DE2724269C2 - Überlastungsschutz-Schaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Überlastungsschutz-Schaltung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In Fahrzeugen werden zum Antrieb von Heizungs-, Belüftungs- und Klimagebläsen vorwiegend permanenterregte Gleichstrommotore eingesetzt. Zur meist notwendigen Abstufung der Gebläseleistung werden drahtgewickelte oder gedruckte Leistungsvorwiderstände verwendet.

Die betriebsmäßigen Verlustleistungen an den Vorwiderständen betragen je nach Gebläsecharakteristik bis zu 25% der elektrischen Leistungsaufnahme des Gebläsemotors in voller Stufe, also bei direkt anliegender Betriebsspannung. Die Vorwiderstände sind vorzugsweise im Gebläseluftstrom angeordnet, so daß durch Zwangsbelüftung die betriebsmäßige Verlustleistung relativ problemlos abgeführt wird.

Bei schwergängigem, blockiertem oder kurzgeschlossenem Gebläsemotor steigt die Verlustleistung am vorgeschalteten Widerstand stark an, während gleichzeitig die Kühlung ausfällt. Der durch den Vorwiderstand begrenzte Kurzschlußstrom reicht aber im allgemeinen nicht aus, um die Sicherung des Gebläsestromkreises auszulösen.

Eine Schaltung gemäß denn Obergebriff des Anspruchs 1 ist aus der DE-AS 14 80 095 bekannt. Um den Vorwiderstand im Überlastungsfalle zu schützen und dadurch Brandgefahr infolge unzulässiger lokaler Erhitzung, beispielsweise im Bereiche der Verkabelung oder Verkleidung eines Kraftfahrzeug-Armaturenbrettes sicher zu unterbinden, ist dort ein Schalter vorgesehen, der den Vorwiderstand überbrückt, wenn ein Temperaturfühler in Form eines Bimetalles oder eines Thermostaten aufgrund kritischer Erwärmung des Vorwiderstandes anspricht. Aufgrund dieses Nebenschlusses wird nicht nur der Vorwiderstand stromlos, so daß er sich wieder abkühlen kann, sondern insbesondere der Stromfluß aufgrund Überbrückung des Vorwiderstandes so groß, daß eine im Stromkreis vorgesehene Überstrom-Sicherung mit Gewißheit ausgelöst wird.

Bei dieser vorbekannten Überlastungsjchutz-Schaltung ist jedoch ein vergleichsweise hoher Fertigungs- und Justieraufwand erforderlich. Nachteilig ist jedoch vor allem, daß die Kontakte des Schalters (Schließers) nach längerem schaltfreiem Dauerbetrieb verschmutzen und daß dann die Schutzfunktion nicht mehr gewährleistet ist.

Um der. Vorwiderstand und/oder dessen Einbaustelle vor thermischen Beschädigungen, Zerstörungen oder gar Brand zu schützen, ist bereits die Verwendung von hochtemperaturbeständigen Materialien für den Vorwiderstand und die Einbaustelle sowie der Schutz der Einbaustelle vor dem Eindringen und der Ablagerung von brennbaren Fremdkörpern bekannt. J5 Ferner werden stark überdimensionierte Vorwiderstände verwendet, die auf ihre Kurzschlußleistung bei fehlender Zwangsbelüftung ausgelegt sind. Bei diesen Anordnungen müssen jedoch die Vorwiderstände aus den kompakt gebauten, aus thermoplastischen Kunst-4» stoff gefertigten Heizungs- und Gebläsegehäusen heraus verlagert werden. Neben zusätzlichem Bauraum wird dadurch eine zusätzliche Abdeckung und Verkabelung notv/endig.

Die Verwendung von auf Überstrom ansprechenden Schmelz- bzw. Lötsicherungen vor dem gegen Überlastung zu schützenden Vorwiderstand weisen den Nachteil irreversibler Funktion auf, was einerseits eine betriebliche Behinderung in Hinblick auf nur vorübergehende Störfälle bedingt und andererseits nicht die Möglichkeit zur Überprüfung der Sicherungsfunktion eröffnet.

Um diese Nachteile zu umgehen, sind schon Schutzschalter mit Wiedereinschaltsperren bekannt, die infolge Überstromes und/oder Übertemperatur am Vorwiderstand den Stromkreis unterbrechen. Diese Schaltungen erfordern aber mindestens den gleichen Aufwand zum Justieren und Überprüfen der temperatur- und/oder stromabhängigen Schaltfunktion, wie die eingangs genannten Temperaturfühler zur Überbrükkung des Vorwiderstandes. Insbesondere kann die Ansprechsicherheit nach langjährigem Dauerbetrieb aufgrund zwischenzeitlich eingetretener Kontaktverschweißung beeinträchtigt sein.

