass es einen normalerweise ausgeschalteten Kurzschlusstyp (Normally-OFF-Typ) bildet, wodurch ein hoher Strom bei hoher Temperatur unter Normalbedingungen nicht direkt in das Schutzelement fließt. Deshalb erhöht sich die Temperatur durch die Aktivierung, das heißt Energiezufuhr, nicht, und die Aktivierungstemperatur wird nicht durch einen Stromfluss geändert, so dass stabiler Betrieb bei korrekter Betriebstemperatur gemäß entwurfsseitiger Einstellungen erfolgen kann.
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Da außerdem das Schutzelement nicht in den Energiezuführweg der Schaltung des Kühlsystems eingeführt ist, wird die ursprüngliche Funktion der Schaltung zur Zeit des normalen Betriebs nicht beeinträchtigt. Folglich lässt sich ein zuverlässiger Entwurf der Steuereinheit in einfacherer Weise unterstützen, wobei diese Konfiguration sowohl Zuverlässigkeit als auch Sicherheit garantiert.
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In dem oben beschriebenen Implementierungsbeispiel 1 fließt ein Gesamtstrom normalerweise nicht in das Schutzelement 14, wenn dieses aktiviert wird. Aus diesem Grund steigt die Temperatur auf der Seite des Schutzelements 14 nicht signifikant an. Wenn allerdings der Motor 11 bei voller Drehzahl läuft und die Temperatur eines Kühlsystems abfällt, woraufhin die Aktivierung der Steuereinheit 56 oder 59 innehält, oder wenn das Schaltelement 12 geöffnet wird, fließt der gesamte Strom in das Schutzelement 14.
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In diesem Fall steigt die Temperatur bei lang andauernder Aktivierung eines starken Strom an, was eine mögliche Beschädigung des Schutzelements 14 befürchten lässt. In diesem Fall muss das Kühlsystem von der Spannungsquelle getrennt werden. Ein Konfigurationsbeispiel der Steuereinheit mit einer derartigen Funktion wird im folgenden als Implementierungsbeispiele 2 und 3 erläutert.
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Implementierungsbeispiel 2
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Die Steuereinheit 10 mit dem Schutzelement 14b, welches die selbstkorrigierende Schalteinheit in anderen Konfigurationsbeispielen des oben erläuterten Implementierungsbeispiels 1 enthält, kann so konfiguriert sein, dass es mit einer Funktion des Aufschweißens des Leitungspfads des Kühlsystems ausgestattet ist, um eine mögliche Gefahr einer Überhitzung des stromführenden Pfads des Schutzelements 14b (14a ist ähnlich) aufgrund einer weiteren Zunahme des Stroms vermeidet, demzufolge das Kühlsystem seine Funktion beendet, wenn es im ausgeschalteten Zustand ist. Dies wird im folgenden als Implementierungsbeispiel 2 beschrieben.
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5 ist ein Blockdiagramm, welches eine Konfiguration des Kühlsystems als Implementierungsbeispiel 2 zeigt. In 5 sind gleiche Komponenten oder Funktionen wie jene, die in 1 dargestellt sind, mit gleichen Bezugszeichen wie in 1 versehen.
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Wie in 5 gezeigt ist, ist in dem Kühlsystem 55 dieses Implementierungsbeispiels die Steuereinheit 56 verschieden von der in 1 dargestellten Steuereinheit 10 insofern, als der erste Anschluss 21 des Schutzelements 14 an die Pluspolseite, an der von dem Pluspolanschluss 16 Energie an die Steuerung gegeben wird, von den Leitungen der Plus- und Negativpole von der Spannungsquelle 15 an die Steuereinheit 56 angeschlossen ist.
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Darüber hinaus ist außerhalb der Steuereinheit 56 eine Schmelzsicherung 57 als Überstrom-Unterbrechungselement zwischen den Pluspolanschluss 16 und die Spannungsquelle 15 gelegt.
