DE2262691A1

DE2262691A1 - Elektronischer temperaturschalter

Info

Publication number: DE2262691A1
Application number: DE19722262691
Authority: DE
Inventors: Angelo Carbone; Hartmut Kronenberg
Original assignee: Mannesmann VDO AG
Current assignee: Mannesmann VDO AG
Priority date: 1972-12-21
Filing date: 1972-12-21
Publication date: 1974-06-27
Also published as: FR2211738B1; DE2262691B2; FR2211738A1; GB1425072A; DE2262691C3; IT1000491B; JPS4989091A

Description

VDO * 6 FRANKFURT/MAIN 90

ADOLF SCHINDLING GMBH T)O ι |_Λ GRÄFSTRASSE 103

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Elektronischer Temperaturscharter. £ £ O Z O «3 I

.Die Erfindung bezieht sich auf einen elektronischen Temperaturschalter mit einem Heißleiter als Temperaturfühler, der einen der vier Zweige einer Brücke bildet, in deren Nulldiagonalen eine Schaltstufe liegt, die beim Auftreten mindestens einer bestimmten, vorgegebenen Potentialdifferenz in der Nulldiagonalen betätigt wird.

Bei den bekannten Temperaturschaltern solchen Aufbaus befindet sich der Heißleiter im allgemeinen in einem und die elektronische Schaltung in einem anderen Gehäuse. Die beiden sind zumeist räumlich voneinander getrennt, angeordnet und über elektrische Leitungen miteinander verbunden. Da der Anschluß der Leitungen an die Gehäuse häufig mittels Steckverbindungen erfolgt, kann es geschehen, daß sich diese Steckverbindungen durch Erschütterungen, Vibrationen und dergleichen lösen. Dies tritt in erheblichem Umfang insbesondere in Kraftfahrzeugen auf, in denen derartige Temperaturschalter beispielsweise zur Steuerung des Lüfterraotors des Motorkühlsystems verwendet werden. Die Trennung der elektrischen Verbindung zwischen dem Heißleiter und der elektronischen Schaltung hai; zur Folge, daß in dem Brückenzweig, in dem sich normalerweise der Heißleiter befindet und der nunmehr unterbrochen ist, ein Widerstandswert auftritt, der über dem V/iderstandswert liegt, den der Heißleiter bei sehr niedrigen Temperaturen annimmt. Infolgedessen wird beispielsweise eine von dem Temperaturschalter gesteuerte Heizeinrichtung in Betrieb gesetzt oder eine Kühleinrichtung außer Betrieb gesetzt oder diese Einrichtungen bleiben in bzw. außer Betrieb, wenn sie zum Zeitpunkt der Leitungstrennung ausgeschaltet waren. Entsprechendes gilt für den Ausfall des Heizleiters selbst.

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Es ist bereits vorgeschlagen worden, diesen Effekt dadurch auszuschalten, daß anstatt eines Heißleiters ein Kaltleiter als Wärmefühler verwendet wird. Von Nachteil ist hierbei, daß Kaltleiter wegen ihrer relativ großen Toleranzen für eine Massenfertigung der Temperaturschalter wenig geeignet sind. Hinzu kommt, daß ihre Langzeitstabilität zu wünschen übrig läßt und wegen ihrer geringen Belastbarkeit zusätzliche schaltungstechnische Schutzmaßnahmen vorgesehen v/erden müssen, die sich ungünstig auf die Herstellungskosten auswirken.

Aufgabe der Erfindung ist es, Maßnahmen zu treffen» durch die der geschilderte unerwünschte Effekt wirksam und mit möglichst geringen Kosten sowie unter Berücksichtigung einer Massenfertigung der Temperaturschalter unterbunden wird. Ausgehend von dem eingangs beschriebenen Temperaturschalter" wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß am nulldiagonalseitigen Anschlußpunkt des den Heizleiter enthaltenden Zweiges ein Schwellwertschalter angeschlossen ist, der bei einem durch den Ausfall des HeizleiterbrUckenzweiges bedingten Auftreten eines bestimmten Potentialwertes in diesem Punkt die Schaltstufe betätigt.

Durch diese erfindungsgemäße Maßnahme wird erreicht, daß bei einem Ausfall des Heißleiterbrückenzweiges, bei dem der elektronischen Schaltung eine extrem niedrige Temperatur vorgespiegelt wird, die eigentliche Temperaturmessung umgangen und der Temperaturschalter in seinem Ausgang in einen Zustand versetzt wird, durch den gewährleistet ist, daß die der Schaltstufe nachgeschaltete Einrichtung in bzw. außer Betrieb gesetzt wird, je nachdem, ob es sich beispielsweise um eine Kühl- oder Heizeinrichtung handelt.