Es sind aufwendige elektronische Schutzschaltungen

mit Relais bzw. Leistungshalbleitern bekannt, die dafür

ausgelegt sind, im Überlastungsfalle den Stromkreis zu unterbrechen. Das Abschaltsignal wird aus einer Temperatur-, Strom-, Spannungs- oder Widerstands-

messung bzw. einer Kombination solcher Meßgrößen gewonnen. Derartige Schutzschaltungen mit Meßwert-Fühlern, elektronischer Meßwert-Auswertung und einem Schaltglied erfordern aber für diese genannten aufwendigen Bauteile zusätzlichen Bauraum und zusatzliehe Verkabelung.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Überlastungsschutz-Schaltung für einen Vorwiderstand zur Leistungsabstufung zu schaffen, die auf kritische Erwärmung des Vorwiderstandes anspricht und somit mit Sicherheit Beschädigung, Zerstörung oder Brand an der Einbaustelle oder im Stromkreis verhindert, und diese so auszugestalten, daß beim Geringstmaß an apparativem Aufwand und Raumbedarf eine hohe Funktionssicherheit erzielt wird, ohne eine irreversible Unterbrechung des Stromkreises in Kauf nehmen zu müssen.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teiles des Anspruchs 1 gelöst

Ein derartiger Vorwiderstand macht nämlich unmittelbar aufgrund seiner Widerstands-Temperatur-Charakteristik eines Kaltleiters, weitere apparative Maßnahmen oder Justagen für die Realisierung des Überlastungsschutzes entbehrlich. Wenn im Störungsfalle durch die zunehmende Verlustleistung und/oder ausfallende Kühlung die Temperatur des Vorwiderstandes ansteigt, nimmt der Widerstandswert eines solchen Vorwiderstandes bei Erreichen einer typischen Bezugstemperatur eines Kaltleiters annähernd sprungförmig zu. Diese wirksame Vergrößerung des Vorwiderstai.-des bedingt eine Verringerung der Verlustleistung auf einen Wert, bei dem die typische Bezugstemperatur des Kaltleiters nicht mehr wesentlich überschritten wird. Auf diese Weise schützt der zur Leistungsabstufung im Stromkreis des Gebläseantriebs vorgesehene Vorwiderstand sich selbst und die Einbaustelle gegen thermische Überlastung, Beschädigung oder gar Brand.

Aus »Elektronische Rundschau« Nr. 3/1963, Seite 135 sind bereits Schutzschaltungen für Elektromotoren bekannt, bei denen PTC-Widerstände Anwendung finden. Bei einer dieser Schutzschaltungen erfolgt eine Anpassung an eine jeweils vorhandene Netzspannung dadurch automalisch, daß zu einem ohmschen Vorwiderstand parallel ein PTC-Widerstand geschaltet wird. Dadurch werden Kleinstmotoren, die mit zwei unterschiedliche Spannungen betrieben werden sollen, beim Anlegen der höheren Spannung, ohne manuelle Umschaltung des Vorwiderstandes, durch den PTC-Widerstand geschützt.

Bei einer zweiten Schaltung wird die Wicklung eines Elektromotors mit einem PTC-Widerstand in Serie geschaltet, wobei dieser PTC-Widerstand in thermischen Kontakt mit der Wicklung des Elektromotors steht. Dadurch wird der Elektromtor vor Überhitzung seiner Wicklung geschützt.

Bei einer weiteren bekannten Schaltung ist in Reihe zum Elektromotor ein PTC-Widerstand geschaltet, um die Wicklung kleiner Elektromotoren vor Überstrom bei zu starker Bremsbelastung zu schützen. Infolge des Überstromes erwärmt sich der PTC-Widerstand und wird so hochohmig, daß schließlich fast die gesamte elektrische Spannung an ihm abfällt und dadurch der Strom reduziert wird.

Bei allen diesen bekannten Schaltungen wird die ab einer bestimmten Bezugstemperatur des PTC-Widerstandes stark ansteigende Widerstandskennlinie ausgenützt, um den Strom zu reduzieren und damit eine Schutzfunktion zu erfüllen. In allen anderen Betriebsfällen, d. h. unterhalb der bestimmten Bezugstemperatur des PTC-Widerstandes, stellt aber der fest in Reihe mit dem Verbraucher geschaltete PTC-Widerstand einen unerwünschten Verlustwiderstand dar, der den Wirkungsgrad der Schaltungsanordnung verringert.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird jedoch im Normalbetrieb der PTC-Widerstand als wahlweise einschaltbarer Vorwiderstand zur Leistungsabstufung benutzt und dabei der etwa waagrecht verlaufende Ast der Widerstandskennlinie des jeweiligen PTC-Widerstandes ausgenutzt. Erst bei einem Störungsfall verändert sich durch die eigene Erwärmung des Vorwiderstandes die Widerstandskennlinie, so daß der Vorwiderstand sich selbst vor schädlicher Überhitzung schützt. Diese Doppelfunktion des PTC-Widerstandes war durch die vorbekannten Schaltungsanordnungen weder bekannt noch nahegelegt