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In der Konfiguration des Kühlsystems 55 gemäß 5 schließt, wie in Verbindung mit den 1 bis 4 erläutert wurde, die Schalteinheit 23 als Kurzschlusseinrichtung des Schutzelements 14 (14a oder 14b) intern einen ersten Anschluss 32 und einen zweiten Anschluss 34 (vgl. 2 oder 3(a), 3(b) und 3(c)) kurz, wenn eine durch eine Abnormalität in dem internen Element (der Steuerung 13, dem Schaltelement 12 oder dergleichen) der Steuereinheit 56 verursachte Überhitzung stattfindet.
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Im Ergebnis spricht die in Reihe zwischen dem Pluspolanschluss 16 der Steuereinheit 56, an den der erste Anschluss 21 des Schutzelements 14 angeschlossen ist, und der Spannungsquelle 15 liegende Schmelzsicherung 53 auf den in die Kurzschlussschaltung des Schutzelements 14 fließenden Strom an und unterbricht sämtliche Strompfade von der Spannungsquelle 15 zu sämtlichen Schaltungsteilen auf der Pluspolseite, demzufolge das gesamte Kühlsystem angehalten wird.
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Wie oben beschrieben, ist in dem Normally-OFF-Schutzelement dieses Implementierungsbeispiels die Sicherung 57 als externe Unterbrechungseinrichtung vorgesehen, die zwangsweise ihre Funktion ausübt, wodurch die Schaltung geschützt werden kann.
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Implementierungsbeispiel 3
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In dem oben beschriebenen Implementierungsbeispiel 2 ist die Sicherung 57 als Überstrom-Unterbrechungselement außerhalb der Steuereinheit 56 vorgesehen. Allerdings lassen sich ähnliche Effekte auch dann erzielen, wenn die Sicherung im Inneren der Steuereinheit angeordnet ist. Dies wird unten als Implementierungsbeispiel 3 erläutert.
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6 ist ein Blockdiagramm, welches eine Konfiguration eines Kühlsystems und einer Steuereinheit als Implementierungsbeispiel 3 veranschaulicht. Die gesamte Konfiguration des Kühlsystems 58 nach 6 ist die gleiche wie die des Kühlsystems 55, die in 1 dargestellt ist, ausgenommen die Lage der Sicherung 57. Aus diesem Grund sind hier nur die für eine Beschreibung notwendigen Komponenten mit gleichen Bezugszeichen wie in 5 versehen.
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Wie in 6 dargestellt ist, unterscheidet sich das Kühlsystem 58 dieses Implementierungsbeispiels von dem in 5 dargestellten Kühlsystem 55 dadurch, dass die Sicherung 57 zwischen dem zweiten Anschluss 22 des Schutzelements 14 und dem Masseanschluss 17 (der Masseleitung c) liegt.
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Bei der Konfiguration dieses Kühlsystems 58 nach 6 schließt, wie in Verbindung mit den 1 bis 4 erläutert wurde, die Schalteinheit 23 als Kurzschlusseinrichtung des Schutzelements 14 (14a oder 14b) intern den ersten Anschluss 32 und den zweiten Anschluss 34 (vgl. 2 oder 3(a), 3(b) und 3(c)) kurz, wenn eine durch eine Abnormalität des internen Elements (der Steuerung 13, des Schaltelements 12 oder dergleichen) der Steuereinheit 59 verursachte Überhitzung auftritt.
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Im Ergebnis spricht die zwischen dem zweiten Anschluss 22 des Schutzelements 14 und dem Masseanschluss 17 (der Masseleitung c) innerhalb der Steuereinheit 59 liegende Sicherung 57 auf einen in der kurzgeschlossenen Schaltung des Schutzelements 14 fließenden Strom an, um einen Strompfad zu unterbrechen, dem von der Spannungsquelle 15 her Leistung zugeführt wird, und der sämtliche Schaltungen auf der Masseseite vereint, so dass das gesamte Kühlsystem 58 angehalten wird.