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In einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt der Schwellwertschalter zvrei In Reihe liegende, vorzugsweise ohmsche Hilfszweige, die parallel zur Stromquellendiagonalen der Brücke geschaltet sind, und einen Schalttransistor, über dessen Basis-Emitter-Strecke der nulldiagonalseitige Anschlußpunkt des Heißleiterbrückenzweiges mit dem Verbindungspunkt der beiden Hilfszweige verbunden ist und dessen Kollektor In Wirkverbindung mit· der Schaltstufe steht. Bei dieser Asuführungsform, die besonders einfach und billig ist, wird bei einem Ansteigen des Potentials am nulldiagonalεeitigen Anschlußpunkt des Heißleiterbrückenzweiges über einen bestimmten Grenzwert, der über den während des Normalbetriebes auftretenden Potentialwerten liegt und der durch entsprechende Dimension!erung der beiden Hilfszweige vorgebbar ist, der Transistor aus seinca Sperrzustand in seinen leitenden Zustand gesteuertund die Schaltstufe betätigt.

Unter Umständen kann es geschehen, daß der höchste, während des Normalbetriebes auftretende Potentialwert am nulldiagonalseitigen Anschlußpunkt des Heißleiterzweiges sehr nahe an den Potentialwert herankommt, der bei einem Ausfall des Heißleiterzweiges an diesem Punkt auftritt. In einem solchen Fall ist eine sichere Ansteuerung des Schalttransistors nicht mehr gewährleistet. Dies kann nach einem weiteren Gedanken der Erfindung dadurch behoben werden, daß dem Heißleiter ein Widerstand parallel geschaltet wird, der wesentlich kleiner als der .'"Widerstand des Heißleiters bei tiefen Temperaturen und wesentlich größer als der Widerstand des Heißleiters bei hohen Temperaturen ist.· Bei einem Temperaturschalter zur- Steuerung eines Lüftermotors eines Kraftfahrzeuges, der bei Erreichen einer Kühlwasserternperatur von ungefähr 90°C den Lüftermotor in Betrieb und bei Unterschreiten dieser Kühlwassertemperatur den Lüftermotor wieder außer Betrieb setzen soll, wurde ein Heißleiter verwendet, der bei dieser Temperatur einen Widerstand von ungefähr 100 Ohm und

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bei einer Temperatur von -4O⁰C einen Widerstand von ungefähr 10 Kiloohm besitzt. Bei einer Betriebsspannung von 12 Volt und einen Widerstand von 400 Ohm in dem mit dem Heißleiterzveig in Reihe liegenden Brückenzv/eig schwankt da? Potential ar. nulldiagonalseitigen Anschlußpunkt des Heißleiterzweiges sv.'isehen ungefähr 2,4 Volt und 11,5 Volt und steigt bei einem Ausfall des Heißleiterzweiges auf 12 Volt an. Durch Parallelrchalten eines Widerstandes von 1 Kiloohm zu dem Heißleiter kann das im Nomalbetrieb auftretende höchste Potential auf ungefähr 3 Volt herabgedrückt werden, v/odurch eine Potentialdifferenz von 4 Volt zur Ansteuerung des Transistors bei Ausfall des Heißleiterzweiges zur Verfügung steht.

In einer anderen Ausführungsform ist als Schwellwertschalter ein Operationsverstärker vorgesehen, der mit seinem nicht invertierenden Eingang direkt oder indirekt an der Brückenspeisespannung liegt, mit seinem invertierenden Eingang am nulldiagonalseitigen Anschlußpunkt des Heißleiterbrückenzweiges angeschlossen ist, der mit einer Hilfsspannungsquelle verbunden ist, deren Aus-Cangsspannung größer als die Brückenspeisespannung ist, und dessen Ausgang in Y/irkverbindung mit der Schaltstufe steht. line derartige Ausführungsform hat den Vorteil, daß auch bei geringen Differenzen zwischen dem höchsten, während des Norraalbetriebs auftretenden Potentialwert und dem bei einem Ausfall des Heißleiterbrückenzweiges am nulldiagonalseitigen Anschlußpunkt dieses Zweiges entstehenden Potentialwert kein Parallelwiderstand im Temperaturfühler vorgesehen werden muß. Dadurch besteht die Möglichkeit, kleine handelsübliche Temperaturfühler verwenden zu können. Von Nachteil ist, daß diese Ausführungsform etwas teurer als die oben beschriebene ist.

Die Erfindung sei anhand der Zeichnung, die zwei Ausführungsbeispiele enthält, näher erläutert. Es zeigen

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BAD ORIGINAL

Fig.1 ein Schaltbild eines Temperatuschalters rait einem Transistor als Schwellwertschalter und

Fig.-2 ein Schaltbild eines Temperatursehalters mit einem Operationsverstärker als Schwell-. wertschalter.

