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Steuereinrichtung für einen Elektromotor, insbesondere für einen Lüftermotor
in einem Kraftfahrzeug Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für einen Elektromotor,
insbesondere für einen lüftermotor in einem Kraftfahrzeug, mit Schutzwirkung beim
Überlasten und/oder Blockieren des Elektromotors gegen thermische Überlastung.
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Der elektrische Strom kann insbesondere bei Elektromotoren von Frischluft-
bzw. Heißluftgebläsen in Kraftfahrzeugen bei bestimmten Strömungsverhältnissen im
Gebläse und insbesondere auch bei völligem Blokieren des Elektromotors auf unzulässig
hohe Werte ansteigen, die eine Beschädigung des Elektromotors und der Stromversorgungseinrichtung
zur Folge haben können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine technisch einfache
und zuverlässig arbeitende Steuereinrichtung zu schaffen, die als Strombegrenzer
bei überLastetes oder gar bElokkiertem Elektromotor wirksam ist.
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Zur Lösung- dieser Aufgabe ist eine Steuereinrichtung der eingangs
genannten Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß eine dem Elektromotor
vorschaltbare und strombegrenzende Leistungsstufe vorgesehen ist, die in Steuerabhängigkeit
von einer Regeleinrichtung steht, die die Stromstärke des die Leistungsstufe durchfließenden
und dem Elektromotor zufließenden Speisestroms auf einen vorgegebenen konstanten
Wert regelt, und daß eine bistabile Kippstufe vorgesehen ist, die in Steuerabhängigkeit
von der Temperatur des;Elektromotors oder von den Speisestrom dieses Elektromotors
führenden Bauelementen der Leistungsstufe steht, die beim Überschreiten eines Schwellwertes
dieser Temperatur aus einem ersten Schaltzustand in einen zweiten Schaltzustand
kippt,
in dem sie die Zufuhr von Speise strom zum Elektromotor über
die Leistungsstufe unterbindet, und die mit einem Stellschalter wieder in den ersten
Schaltzustand rückstellbar ist.
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Die Stromstärke, auf die die Regeleinrichtung den Elektromotor regelt,
bestimmt die Betriebsstufe dieses Elektromotors und damit auch das Frischluft- bzw.
Heizluftgebläse.
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Steigt hingegen die Temperatur des Elektromotors oder der Bauelemente
der Leistungsstufe bei zu stark belastetem oder gar blockiertem Elektromotor über
einen Schwellwert, so wird die Speisestromzufuhr zum Elektromotor unter Einwirkung
der bistabilen Kippstufe abgeschaltet.
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Die Erfindung und ihre Vorteile seien anhand der Zeichnung an einem
Ausführungsbeispiel näher erläutert: Die Zeichnung zeigt das Schaltbild einer erfindungsgemäßen
Steuereinrichtung.
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In der Einrichtung nach Figur 1 ist der Antriebsmotor M eines Kraftfahrzeuglüfters
über die teitung 15 und einen ohmschen Widerstand Ril an einem Anschluß 3 für den
positiven Pol einer nicht dargestellten Stromquelle (Batterie) angeschlossen. Ferner
ist der einen Gleichstrommotor darstellende Antriebsmotor M über die >mitter-Kollektor-Strecke
eines npn-Transistors V1 mit dem Anschluß 6 für den negativen Pol der nicht dargestellten
Stromquelle verbunden. Der Transistor V1 bildet mit einem npn-Treibertransistor
V2 eine aus einer Darlington-Stufe bestehende Leisttmgsstufe der Einrichtung nach
Figur 1. Der Emitter des Transistors V1 liegt am Anschluß 6. Parallel zur Basis-Emitter-Strecke
des Transistors V1 ist ein ohmscher Basisableitwiderstand R1 geschaltet. Die Basis
des Transistors V1 liEt am Emitter des Treibertransistors V2, dessen Kollektor mit
dem Kollektor des Transistors VI verbunden ist Die Kollektoren beider
Transistoren
V1 und V2 liegen am Anschluß des Motors M.
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Der bewegliche Xontaktteil 1 eines als Stufenschalter ausgebildeten
Stellschalters S liegt über einen ohmschen Widerstand R3 am Anschluß 6 für den negativen
Pol der Stromquelle.
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Die ortsfesten Kontaktteile 5, 7 und 8 sind jeweils über einen ohmschen
Widerstand R21, R22 und R20 an der Verbindungsleitung zwischen einem ohmechen Widerstand
R18 und dem Emitter eines pnp-Dransistors Vlo angeschlossen. Der ohmsche Widerstand
R18 liegt am Anschluß 3 für den positiven Pol der nicht dargestellten Stromquelle.
Der Kollektor des Transistors ViO liegt über einen ohmschen Vorschaltwiderstand
R19 am beweglichen Kontaktteil 1 des Stellschalters S.
