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Der Offenbarungsgegenstand betrifft eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren zum Erzeugen zyklisch aufeinanderfolgender Stromimpulse an zu reinigenden Kontakten eines Sollwertwächters.
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Kontakte, insbesondere bei Temperaturwächtern ändern sich aufgrund von Kontaktkorrosion resultierend aus Feuchtigkeits- und Temperatureinwirkung, so dass sich die erforderlichen Kontakteigenschaften nach und nach verschlechtern. Aus dem Stand der Technik sind dazu zwei generelle Verfahren zur Vermeidung der Korrosionsbildung an Kontaktstellen bekannt. Der sogenannte Reinigungsprozess den man auch als den Freibrennungsprozess bezeichnet. Dieser Reinigungsprozess wird mit Überspannung an den Kontaktstellen oder durch einen hohen Stromfluss über die Kontaktflächen erreicht. Dabei wird der Reinigungsprozess zeitlich getrennt zur Signalabfrage und mit derselben Amplitudenhöhe am Kontakt durchgeführt, um eine nachteilige Einflussnahme infolge der Strom- und Spannungseinprägung auf die Signalabfrage zu vermeiden.
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Aus der
DE 3910405 A1 ist zum Beispiel eine Schaltungsanordnung zum Steuern der elektrischen Leistung für einen Verbraucher bekannt, bei der mit Hilfe eines mechanischen Codierschalters ein elektrischer Sollwert eingestellt wird und dieser Sollwert abgefragt wird und bei der die mechanischen Kontakte mit Hilfe von Stromimpulsen gereinigt werden, wobei die Abfragestromimpulse und die Reinigungsstromimpulse zeitlich getrennt voneinander erfolgen.
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Aus der
DE 101 24 910 A1 ist ein gattungsbildendes Verfahren zum Erfassen von Schaltzuständen eines Betätigungselementes eines Kraftfahrzeuges bekannt, bei dem eine mit den Bedienelementen verbundene Stromquelle einen gepulsten Freibrennstrom erzeugt, wobei die Pulsdauer bzw. die Wiederholungsrate dieses gepulsten Freibrennstromes und dessen Amplitude so gewählt werden, dass ein ausreichender Wert des Freibrennstromes zur Verfügung steht und ein ausreichendes Spannungssignal zur Erfassung des Schaltzustandes des Bedienelementes geliefert wird.
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Ferner ist aus der 100 43 755 A1 ein Verfahren zum Erfassen von Schaltzuständen eines Betätigungselementes einer Kraftfahrzeugelektronik mit einer Bewertungseinheit bekannt, bei dem der Schaltzustand mittels einer schaltbaren Energiequelle mit einer Energiestärke abgefragt wird, so dass ein zu schaltender Strom im Wesentlichen im Bereich einer Nennstromstärke des Betätigungsmittels liegt, um damit ein Freibrennen der Kontakte des Schalters zu bewirken, so dass einer Schlechtkontaktierung aufgrund von Verschmutzung bzw. Verrußung der Kontakte vorgebeugt werden kann.
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Aus der
EP 1 240 654 B1 ist ein Verfahren zur Erzeugung eines Freibrennstromes bekannt, bei welchem mehrere Schalter hinsichtlich ihrer Schalterstellung überwacht werden und bei geschlossenem Schalter ein PWMmodulierter Freibrennstrom über die geschlossenen Kontakte geführt wird, wobei die Höhe dieses Freibrennstromes in Abhängigkeit der Anzahl der geschlossenen Schalter eingestellt wird. Wenn auch bei diesen oben beschriebenen bekannten Verfahren während des geschlossenen Zustandes die Bestromung des Schalters nicht kontinuierlich, sondern mit einem PWMmodulierten Strom erfolgt, ist bspw. bei über eine lange Zeitdauer geschlossenen Schaltern bzw. Betätigungselementen ein hoher Stromverbrauch in Kauf zu nehmen.
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Die zuvor genannten Verfahren lassen sich einerseits nicht ohne weiteres auf Temperaturwächter und deren Kontakte übertragen und besitzen auch diverse Nachteile, die es zu umgehen gilt.
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Nachteilig ist zum einen, dass die Signalabfrage der Auswerteschaltung bei den Verfahren nur zyklisch erfolgt, da der erforderliche Reinigungsstrom den Messwert bei der Signalabfrage verfälscht. Ferner wird entweder zusätzlich eine Auswertespannung zur Kontaktbewertung benötigt oder muss beim Freibrennvorgang ein erhöhter Gleichstrom über eine längere Zeit fließen.
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Ebenso sind Synchronisationsvorgänge zwischen dem Messen und Freibrennen nötig, die es zu vermeiden gilt. Weiter wünschenswert ist der Entfall von Zusatzschaltungen für die Überspannungserzeugung für den Freibrennprozess.
