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Schaltungsanordnung für einen Elektromotor Die Erfindung bezieht sich
auf eine Schaltungsanordnung für einen Elektromotor mit einem veränderbaren Widerstand
im Betriebsstromkreis.
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In manchen Anwendungsfällen ist es notwendig oder erwünscht, den Einschaltstrom
eines Motors zu begrenzen. So könnte beispielsweise durch den hohen Einschaltstrom
eines permanenterregten Gleichstrommotors eine Batterie in unzulässiger Weise belastet
werden. Auch stört in manchen Fällen das aufgrund eines zu schnellen Anlaufs des
Motors entstehende Geräusch.
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Zur Vermeidung dieser Nachteile hat man beispielsweise bei elektromotorischen
Antrieben in den Betriebsstromkreis des Motors einen veränderbaren ohmschen Widerstand
geschaltet,
mittels dessen der Betriebsstrom stufenweise oder kontinuierlich
erhöht werden kann. Bei komplizierteren Schaltungsanordnungen wird der Betriebsstrom
dem Motor impulsweise zugeführt und in der Anlaufphase das Tastverhältnis verändert.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung für einen Elektromotor
zu schaffen, durch die auf einfache Weise der Einschaltstromstoß begrenzt und ein
sprunghaftes Anlaufen des Motors vermieden wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß
dadurch gelöst, daß der Widerstand im Betriebsstromkreis temperaturabhängig ist,
wobei sich der Widerstandswert bei höherer Temperatur aufgrund einer Eigenerwärmung
erniedrigt.
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Ein solcher temperaturabhängiger Widerstand, also ein Heißleiter,
hat bei niedrigen Temperaturen einen hohen Widerstandswert, so daß der Einschaltstromstoß
gedämpft ist. Durch den Einschaltstrom wird aufgrund einer Eigenerwärmung die Temperatur
des Widerstandes zunehmend erhöht, so daß sich dessen Widerstandswert verringert.
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Damit wird der Betriebsstrom wieder größer und erwärmt den Widerstand
auf eine noch höhere Temperatur. Der Endzustand ist schließlich-dann erreicht, wenn
zwischen der aufgenommenen elektrischen Leistung und der abgegebenen thermischen
Leistung ein Gleichgewichtszustand vorliegt. Der Widerstandswert des eißleiters
beträgt dann nur noch Bruchteile von einem Ohm, so daß große Verluste in diesem
Vorwiderstand nicht entstehen. Bei Verwendung eines solchen temperaturabhängigen
Widerstandes erhöht sich also der Betriebsstrom kontinuierlich in wenigen Sekunden
bis auf einen Endwert.
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In Abhängigkeit von dem maximalen Betriebsstrom oder der Motorleistung
wird man gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der
Erfindung mehrere
derartige temperaturabhängige Widerstände parallelschalten, wobei vorzugsweise diese
Widerstände ausgesuchte Exemplare mit wenigstens annähernd gleicher Kennlinie sein
sollen, die in gutem thermischen Kontakt mithin ander angeordnet werden.
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An Stelle mehrerer parallelgeschalteter Widerstände kann man auch
einen Hochleistungs-Heißleiter verwenden.
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Eine derartige Schaltanordnung ist besonders für den Motor eines Kühlungsgebläses
einer Verbrennungskraftmaschine geeignet. Es hat sich nämlich gerade bei diesem
Anwendungsfall gezeigt, daß ein sehr schnelles Anlaufen des Sühlungsgebläses mit
besonders hohen Geräuschen verbunden ist. Dies stört vor allem deshalb, weil üblicherweise
das Gebläse in Abhängigkeit von der Temperatur des Kühlers der Verbrennungskraftmaschine
selbsttätig eingeschaltet wird und damit der Fahrer des Kraft fahrzeuges unvermutet
diesem Geräusch ausgesetzt ist, wodurch er unter Umständen von der Beobachtung des
Verkehrs abgelenkt wird. Darüber hinaus muß berücksichtigt werden, daß in diesem
Anwendungsfall üblicherweise das Gebläse sich gerade auch bei haltendem Fahrzeug
einschaltet, denn die Verbrennungskraftmaschine erwärmt sich aufgrund des auftretenden
Wärmestaus nach dem Anhalten. Durch das bisher übliche sehr schnelle Anlaufen des
Gebläses und das damit verbundene hohe Geräusch wurden bereits am Fahrzeug vorbeigehende
Passanten erschreckt.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist für diesen
Anwendungsfall der temperaturabhängige Widerstand in Reihe mit einem Thermostatschalter
in den Betriebsstromkreis geschaltet, der den Betriebsstromkreis bei überschreiten
einer bestimmten Temperatur der Verbrennungskraftmaschine schließt und bei Unterschreiten
einer bestimmten Temperatur
unterbricht. Dadurch werden die zuvor
erwähnten Nachteile wirksam vermieden, denn aufgrund des sich kontinuierlich erhöhenden
Betriebsstromes läuft der Motor nur langsam an und verursacht deshalb kein plötzlich
auftretendes, starkes Geräusch.
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Bei einer anderen noch einfacheren Weiterbildung der Erfindung wird
der temperaturabhängige Widerstand In thermischem Kontakt mit einem Bauteil angeordnet,
dessen Temperatur von der Temperatur der Verbrennungskraftmaschine abhängig ist.