V.^rie aus dem Schaltbild der Figur 1 hervorgeht, enthält der Temperatuschalter eine Brücke 1 mit vier Zweigen 2,3,4 und 5. Im Zweig 2 der Brücke 1 befindet sich der Temperaturfühler 6, der einen Hdßleiter 7 und und einen zu diesem'parallel geschalteten Widerstand 8 aufweist, der wesentlich kleiner als der Widerstand des Heißleiters 7 bei tiefen Temperaturen und wesentlich größer als der Heißleiterwiderstand bei hohen Temperaturen ist. In den beiden Zweigen 3 und 4 ist jeweils ein Widerstand 9 bzw. 10 und im Zweig 5 sind zv/ei Widerstände und '12 vorhanden, von denen einer veränderbar ist. In der Nulldiagonalen der Brücke 1 liegt eine Schaltstufe 13, die einen Operationsverstärker 14, einen Schalttransistor 15 und ein Relais 16 mit,einem Arbeitskontakt 17 enthält. In dem den Arbeitskontakt 17 aufweisenden Ausgangskreis der Schaltstufe befindet sich der Verbraucher 18, der beispielsweise der Lüftermotor eines Kraftfahrzeuges ist.

Zur Stromquellendiagonalen der Brücke sind zwei in Reihe liegende Hilfszweige 19 und 20 parallel geschaltet. Jeder Hilfszweig bzw. 20 enthralt einen Widerstand 2.1 bzw. 22. Der Verbindungspunkt 23 der beiden Hilfszweige Ί9 und 20 ist mit dem nulldiagonalseitigen Anschlußpunkt 24 des Heißleiterbrückenzweiges über die Basis-Emitter-Strecke eines Schalttransistors 25 verbunden, die eine Schutzdiode 26 enthält. Der Kollektor des Schalttransistors 25 steht in Wirkverbindung mit.der Schaltstufe 13. In vorliegendem Fall steuert der Schalttransistor 25' den Transistor 15 an..

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Zur Erläuterung der Wirkungsweise des Temperaturschalters εei davon ausgegangen, daß der Verbraucher 1S der Lüftermotor eines Kraftfahrzeuges ist, der dann eingeschaltet v/erden soll, v/enn die Temperatur im Motorkühlsystem über 95⁰C steigt, und ausgeschaltet wird, v/enn die Temperatur im Motorkühlsystem unter 90⁰C fällt. Des weiteren sei angenommen, daß das Potential im Punkt 24 der Brücke 1 in Abhängigkeit von den am Temperaturfühler auftretenden Temperaturen bei einer Betriebsspannung von 12 Volt etwa zwischen 2 Volt - dies entspreche einer Temperatur von ungefähr 150 C - und S Volt - dies entspreche einer Temperatur von -AO⁰C - schwanke und bei Unterschreiten eines Potentials von 3,5 Volt (95⁰C) die Schaltstufe 13 im Sinne eines Schließens des Relaiskontakts 17 und bei überschreiten eines Potentials von 4 Volt (90⁰C) die Schaltstufe 13 im Sinne eines öffnens des Relaiskontakt? 17 betätigt werde.

Aus Vorstehendem wird klar, daß mit sinkender Temperatur das Potential im Punkt 24 der Brücke 1 steigt und infolgedessen der Lüftermotor abgeschaltet v/ird bzw. bleibt. Fällt nun der Brückenzweig 2 durch ein unbeabsichtigtes Lösen einer der Verbindungsleitungen zwischen dem Temperaturfühler 6 und der elektronischen Schaltung aus, so erhöht sich das Potential im Punkt 24 der Brücke 1 auf 12 Volt und der Lüftermotor würde ausgeschaltet oder ausgeschaltet bleiben, auch v/enn er nach den obigen Bedingungen eigentlich in Betrieb sein müßte. Dies würde zu einer erheblichen Beschädigung des Motors führen.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird dies wirksam unterbunden. Sobald nämlich bei dem erfindungsgemäßen Temperaturschalter das Potential im Punkt 24 über einen bestimmten, über 8 Volt liegenden Grenzwert, der durch die Wahl der Widerstände und 21 in den Hilfszweigen 19 und 20 einstellbar ist, steigt, wird der Schalttransistor 25 aus seinem Sperrzustand in seinen leitenden Zustand gesteuert, wodurch der Transistor 15 ebenfalls in

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seinen leitenden Zustand übergeht und der Relaiskontakt 17 geschlossen wird. Der Lüftermotor wird in Betrieb gesetzt und. bleibt, auch wenn dies die am Temperaturfühler 7 herrschende Temperatur nicht erfordern würde, in Betrieb, bis der Temperaturfühler 7 wieder ordnungsgemäß an die elektronische Schaltung angeschlossen ist. Falls der Fahrzeugführer'den Ausfall des Heißleiterbrückenzweiges nicht durch die Geräuschentwicklung des dauernd laufenden Lüftermotors erkennen kann, kann zusätzlich rine "arnlampe vorgesehen werden, die aufleuchtet, sobald der Transistor 25 leitend wird.