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In dem oben beschriebenen Implementierungsbeispiel 2 oder 3 kann die Sicherung 57 eine Stromsicherung sein, oder aber eine betriebliche Stromunterbrechungseinrichtung wie zum Beispiel ein Relais oder dergleichen.
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Implementierungsbeispiel 4
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7 ist ein Blockdiagramm einer Steuerschaltung zum Steuern des Betriebs eines Kühlgebläsemotors als Implementierungsbeispiel 4. In der Konfiguration des in 7 dargestellten Kühlsystems 60 sind die gleichen Komponenten wie bei der Konfiguration des Kühlsystems 20 nach 1 mit gleichen Bezugszeichen wie in 1 versehen.
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In dem in 7 gezeigten Kühlsystem 60 unterscheidet sich die Konfiguration des Schutzelements 62 der Steuereinheit 61 von dem Schutzelement 14 der Steuereinheit 10 des in 1 gezeigten Kühlsystems 20. Funktionen/Aktionen der Konfiguration sind abgesehen von diesem Unterschied ähnlich dem in 1 dargestellten Fall. Daher wird auf ihre Erläuterung verzichtet.
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Das in 7 dargestellte Schutzelement 62 besitzt einen dritten Anschluss 63 zusätzlich zu dem ersten Anschluss 21 und dem zweiten Anschluss 22.
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Das Schutzelement 62 ist ähnlich wie in 1 insofern, als der erste Anschluss 21 mit einer Leitung b (der den Motor 11 und das Schaltelement 12 verbindenden Leitung) der Leitungen a und b der Plus- und Minuspole, die von der Spannungsquelle 15 zu dem Motor 11 führen, angeschlossen ist, und dass der zweite Anschluss 22 an eine Masseleitung d der Steuerung 13 und des Schaltelements 12 angeschlossen ist.
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Darüber hinaus ist das Schutzelement 62 ähnlich wie in 1 insofern, als der zweite Anschluss 22 an den festen Kontakt 34 der Schalteinheit 23 angechlossen ist. Allerdings ist bei diesem Implementierungsbeispiel der zweite Anschluss 22 außerdem über eine Sicherung 64 als Überstrom-Unterbrechungselement zusammen mit dem festen Kontakt 34 an den dritten Anschluss 63 angeschlossen und der dritte Anschluss 63 direkt mit der Masseleitung c verbunden. In anderen Worten: die Masseseite der Steuerung 13 und des Schaltelements 12 ist über den zweiten Anschluss 22, die Sicherung 64 und den dritten Anschluss 62 an die Masseleitung c angeschlossen.
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Wenn ein durch eine Abnormalität in dem internen Element (der Steuerung 13, dem Schaltelement 21 oder dergleichen) hervorgerufene Überhitzung in dieser Steuereinheit 61 auftritt, werden der bewegliche Kontakt 32 und der feste Kontakt 34 in der Schalteinheit 23 des Schutzelements 62 geschlossen, um einen Kurzschluss zwischen dem ersten Anschluss 21 und dem zweiten Anschluss 22 zu bilden, so dass ein in die Steuerung 13, das Schaltelement 12 oder dergleichen fließender Strom geringer wird und dadurch die Überhitzung der Steuereinheit 61 unterdrückt wird und außerdem die Steuereinheit 61 in einen sicheren Temperaturbereich gebracht wird.
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Wenn allerdings von der durch den Strom erzeugten Wärme ein Toleranzwert überschritten wird, schmilzt das Schutzelement 62 die Sicherung 64 zwischen dem zweiten Anschluss 22 und dem dritten Anschluss 63. Im Ergebnis wird die Steuereinheit 61 von der Spannungsquelle 15 abgetrennt, indem der Strom zwischen dem zweiten Anschluss 22 und dem dritten Anschluss 63 unterbrochen wird, und die Steuereinheit 61 wird in den sicheren Temperaturbereich gefahren. Zu dieser Zeit wird auch der Betrieb des Kühlsystems 60 gestoppt.