Weitere Ausgestaltungen, Abwandlungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 eine zweistufige Gebläsesteuetung mit einem Gebläseschalter,

F i g. 2 die Aufteilung eines Vorwiderstandes in einen Festwiderstand und ein;n Kaltleiterwiderstand,

F i g. 3 eine vierstufige Gebläseschaltung,

F i g. 4 eine abgewandelte Schaltung,

F i g. 5 einen mechanischen Aufbau entsprechend der Schaltung nach Fig. 1,

F i g. 6 eine Klemmverbindung zwischen einem Kaltleiter und Kühl- und Kontaktflächen und

F i g. 7 ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel eines mechanischen Aufbaus einer Schaltung nach F i g. 3.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist in den Stromkreis eines Gebläsemotors 4, der durch eine Fahrzeugsicherung 1 abgesichert ist, ein Gebläseschalter 2 angeordnet sowie ein Kaltleiter 3a als selbstsichernder Vorwiderstand für die erste Gebläsestufc. In der zweiten Gebläsestufe ist der Motor 4 durch die Fahrzeugsichemng 1 geschützt

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.2 ist der Vorwiderstand 3a in einen Festwiderstand 5a und einen Kaltleiterwiderstand 3b aufgeteilt. Bei dieser Schaltung wird die betriebsmäßige Verlustleistung für den Kaltleiter 3 gegenüber F i g. 1 reduziert. Der Kaltleiter 3 ist vorteilhafterweise räumlich mit dem Festwiderstand 5 zusammengebaut und wirkt vor allem als temperatur- und strombegrenzendes Sicherungselement.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 ist eine vierstufige Gebläsesteuerung gezeigt, bei der der Kaltleiter 3c in vorteilhafter Weise räumlich mit Festwiderständen 5b und 5c zusammengebaut ist und in den Gebläsestufen I, II, III sowohl als Vorwiderstand als auch als temperatur- und strombegrenzendes Sicherungselement wirkt. Der Kaltleiterwiderstand kann auch entsprechend dem Ausführungsbeispiel 2 aufgeteilt sein.

Bei der in Fig.4 dargestellten Schaltung einer vierstufigen Gebläsesteuerung sind Kaltleiter 3d, 3e, 3/ jeweils als selbstsichernde Vorwiderstände für eine GeMäsestufe eingesetzt. Auch hier können die einzelnen Kaltleiter 3 entsprechend dem Ausfuhrungsbeispiel nach F i g. 2 aufgeteilt sein.

Der Kaltleiter-Vorwiderstand 3 braucht nur für die betriebsmäßige Verlustleistung dimensioniert sein. Fr

braucht keine Redundanz für Störfälle. Der Kaltleiter-Vorwiderstand kann somit kompakt aufgebaut und direkt in die thermoplastischen Heizungs- und Gebläsegehäuse eingebaut werden. Der Kaltleiter-Vorwiderstand hat keinerlei bewegliche Teile, unterliegt somit auch keinem Verschleiß und keinen Einschränkungen der Funktionssicherheit im Langzeitbetrieb. Ferner ist der Sicherheitsablauf reversibel, also zerstörungsfrei und somit jederzeit überprüfbar. Nachdem die Sicherungsfunktion des Kaltleiter-Vorwiderstandes 3 angesprochen hat, genügt eine geringe Abkühlung, z. B. durch kurzes Abschalten der Betriebsspannung, um den Vorwiderstand wieder in seinen ursprünglichen Zustand zu versetzen. Ferner ist es vorteilhaft, daß die Kaltleiter-Vorwiderstände 3 keinerlei zusätzlichen

Besonders vorteilhafte Ausführungsbeispiele des mechanischen Aufbaus von überlastungssicheren Vorwiderständen sind in den F i g. 5 bis 7 dargestellt. Dabei zeigt Fig. 5 einen mechanischen Aufbau entsprechend dem Schaltungsbeispiel nach Fig. 1. Der Kaltleiterwiderstand 3 ist durch Weichlöten oder durch Kleben mit Leitkleber elektrisch, thermisch und mechanisch mit zwei metallischen Abschluß- und Kühlplatten 6a und 6b verbunden.