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Die Basis des Transistors V10 ist elektrisch leitend mit der Basis
eines weiteren pnp-Transistors V9 verbunden, dessen Emitter an der Leitung 15 des
Kollektors über den ohmschen Widerstand R16, zu dem ein ohmscher Widerstand R17
parallel schaltbar ist, am beweglichen Kontaktteil 1 des Stellschalters S angeschlossen
ist. Der Kollektor des Transistors V10 ist mit der Basis dieses Transistors VIO
kurzgeschlossen, während ein Kondensator C3 parallel zur Basis-Kollektor-Strecke
des Transistors V9 liegt.
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Die im wesentlichen durch die ohmschen Widerstände Ril und R18 mit
den Transistoren V9 und V1O gebildete Regeleinrichtung ist durch einen praktisch
als Regler wirksamen pnp-Transistor V5 ergänzt, dessen Emitter an der Leitung 15
und dessen Kollektor über einen ohmschen Vorschaltwiderstand R13 am Anschluß 6 angeschlossen
sind. Parallel zur Emitter-Basis-Strecke des Transistors V6 ist ein ohmscher Basis-Ableitwiderstand
R14 geschaltatO Perner liegt an der Basis des Transistors 76 die Anode einer Diode
V7, deren Kathode am Kollektor des Transistors V9 angeschlossen ist. An-der Leitung
15 ist schließlich über eine Diode V4 der Emitter eines als Regelverstärker dienenden
pnpranBistors V5 angeschlossen, dessen Kollektor Uber einen ohmschen Widerstand
R12 mit der Basis des Transistors V2 und dem Anschluß 6
liegt noch
ein ohmscher Widerstand R2, während die Basis des Transistors V5 mit dem Kollektor
des Transistors V6 verbunden ist. Parallel zur Kollektor-Basis-Strecke des Transistors
V6 liegt ein Kondensator ci.
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Die bistabile Kippstufe zum Unterbinden der Speisestromzufuhr zum
Elektromotor M für den Fall, daß dessen Temperatur einen vorgegebenen Schwellwert
überschreitet, weist in der Einrichtung nach Figur 1 einen pnp-Transistor V7 und
einen npn-Transistor V8 auf. Der Kollektor des Transistors V8 ist über einen ohmschen
Widerstand R15 an der Basis des Transistors V6 angeschlossen, während der Emitter
des Transistors V8 am beweglichen Kontaktteil 1 des Stellschalters S liegt. Parallel
zur Basis-Emitter-Strecke des Transistors V8 liegt ein Basis-Ableitwiderstand R10
und ein Kondensator C2. Der ohmsche Widerstand R10 ist ferner in Serie mit einem
ohmschen Widerstand R9 und einem ohmschen Widerstand R8 geschaltet, dessen einer
Anschluß am Kollektor des Transistors V3 liegt. Der Emitter dieses Transistors V3
liegt am Anschluß 3 für den positiven Pol der nicht dargestellten Stromquelle.
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Zwischen diesem Anschluß 3 und dem beweglichen Kontaktteil 1 des Stellschalters
S liegt ferner ein ohmscher PTO-Widerstand R5, der mit einem am beweglichen Kontaktteil
1 des Stellschalters S angeschlossenen ohmschen Widerstand R4 in Serie geschaltet
ist. Der PTO-Widerstand R5«; der ein Kaltleiter mit positivem Temperaturkoeffizient
ist und dessen elektrischer Widerstand ab einem bestimmten Temperaturschwellwert
plötzlich einen hohen Wert annimmt, ist beispielsweise am Gehäuse des Motors M angebracht.
Die Basis des Transistors V3 ist sowohl über einen ohmschen Widerstand R6 mit der
Verbindungsleitung zwischen dem PTC-Widerstand R5 und dem Widerstand R4 als auch
über einen ohmschen Widerstand R7 mit dem Kollektor des Transistors V8 verbunderi.
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Der ortsfeste Kontaktteil 2 einer Ausechaltatufe des Stellschalters
S ist über einen ohmschen Vorschaltwiderstand R23 mit der Basis des Transistors
V6 verbunden. Ferner ist an
ihm die Kathode einer Diode V22 angeschlossen,
deren Anode an der Verbindungsleitung zwischen den ohmschen Widerständen R8 und
R9 liegt.
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Am Anschluß 3 ist die Kathode und am beweglichen Kontaktteil 1 des
Stellschalters S die Anode einer zur Spannungsstabilisierung dienenden Zenerdiode
Vii angeschlossen.
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Wird der bewegliche Kontaktteil 1 auf einen der ortsfesten Kontaktteile
5, 7 oder 8 gelegt, so wird einer der Widerstände R22, R21 odef R20 in Serie mit
dem ohmschen Widerstand R18 geschaltet und diese in Serie geschalteten ohmschen
Widerstände werden so an die durch die Zenerdiode V11 stabilisierte Spannung zwischen
dem Kontakt 3 und dem beweglichen Kontaktteil 3 des Stellschalters S gelegt. Damit
wird am ohmschen Widerstand Ri8 ein Spannungsabfall erzeugt, der dem Sollwert des
den Elektromotor M durchfließenden Speisestromes proportional ist. Am ohmschen Widerstand
R11 wird ein Spannungsabfall erzeugt, der dem Istwert des den Elektromotor M durchfließenden
Speisestroms proportional ist.