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Implementierungsbeispiel 5
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8 ist ein Blockdiagramm einer Steuereinheit zum Steuern des Betriebs eines Kühlgebläsemotors als Implementierungsbeispiel 5. In der in 8 gezeigten Konfiguration des Kühlsystems 65 sind die gleichen Komponenten wie bei der Konfiguration des in 7 gezeigten Kühlsystems 60 mit gleichen Bezugszeichen wie in 7 bezeichnet.
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In dem in 8 dargestellten Kühlsystem 65 unterscheidet sich ein Verfahren zum Verbinden des Schutzelements 62 der Steuereinheit 66 mit einer anderen Komponente von dem in 7 dargestellten Fall. Funktionen und Aktionen der Konfiguration außer diesem abweichenden Teil sind ähnlich wie in dem Fall nach 7. Daher entfallen Erläuterungen dieser Teile.
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In dem in 8 gezeigten Schutzelement 62 unterscheidet sich die Anschlussstelle 21 von derjenigen der Anordnung nach 7. In 8 ist nämlich der erste Anschluss 21 des Schutzelements 62 an die Pluspolseite angeschlossen, an der Leistung von dem Pluspolanschluss 16 der Leitungen der Plus- und Minuspole zwischen der Spannungsquelle 15 und der Steuereinheit 66 an die Steuerung 13 gegeben wird.
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Auch bei diesem Implementierungsbeispiel werden bei einer Überhitzung aufgrund einer Abnormalität des internen Elements (die Steuerung 13, das Schaltelement 21 oder dergleichen) in dieser Steuereinheit 66 der bewegliche Kontakt 32 und der feste Kontakt 34 in der Schalteinheit 23 des Schutzelements 62 geschlossen, um einen Kurzschluss zwischen dem ersten Anschluss 21 und dem zweiten Anschluss 22 zu bewirken, demzufolge ein in die Steuerung 13, das Schaltelement 12 oder dergleichen fließender Strom verringert wird, um die Überhitzung der Steuereinheit 61 zu unterdrücken, und die Steuereinheit versucht, in den sicheren Temperaturbereich überzugehen.
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Wenn allerdings durch die durch den Strom entstehende Hitze ein Toleranzwert überschritten wird, schmilzt das Schutzelement 62 die Sicherung 64 zwischen dem zweiten Anschluss 22 und dem dritten Anschluss 63. Im Ergebnis wird die Steuereinheit 61 von der Spannungsquelle 15 abgetrennt durch Unterbrechen des Stroms zwischen dem zweiten Anschluss 22 und dem dritten Anschluss 63, und die Steuereinheit 61 wird in den sicheren Temperaturbereich gefahren. Zu dieser Zeit wird auch der Betrieb des Kühlsystems 60 gestoppt.
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9(a) ist eine perspektivische Draufsicht auf ein Beispiel einer spezifischen Konfiguration des Schutzelements 62 mit dem Normally-OFF-Schalter als Schalteinheit 23 in den oben beschriebenen Implementierungsbeispielen 4 und 5. 9(b) ist die dazugehörige seitliche Schnittansicht.
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In den 9(a) und 9(b) sind nur die hier für die Beschreibung benötigten Komponenten derjenigen Komponenten beschrieben, die die gleiche Funktion haben wie die der Konfiguration der Blockdiagramme nach den 7 und 8, wobei diese Komponenten hier die gleichen Bezugszeichen tragen wie in den 7 und 8 und auf weitere außer den benötigten Erläuterungen verzichtet wird.
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Darüber hinaus ist der in den 9(a) und 9(b) dargestellte Aufbau eine Konfiguration, die implementiert ist durch neuerliches Bereitstellen des dritten Anschlusses 63, der über den ersten Anschluss 21 und über eine Überstrom-Schmelzeinheit 67 in der in 2 dargestellten Konfiguration implementiert wird. Dementsprechend werden nur für die folgende Beschreibung benötigte Komponente unter den Komponenten gleicher Funktion wie bei dem Aufbau nach 2 mit den gleichen Bezugszeichen wie in 2 versehen, und eine Erläuterung außer den für die benötigte Beschreibung erforderlichen Teilen entfällt.