Abgewinkelte Schenkel 7 der Anschlußplatten 6a und 6b sind mit einer elektrisch isolierten Grundplatte 8 vernietet, verstemmt oder in dieselbe eingegossen. Diese Schenkel 7 dienen gleichzeitig als elektrische Anschlußstecker 9a und 9b. Die Kühlplatten 6a und 6b sind vorzugsweise im Gebläseluftstrom angeordnet und können zur Verbesserung Her Kühlwirkung mit zusätzlichen Rippen und Turbulenzausprägungen 10 versehen sein.

Bei dem in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Kaltleiter 3g zwischen den Kühl- und Kontaktflächen 6c und 6d eingeklemmt. Der scheibenförmige Kaltleiter 3g ist mit einem zentrischen Loch versehen. Ein Isolierstuft 11 hält zusammen mit einem Federelement 12. zum Beispiel einer Federscheibe oder Tellerfeder und einem Klemmelement 13, zum Beispiel einer Sicherungsscheibe oder einer Mutter, die Kontaktfläche 6c und 6d und den Kaltleiter 3g federnd zusammen. Zur besseren elektrischen bzw. thermischen Kontaktierung kann zwischen dem Kaltleiter 3^ und den Kontaktflächen 6c und 6d eine entsprechende Leitpaste angebracht sein.

Das in F i g. 7 und 7a dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt einen mechanischen Aufbau einer Schaltungsan-Ordnung nach Fig. 3. Auf einer Grundplatte 14 sind gedruckte Widerstände 5d und 5e angeordnet und mit einem Anschlußstecker 15 verbunden. Die Widerstandsbahn 5/ dient als Kontaktfläche für den Kaltleiter 3h. Durch eine Klemmverbindung entsprechend Fig. 6 ist

!5 der Kaltleiter 3Λ mit der Kontaktfläche 5funa dem sich zur Kühl- und Anschlußplatte einstückig erweiternden Stecker 15a verbunden.

Zusammenfassung

Bei Heizungs-, Lüftungs- bzw. Klimagebläsen in Fahrzeugen werden zur Leistungsabstufung eines elektrischen Gebläseantriebs-Motors wahlweise in den Stromkreis einschaltbare Vorwiderstände benützt. Bei Schwergängigkeit oder Blockierung des Gebläses steigt der Strom stark an, so daß der eingeschaltete Vorwiderstand sich erhitzt und die Gefahr von Beschädigungen und Verbrennungen des Widerstandes und eines Brandes an der Einbaustelle entsteht. Nach der Erfindung wird eine Überlastungsschutz-Schaltung

in vorgeschlagen, bei der mindestens einer der in den Stromkreis des elektrischen Gebläseantriebs-Motors zur Leistungsabstufung wahlweise in Serie einschaltbaren Vorwiderstände ein temperaturabhängiger Kaltleiterwiderstand (PTC-Widerstand) ist. Dabei wirkt der PTC-Widerstand im Normalbetrieb als Vorwiderstand mit nahezu konstantem Widerstandswert, während bei unzulässiger Erwärmung infolge Überlastung durch den schnell ansteigenden Widerstand ein Selbstschutz des Vorwiderstandes wirksam wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Überlastungsschutz-Schaltung für mindestens einen zur Leistungsabstufung eines elektrischen Gebläseantriebsmotors für Heizungs-, für Lüftungsbzw, für Klimagebläse in Fahrzeugen dienenden, wahlweise in den Stromkreis des Gebläseantriebsmotors einschaltbaren, Vorwiderstand, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der in den Stromkreis des elektrischen Gebläseantriebsmotors (4) zur Leistungsabstufung wahlweise in Serie einschaltbaren Vorwiderstände ein temperaturabhängiger Kaltleiter-Widerstand mit positivem Temperaturkoeffizienten (PTC-Widerstand) (3) ist.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit dem PTC-Widerstand (3) wenigstens ein fester ohmscher Vorwiderstand (5) geschaltet ist.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorwiderstände (3, 5) im Luftstrom des Gebläses angeordnet sind.

4. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der PTC-Widerstand (3) zwischen zwei metallischen elektrischen Anschluß- und Kühlplatten (6) angeordnet ist.

5. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (6) mit Rippen und/oder Turbulenzausprägungen (10) versehen sind.

6. Schaltung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der PTC-Widerstand (3) mit den Kontakt- und Kühlplatten (6) verlötet ist.

7. Schaltung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der PTC-Widerstand (3) mit den Kontakt- und Kühlplatten (6) verklebt ist.

8. Schaltung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der PTC-Widerstand (3) mittels Federelementen (12) und Klemmelementen (13) federnd zwischen die Platten (6) geklemmt ist.

9. Schaltung nach Anspruch 4 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühl- und Anschlußplatten (6) einstückig mit einem Anschlußstekker (5) ausgebildet sind.