Dann kann der übliche Thermostat3chalter entfallen, denn der temperaturabhängige
Widerstand Ublrnlmmb ssl die Ein-und Ausschaltfunktion als auch die Aniaufstrombegrenzung.
Bei dieser Weiterbildung ist ein Widerstand von Vorteil, der bei einer Temperatur
von etwa 80° einen Widerstandswert kleiner als ein Ohm und bei einer Temperatur
von ca. 200 bereits einen Widerstandswert von mehreren Kiloohm aufweist. Der verwendete
Heißleiter muß also einen sehr großen B-Wert aufweisen.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand zweier in der Zeichnung dargestellter
Ausführungsbeispiele erläutert. In den Abbildungen ist mit 10 die Batterie eines
Kraftfahrzeuges, mit 11 ein Thermostatschalter, mit 12 und 13 jeweils ein temperaturabhängiger
Widerstand, nämlich ein Heißleiter> und mit 14 ein permanenterregter Gleichstrommotor
bezeichnet, der zum Antrieb des Lüfters 15 eines nicht näher dargestellten Motorkühlungsgebläses
dient.
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Die beiden temperaturabhängigen Widerstände 12 und 13 sind elektrisch
parallelgeschaltet und darüberhinaus in gutem thermischen Kontakt zueinander angeordnet.
Sie sollen wenigstens annähernd die gleichen Kenndaten bzw. Kennlinien aufweisen,
damit sie den anwachsenden Betriebsstrom je zur Hälfte übernehmen.
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Die Widerstände 12 und 13 sind in Reihe mit dem Thermostatschalter
11 in den Betriebsstromkreis des Motors geschaltet, so daß die Schaltungsanordnung
folgendermaßen arbeitet: Sobald sich die TemPeratur der Verbrennungskraftmaschine
auf einen bestimmten Wert erhöht, wird über den Thermostatschalter 11 der Betriebs
stromkreis geschlossen. Zu diesem Zeitpunkt haben die temperaturabhängigen Widerstände
12 und 13 einen hohen Widerstandswert, denn deren Temperatur ist vergleichsweise
niedrig. Nach dem Schließen des Betriebsstromkreises fließt daher nur ein geringer
Anlaufstrom, der jedoch ausreicht, die Widerstände zunehmend zu erwärmen, wodurch
sich gleichzeitig auch der Anlaufstrom erhöht. Dadurch wird schließloch bei Erreichen
eines bestimmten Betriebsstromwertes der Elektromotor 14 langsam mit zunehmender
Drehzahl anlaufen.
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Die Widerstände sind nun derart dimensioniert, daß im elektrothermischen
Gleichgewicht sich deren Widerstandswert so erniedrigthsben,daß der Motor mit seiner
Nenndrehzahl läuft.
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Die Verbrennungskraftmaschine wird.dadurch gekühlt, so daß sich deren
Temperatur erniedrigt. Bei einer bestimmten Temperatur unterbricht dann schließlich
der Thermostatschalter 11 den Betriebsstromkreis und der Elektromotor 14 läuft aus.
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Damit kühlen die temperaturabhängigen Widerstände wieder bis auf einen
Wert ab, in dem sie einen hohen Widerstand in der Größenordnung von einigen Kiloohm
aufweisen. Mit einer derartigen Schaltungsanordnung wird also der Einschaltstromstoß
wirksam gedämpft und ein zu starkes und plötzlich auftretendes Anlaufgeräusch des
Kühlungsgebläses für die Verbrennungskraftmaschine vermieden.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 entfällt der Thermostatschalter
und der temperaturabhängige Widerstand 13 ist
in thermischem Kontakt
mit einem Bauteil angeordnet, dessen Temperatur von der Temperatur der Verbrennungskraftmaschine
abhängig ist bzw. dieser entspricht. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist
der temperaturabhängige Widerstand 12 an dem Kühler 20 der Verbrennungskraftmaschine
befestigt.
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Diese Schaltungsanordnung nach Fig. 2 arbeitet in der Weise, daß der
temperaturabhängige Widerstand 12 sowohl die Ein- und Ausschaltfunktion als auch
die Strombegrenzung übernimmt. Die Verhältnisse sind dabei so gewählt, daß sich
der Widerstandswert des Widerstandes 12 bei einer bestimmten Temperatur des Kühlers
20 auf einen solchen Wert erniedrigt hat, daß der Elektromotor 14 langsam anläuft.
Durch dieses Anlaufen wird nun die Kühlertemperatur herabgesetzt, gleichzeitig aber
durch den anwachsenden Anlaufstrom die Temperatur des Widerstandes 12 erhöht, so
daß auch der Betriebsstrom anwachsen kann und damit die Kühlwirkung durch das Gebläse
verstärkt wird.
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Wenn schließlich durch die verbesserte Kühlwirkung die Kühlertemperatur
wieder abnimmt, wirkt sich dies auch auf die Temperatur des Widerstandes 12 aus.
Dessen Widerstandswert vergrößer sich dann, so daß der Betriebsstrom zunehmend kleiner
wird und schließlich einen Wert erreicht, in dem der Elektromotor 14 nicht mehr
läuft.
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Abschließend sei noch erwähnt, daß in Abhängigkeit von der aufgenommenen
Leistung des Elektromotors 14 natürlich mehrere temperaturabhängige Widerstände
parallelgeschaltet werden können. Andererseits ist auch die Verwendung eines Hochleistungs-Heißleiters
möglich.