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In dem Aufbau des Schutzelements 62 dieses Implementierungsbeispiels nach den 9(a) und 9(b) erhöht das Verbinden eines speziellen Temperaturschmelzelements an den ersten und den dritten Anschluss als Überstrom-Schmelzeinheit 67, die die Temperatursicherung bildet, nicht nur die Baugröße der Konfiguration, sondern auch das Ausmaß der Schwierigkeit einer Einbettungstechnik.
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Dementsprechend ist in der Überstrom-Schmelzeinheit 67 dieses Implementierungsbeispiels ein Teil der Querschnittsfläche des Anschlusselements 68, welches den ersten Anschluss 21 mit dem dritten Anschluss 63 verbindet, mit dem kleinstmöglichen Wert ausgebildet, um bei hoher Temperatur möglichst einfach zu schmilzen.
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Für ein Schutzelement allerdings, in das ein so starker Strom wie 25 A bei diesem Implementierungsbeispiel fließt, muss für ein Anschlusselement Kupfer verwendet werden, um den Widerstand im Strompfad herabzusetzen. Allerdings muss der Schmelzpunkt deshalb verringert werden, weil der Schmelzpunkt von Kupfer mit 1083°C einen hohen Wert hat.
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Zum Absenken des Schmelzpunkts ist es bevorzugt, das Schutzelement dadurch auszugestalten, dass man mindestens zwei Arten von metallischen Werkstoffen einer Zusammensetzung laminiert, die eine eutektische Legierung im hohen Temperaturbereich bildet. Da insbesondere Kupfer für das Anschlusselement benötigt wird, wie oben erläutert, wird Silber 69 mit einem Schmelzpunkt von 960°C auf den Umfang des minimalen Querschnittsbereichs des Anschlusselements 68 aus Kupfer aufgetragen.
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Im Ergebnis schreitet die Diffusion an der Grenzfläche zwischen Kupfer und Silber im hohen Temperaturbereich voran, und es wächst eine eutektische Organisation. Experimentell wurde gezeigt, dass der Schmelzpunkt auf 780°C absinkt.
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Darüber hinaus sind sowohl Kupfer als auch Silberwerkstoffe mit hoher Leitfähigkeit (IACS%). Das heißt, Kupfer hat 100%, wohingegen Silber 105% hat. Allerdings fällt die Leitfähigkeit einer eutektischen Zusammensetzung (72% Silber, 28% Kupfer) auf 77% ab.
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Folglich wird in der Überstrom-Schmelzeinheit 67 die minimale Querschnittsfläche eingestellt, und es werden derartige Einstellungen vorgenommen, dass ein Hochtemperaturbereich aufgrund des Eigenwiderstands stark ansteigt aufgrund der oben angesprochenen Diffusionsreaktion und des eutektischen Wachstums, was zu einem Schmelzen in einer Situation führt, in der eine Umgebungstemperatur etwa 200°C unter abnormalen Bedingungen beträgt, und ein starker Strom von etwa 30 A bis 50 A fließt, so dass die Funktionen der Steuereinheit 61 oder 66 in den 7 bis 8 implementiert werden können.
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Bei den oben beschriebenen Implementierungsbeispielen 1 bis 5 kann das durch eine Abnormalität in dem internen Element der Steuereinheit aktivierte Schutzelement derart konfiguriert sein, dass eine Erholung nach Maßgabe einer Temperatur eines mit Energie beaufschlagten Teils eingeschränkt wird, nachdem Maßnahmen zum Einstellen der Erholungstemperatur des Bimetalls auf eine vorbestimmte Umgebungstemperatur oder darunter vorgenommen wurden.
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In diesem Fall kann abhängig von einer auf die Umgebungstemperatur oder einen darunter liegenden Wert eingestellten Temperatur das Schutzelement derart eingerichtet werden, dass es nur einmal unter erwarteten Umgebungsbedingungen in Betrieb gesetzt wird.