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Dem Offenbarungsgegenstand liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, vorbesagte Nachteile zu überwinden und eine verbesserte Vorrichtung sowie ein verbessertes und einfach zu realisierendes Verfahren vorzuschlagen, um die Kontaktkorrosion und Kontaktverschmutzung sowie die damit einhergehenden Qualitätsverluste der Kontakte zu reduzieren bzw. die Kontaktqualität über einen längeren Zeitraum auf hohem Niveau erhalten zu können.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Ein Grundgedanke des Offenbarungsgegenstands liegt darin eine Schaltungsanordnung zur Steuerung des Freibrennungsvorganges direkt in den Signalkreis des Thermowächters zu integrieren. Dabei ist insbesondere eine zyklische Reinigung der Kontakte vorgesehen, die zeitgleich mit der Signalabfrage durchgeführt wird, so dass diese kontinuierlich stattfinden kann.
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Erfindungsgemäß ist hierzu eine Schaltungsanordnung zum Erzeugen zyklisch aufeinanderfolgender Stromimpulse an zu reinigenden Kontakten eines Sollwertwächters (wie z. B. eines Sensors oder Temperaturwächters) vorgesehen, der zum kontinuierlichen Abfragen eines zu überwachenden Sollwertsignals (z. B. die Motortemperatur) einen Signalstromkreis mit einem Widerstand R1 ausbildet und dieser Widerstand das Verhalten eines Schaltwächters aufweist, der sich im Sollbereich (Sollwert zwischen unterem und oberem Grenzwert) eines zu überwachenden Sollwertes im sperrenden d. h. im hochohmigen Zustand und außerhalb dieses Sollbereichs in einem eine Steuerstrom durchlassenden d. h. niederohmigen Zustand befindet, wobei die Schaltungsanordnung mit dem Signalstromkreis integriert ausgebildet ist und wobei die Kontakte mit Hilfe von zyklischen Stromimpulsen gereinigt werden während die zyklischen Stromimpulse jeweils zeitgleich mit der Signalabfrage des Sollwertes im Signalstromkreises von der Schaltungsanordnung erzeugt werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist hierzu vorgesehen, dass im Signalstromkreis (zur Abfrage der Sollwerte) der Widerstand R1 vor dem Eingang eines Optokoppler geschaltet ist und bei Durchlass eines Steuerstrom einen im Optokoppler integrierten den Schaltkreis bzw. den Leitungszweig im Schaltkreis durchschaltenden Fototransistor mittels der aufleuchtenden d.h. bestromten LED des Optokopplers durchgesteuert wird.
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Weiter vorteilhaft ist es, wenn im Leitungszweig des Schaltkreises ein erster Widerstand R7 und dazu in Serie ein Mess-Widerstand R11 integriert ist und eine Messvorrichtung vorgesehen ist, um aus dem Messwert des Stroms oder der korrespondierenden Spannung an dem Mess-Widerstand den Durchlasszustand oder den Sperrzustand des Widerstands R1 zu ermitteln.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schaltungsanordnung ferner folgende Komponenten aufweist:
- a. einen Komparator,
- b. einen Mosfet dessen Steueranschluss mit dem Ausgang des Komparators verbunden ist, um abhängig von der angelegten Spannung am Komparator den Mosfet durchzuschalten,
- c. einen ersten elektrisch aufladbaren Energiespeicher (vorzugsweise gebildet aus zwei parallel geschalteten Kondensatoren C1, C4) mit einem ersten Anschluss zwischen dem Widerstand (der das Verhalten eines Schaltwächters aufweist) und dem Eingang des Optokopplers und einem zweiten Anschluss, der sowohl mit zwei in Parallelschaltung verbundenen Lade-Widerständen als auch mit dem Ausgang des Mosfets verbunden ist,
- d. einen zweiten elektrisch aufladbaren Energiespeicher (vorzugsweise einen Kondensator C2) der an einem Anschluss mit dem Komparator und an dem anderen Anschluss mit einem geeignet proportionierten Vorwiderstand verbunden ist,
- e. wobei der Lade-Widerstand für den ersten Energiespeicher abhängig von wenigstens einem eine Umgebungsbedingung repräsentierenden Messwert, seinen Widerstandswert ändert, so dass sich dadurch die Auflade und Entladezeit des ersten und /oder zweiten Energiespeichers jeweils so verändert, dass sich in der Folge die Zykluszeit und/oder die Amplituden der von der Schaltungsanordnung erzeugten zyklischen Stromimpulse entsprechend ändern.
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Es ist weiter mit Vorteil vorgesehen, dass der Lade-Widerstand für den ersten Energiespeicher ein Widerstand eines Sensors darstellt, vorzugsweise eines Temperatursensors oder eines Feuchtesensors.