Der Temperaturschalter nach dem Schaltbild der Figur 2 enthält wiederum eine Brücke 1 mit den vier Zweigen 2,3,4- und 5, in denen sich der Temperaturfühler 6 mit dem Heißleiter 7 und die Widerstände 9 bis 12 befinden. In der Nulldiagonalen der Brücke liegt eine Schaltstufe 13a, die einen Operationsverstärker 14- und ein Relais 16 mit einem Arbeitskontakt 17 enthält. In Reihe mit dem Arbeitskontakt 17 ist wiederum der Verbraucher 18 geschaltet. Die Brücke wird mit einer Spannung U~ gespeist, die. kleiner ist als die Spannung IL,, die beispielsweise die Bordnetzspannung eines Kraftfahrzeugs darstellt. ; ^v

I-si dieser Ausführungsform ist als Schwellwertschalter ein als Komparator beschalteter Operationsverstärker 27 vorgesehen, der mit seinem nicht invertierenden Eingang direkt oder über einen kleinen ohmschen Widerstand sn der Brückenspeisespennung Uq liegt und mit seinem invertierenden Eingang am nulldiagonalseitigen Anschlußpunkt 24 des Heißleiterbrückenzweiges angeschlossen ist. Der Anschlußpunkt 24 liegt über einen Widerstand 26 an der Spannung U-g. Der Ausgang des Operationsverstärkers 27 ist mit den. nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 14 in der Schaltstufe 13a verbunden. -

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BAD

Die Schaltung ist so dimensioniert, daß während des Normaltetriebes Potentialschwankungen im Punkt 24 bis zu ungefähr Up auftreten können, ohne daß der Operationsverstärker 27 anspricht. Fällt dagegen der Heißleiterbrückenzv/eig 2 aus, so steigt dar Potential im Punkt 2h fiber die Spannung U₀ an. Dies hat zur Folge, daß der invertierende Eingang des Operationsverstärkers 27 auf ein höheres Potential zu liegen kommt als ε:" nicht invertierenden Eingang herrscht und er daher ein negatives Ausgangssignal an den nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 14 abgibt. Dadurch wird der Operationsverstärker 14 umgesteuert und das Relais 16 zieht an.

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Claims

Patentansprüche,

Λ.I Elektronischer Temperaturschalter mit einem Heißleiter als Temperaturfühler, der einen der vier Zweige einer Brücke bildet, in deren Nulldiagonalen eine Sehaltstufe liegt, die beim Auftreten mindestens einer bestimmten, vorgegebenen Potentialdifferenz in der Nulldiagonalen betätigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß am nulldiagonalseitigen Anschlußpunkt (24) des den Heißleiter (7) enthaltenden Zweiges (2) ein Schwellv/ertschalter (25,27) angeschlossen ist, der bei einem durch den Ausfall des Heißleiterbrückenzweiges (2) bedingten Auftreten eines - bestimmten Potentialwertes in diesem Punkt (24) die Schaltstufe (13,13a) betätigt.
2./ Temperaturschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellv/ertschalter zwei in Reihe liegende, vorzugsweise ohmsche Hilfszweige (20,21), die'parallel zur Stromquellendiagonalen der Brücke (1) geschaltet sind, und einen· · Schalttransistor (25) umfaßt, über dessen· Basis-Emitter-Strecke der nulldiagonalseitige Anschlußpunkt (24) des Heißleiterbrückenzweiges (2) mit dem Vefbindungspunkt (23) der beiden Hilfszweige (20,21) verbunden ist und dessen Kollektor in Wirkverbindung mit der Schaltstufe (13,13a) steht.
3./ Temperaturschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Heißleiter (7) ein Widerstand (8) .parallel geschaltet ist, der wesentlich.kleiner als der Widerstand des Heißleiters (7) bei tiefen Temperaturen und wesentlich größer als der Widerstand des Heißleiters (7) bei hohen Temperaturen ist.

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Temperaturschalter nach .Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Schwellwertschalter ein Operationsverstärker (27) vorgesehen ist, der mit seinem nicht invertierenden Eingang direkt oder indirekt an der Brückenspeisespannung (U₀) liegt, mit seinem invertierenden Eingang am nulldiagonalseitigen Anschlußpunkt (2h) des Heißleiterbrückenzv/eiges (2) angeschlossen ist, der mit einer Hilfsspannungsquelle verbunden ist, deren Ausgangsspannung (U„) größer als die Brückenspeisespannung (U_Q) ist, und dessen Ausgang in Wirkverbindung mit der Schaltstufe (13_f13a) steht.

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