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Bei den oben beschriebenen Implementierungsbeispielen ist die Pluspolseite es Motors direkt mit der Pluspolseite der Spannungsquelle verbunden, und die Minuspolseite des Motors ist über das Schaltelement in der Schaltungskonfiguration der Steuereinheit auf die Masseseite gelegt. Selbstverständlich kann jedoch die Pluspolseite des Motors über das Schaltelement an die Spannungsquelle angeschlossen sein, während die Minuspolseite des Motors direkt mit der Masseseite verbunden ist.
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Durch Ändern der Art und Weise der Verschaltung von Motor und Schaltelement mit der Spannungsquelle und mit Masse implementierte Konfigurationen sind in den 11 bis 15 dargestellt. 11 ist eine schematische Darstellung einer Abänderung gemäß 1, 12 ist eine schematische Darstellung einer Abänderung entsprechend 5, 13 ist eine schematische Darstellung einer Abänderung entsprechend 6, 14 ist eine schematische Darstellung einer Abänderung entsprechend 7, und 15 ist eine schematische Darstellung eine Abänderung entsprechend 8.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Die vorliegende Erfindung ist anwendbar auf eine Steuereinheit mit einem Schutzelement vom unter Normalbedingungen offenen Typ (Normally-OFF-Typ), welches einen zu schützenden Schaltkreis vor einer Beschädigung durch Überhitzung schützt durch Schließen von Kontakten bei abnormaler Temperatur.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stromversorgungsbatterie
- 2
- Motor
- 3
- Motorsteuereinrichtung (Steuereinrichtung für elektrisches Motorkühlgebläse)
- 4
- Steuerung
- 5
- Schaltelement
- 6
- Steuersignal
- 10
- Steuereinheit
- 11
- Motor
- 12
- Schaltelement
- 13
- Steuerung
- 14(14a, 14b)
- Normally-OFF-Schutzelement (Schutzelement)
- 15
- Spannungsquelle
- 16
- Pluspolanschluss
- 17
- Masseanschluss
- 18
- Betriebssteueranschluss
- 19
- Signaleingangsanschluss
- 20
- Kühlsystem
- 21
- erster Anschluss
- 22
- zweiter Anschluss
- 23
- Schalteinheit
- 25
- kastenförmiges Gehäuse
- 26
- Isolierfüllstoff
- 27
- Gehäusung
- 28
- Bimetall
- 29
- bewegliche Platte
- 31a, 31b
- Isolierelement
- 32
- beweglicher Kontakt
- 33
- konkaver Teil
- 34
- fester Kontakt
- 26
- Isolierfüllstoff
- 27
- Gehäusung
- 35
- interne Einheit
- 36
- konvexes Unterseitenteil
- 37
- Bimetall
- 38
- elastisches Leitungsplattenteil
- 39
- Isolier-Fixierelement
- 41
- erstes Anschlusselement
- 42
- Noppen
- 43
- Anschlagvorsprung
- 44
- zweites Anschlusselement
- 45
- Dummyanschluss
- 46(46a, 46b, 46c, 46c)
- Langlöcher
- 47(47a, 47b)
- bogenförmige Ausschnitte
- 48
- Haltelöcher
- 49
- Loch
- 51 (51a, 51b)
- Klauenteile
- 52
- konvexer Teil
- 53(53a, 53b, 53c, 53d)
- Einführfüße
- 55
- Kühlsystem
- 56
- Steuereinheit
- 57
- Sicherung
- 58
- Kühlsystem
- 59
- Steuereinheit
- 60
- Kühlsystem
- 61
- Steuereinheit
- 62
- Schutzelement
- 63
- dritter Anschluss
- 64
- Sicherung
- 65
- Kühlsystem
- 66
- Steuereinheit
- 67
- Überstrom-Schmelzeinheit
- 68
- Anschlusselement
- 69
- Silber
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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