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Weiter vorteilhaft ist es, wenn bei ansteigendem Messwert der Widerstand des Lade-Widerstands für den ersten Energiespeicher abnimmt und umgekehrt bei sinkendem Messwert der Widerstand zunimmt, so dass dies einerseits einen Einfluss auf dessen Spannungspegel und in der Folge auf die Zykluszeit der Stromimpulse hat.
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In einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schaltung ist vorgesehen, dass die Schaltungsanordnung ferner folgende Konfiguration aufweist, nämlich wenigstens einen Spannungsteiler aus zwei Widerständen R3, R4, wobei der Mittelabgriff des Spannungsteilers mit dem Eingang des genannten Komparators verbunden ist und der eine Widerstand des Spannungsteilers mit dem Anschluss des zweiten aufladbaren Energiespeichers verbunden ist, so dass sich je nach Ladepegel des zweiten Energiespeichers das angelegte Potential am Eingang des Komparators verändert.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen zyklisch aufeinanderfolgender Stromimpulse an zu reinigenden Kontakten eines Sollwertwächters mit einer wie zuvor beschriebenen Schaltungsanordnung, wobei sich die Zykluszeit und/oder die Amplituden der von der Schaltungsanordnung erzeugten zyklischen Stromimpulse in Abhängigkeit von einem eine Umgebungsbedingung repräsentierenden Messwert, der mittels eines Sensors der Schaltung erfasst wird, bestimmungsgemäß ändert.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn im Fall, dass ein Strom über die LED des Optokopplers im niederohmigen Durchlasszustand des Widerstands R1 fließt und diese den Fototransistor des Optokopplers durchsteuert, wodurch der Leitungszweig im Schaltkreis, umfassend die Widerstände R7 und R11 von Strom durchflossen wird und dadurch am Widerstand R11 mittelbar die Durchlass- oder Sperrstellung des Widerstands R1 detektiert wird, wobei über Lade-Widerstände zwei voneinander getrennte aufladbare elektrische Energiespeicher jeweils aufgeladen werden und durch Änderung des veränderlichen Lade-Widerstands in Abhängigkeit einer Umgebungsbedingung der jeweilige Lade-Zustand des ersten Energiespeichers stärker beeinflusst wird, als der Lade-Zustand des zweiten Energiespeichers, welcher ausgebildet ist die Periodendauer der Stromimpulse zu bestimmen, wobei bei abnehmendem Lade-Widerstand am ersten Energiespeicher, aufgrund einer sich ändernden Umgebungsbedingung der erste Energiespeicher vor dem Entladevorgang über den Widerstand auf eine vergleichsweise höhere Spannung aufgeladen wird, bis der zweite Energiespeicher die Refrenzspannungshöhe, die mit einem Spannungsteiler gebildet aus den Widerständen R3 und R4 für den Komparator eingestellt wird, erreicht und bei Überschreiten der Spannungshöhe am Energiespeicher im Aufladeprozess der Referenzspannung des Komparators der Ausgang des Komparators auf High-Pegel-Höhe gezogen wird, wodurch ein damit verbundener Mosfet durchgesteuert wird und dadurch wiederum der erste Energiespeicher zur Erzeugung eines Stromimpulses direkt über den Widerstand entladen wird.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die überprüfte Umgebungsbedingung die Umgebungstemperatur ist, wobei bei steigender Umgebungstemperatur der erste Energiespeicher auf einen vergleichsweise zu einer niedrigeren Umgebungstemperatur weiter erhöhten Spannungspegel bei gleichzeitig verkürzter Periodendauer aufgeladen wird, wodurch die Anzahl der Entladevorgänge über den Widerstand(R1 pro Zeitintervall erhöht wird, was zu einer kürzeren Zykluszeit der zur Reinigung der Kontakte erzeugten Stromimpulse führt.
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Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:
- 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung;
- 2 ein Diagramm mit Reinigungsstromimpulsen bei einer Umgebungstemperatur von -40° C und
- 3 ein Diagramm mit Reinigungsstromimpulsen bei einer Umgebungstemperatur von 100° C.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines ausgewählten Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die Figuren 1 bis 3 näher erläutert.
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In der 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 1 gezeigt. Die Schaltungsanordnung 1 ist ausgebildet zum Erzeugen zyklisch aufeinanderfolgender Stromimpulse I1, ...In, wie diese beispielhaft für zweit unterschiedliche Umgebungstemperaturen in den 2 und 3 gezeigt sind. Bei der Umgebungstemperatur von -40° C, wie in der 2 ersichtlich, ist die Anzahl der von der Schaltungsanordnung 1 erzeugten Stromimpulse pro Zeitintervall geringer, als im Fall der Umgebungstemperatur von 100° C. Mit der jeweils gestrichelten Linie TW ist das Temperaturwächter-Überwachungssignal dargestellt, welches gleichzeitig mit der Erzeugung der Stromimpulse, davon unbeeinflusst zeitgleich erfasst werden kann.