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Die Spannung an der Basis der Transistoren V9 und V10 bezogen auf
den Anschluß 3 ist fest. Sie ist gleich der Summe aus dem dem Sollwert des Speisestromes
für den Motor M entsprechenden Spannungsabfall am ohmschen Widerstand Ri9 und der
Basis-Emitter-Spannung des Transistors V10. Liegt der Speisestrom des Motors M unter
dem Sollwert, ist der Spannungsabfall am ohmschen Widerstand Ril kleiner als der
Spannungsabfall am ohmschen Widerstand R18, so daß der Transistor V9 aufgesteuert
wird. Dadurch schließt der Transistor V6, so daß der als Regelverstärker wirksame
Transistor V5 so weit öffent, daß der Basis-Strom für die Transistoren V1 und V2
der Darlington-Leitungsstufe ausreicht, einen Speisestrom mit einer Stromstärke
in Höhe des Sollwertes durch den Elektromotor M und den ohmschen Widerstand R11
zu treiben. Überschreitet hingegen die Stromstärke des Speisestromes durch den Elektromotor
M ihren Sollwert, so ist auch der Spannungsabfall am ohmschen Widerstand Ril größer
als der am ohmschen Widerstand R18. Infolgedessen schließt der Transistor V9,
öffnet
der Transistor V6 und schließt der Transistor V5 so weit, bis der Basis-Strom der
Transistoren V1 und V2 soweit abgesunken ist, daß die Stromstärke ihres Kollektorstromes
und damit auch des Speisestromes durch den Motor M und des Stromes durch den ohmschen
Widerstand wieder ihren Sollwert erreicht hat. Die Schaltung der Transistoren V9
und V10 hat hierbei den Vorteil, daß eine Temperaturabhängigkeit der geregelten
Stromstärke des Speisestromes, die durch den negativen Temperaturkoeffizienten der
Basis-Emitter-Spannung des Transistors V9 zustande kommen würde, durch den negativen
Temperaturkoeffizienten der Basis-Emitter-Spannung des Transistors ViO kompensiert
wird.
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Der ortsfeste Kontaktteil 2 des Stellschalters S ist der Ausstufe
dieses Stellschalters zugeordnet. Kontaktiert der bewegliche Kontaktteil 1 diesen
ortsfesten Kontaktteil 2, so wird der Transistor V6 voll aufgesteuert, und die Transistoren
V5, V2 und V1 sind gesperrt. Hierbei verhindert die Diode V7, daß Strom über den
Transistor V9 zum ohmschen Widerstand R 23 fließt und dadurch der Transistor V6
nicht genügend aufgesteuert wird, um die Transistoren V5, V2 und V1 sicher zu sperren.
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Bei blockiertem Elektromotor M fällt die Kühlung der Leistungsstufe
mit den Transistoren Vi und V2 aus. Uberschreitet die Gehäusetemperatur des Transistors
V1, an dem beispielsweise der PTC-Widerstand R5 angebracht ist, einen gewissen Wert,
so wird dieser PTC-Widerstand R5 hochohmig, und der Transistor V3, der zusammen
mit dem Transistor V8 zu einer bistabilen Kippstufe gehört, steuert durch. Dadurch
öffnet der Transistor V8, und der Transistor V3 wird über den ohmschen Widerstand
R7 offengehalten. Ebenfalls durchgesteuert wird dadurch der Transistor V6, so daß
die Transistoren V5, V2 und Vi sperren. Wird dErcbewegLiche Kontaktteil 1 des Stellschalters
S auf den der Ausstufe entsprechenden ortsfesten Kontaktteil 2 geschaltet, wird
der Transistor V8 wieder gesperrt und die bistabile Kippstufe zurückgesetzt, sofern
sich
der Transistor Vi genügend abgekühlt hat.
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Die Kondensatoren C1 und CD bedämpfen den Regler mit den Transistoren
V6, V9 und V10, so daß Schwingungen des Regelkreises unterbunden werden. Der ohmsche
Widerstand R17 dient zum Abgleich des Speisestroms für den Motor M in allen drei
Betriebsstufen, denen die ortsfesten Kontaktteile 5, 7 und 8 des Stellschiters S
zugeordnet sind. Die Diode V4 verhindert ein kurzes Aussteuern der Transistoren
V5, V2 und V1 beim Einschalten der Stromquelle auf die Anschlüsse 3 und 6, wenn
der bewegliche Kontaktteil 1 des Stellschalters S den der Ausstufe zugeordneten
ortsfesten Kontaktteil 2 kontaktiert.
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1 Patentanspruch 1 Figur