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Die Schaltungsanordnung leitet die besagten Stromimpulse I1, ...In an die zu reinigenden Kontakte des Sollwertwächters, der zum kontinuierlichen Abfragen eines zu überwachenden Sollwertsignals V1 einen Signalstromkreis SIK mit einem Widerstand R1 ausbildet und der Widerstand R1 das Verhalten eines Schaltwächters aufweist, der sich im Sollbereich eines zu überwachenden Sollwertes im sperrenden hochohmigen Zustand und außerhalb dieses Sollbereichs in einem eine Steuerstrom durchlassenden niederohmigen Zustand befindet.
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Ein Temperaturwächter, stellt in seiner Funktion einen NC-Kontakt in Relais-Betrachtung dar. Dieser wird z. B. in der Motor- bzw. in der Kältetechnik an einem Motor oder Kompressor positioniert. Wird die zulässige Temperatur (obere Sollwerttemperatur) an dem Temperaturwächter überschritten, so wird der Kontakt über die Bimetall-Auslenkung geöffnet. Das beschriebene Verhalten eines solchen Temperaturwächters wird in der Schaltungsanordnung nach 1 über die Widerstandshöhe des Widerstands R1 dargestellt. Die Quelle V1 beschreibt z. B. ein an die Kommutierungselektronik eines Motors angeschlossenes internes oder externes zu überwachendes Signal. Zur Signalquelle V1 ist ein Spannungsteiler aus den beiden Widerständen R3, R4 parallel geschaltet, wobei der Mittelabgriff (Mi) des Spannungsteilers mit dem Eingang eines Komparators U1 verbunden ist.
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Die Schaltungsanordnung 1 weist ferner einen Mosfet M1 auf, dessen Steueranschluss mit dem Ausgang des Komparators U1 (hier über eine Diode D2) verbunden ist, um abhängig von dem Spannungspegel am Eingang des Komparators U1 den Mosfet M1 durchzuschalten.
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Weiter sind die elektrisch aufladbaren Energiespeicher C1, C4 und C2 in Form von Kondensatoren in der Schaltung vorgesehen.
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Der erste aufladbare Energiespeicher ist aus der Parallelschaltung der beiden Kondensatoren C1, C4 gebildet zu denen jeweils ein Lade-Widerstand R6 bzw. R10 vorgeschaltet ist. Die Parallelschaltung der Kondensatoren C1, C4 ist mit einem ersten Anschluss A1 zwischen dem Widerstand R1 und dem Eingang des Optokopplers U2 angeschlossen und ist mit seinem zweiten Anschluss A2, mit der Parallelschaltung der Lade-Widerständen R6 und R10 als auch mit dem Ausgang des Mosfets M1 verbunden.
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Der zweite aufladbare Energiespeicher C2 ist ein einzelner Kondensator der mit seinem Anschluss A3 mit dem Komparator U1 (über den Spannungsteiler) und an dem anderen Anschluss A4 mit dem Lade-Widerstand R5 verbunden ist. Vor dem Lade-Widerstand R5 ist ein eine Diode D1 geschaltet.
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Der Optokoppler U2 umfasst in der Steuerstrecke eine Diode D3 und im Schaltkreiszweig des Schaltkreises SK einen Fototransistor F. Im Fall, dass ein Strom vom Widerstand R1 über die LED des Optokopplers U2 bei Durchlass des Widerstands R1 fließt, steuert diese den Fototransistor F durch, wodurch der Leitungszweig im Schaltkreis SK, umfassend die Widerständen R7 und R11 von Strom durchflossen wird und dadurch am Widerstand R11 mittelbar die Durchlass- oder Sperrstellung des Widerstands R1 detektiert wird.
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Der Lade-Widerstand R10 ändert abhängig von der Umgebungstemperatur T, seinen Widerstandswert, so dass sich dadurch die Auflade und Entladezeit des ersten und zweiten Energiespeichers C1, C4, C2 jeweils so verändert, dass sich in der Folge die Zykluszeit und die Amplituden der von der Schaltungsanordnung erzeugten zyklischen Stromimpulse I1, ...In entsprechend ändert, wie dies beispielhaft in den Figuren 2 und 3 für zwei unterschiedliche Temperaturen dar gestellt ist.
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Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht, so dass statt einem Temperaturwächter z. B. auch andere Sensoren verwendet werden könnten, wie z. B. ein Feuchtigkeitsfühler.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3910405 A1 [0003]
- DE 10124910 A1 [0004]
- EP 1240654 B1 [0006]
