WO2004109902A1 - Worwiderstandsbaugruppe für einen elektromotor und schaltungsanordnung mit einer vorwiderstandsbaugruppe zum betreiben eines elektromotors sowie verwendung einer vorwiderstandsbaugruppe - Google Patents

Worwiderstandsbaugruppe für einen elektromotor und schaltungsanordnung mit einer vorwiderstandsbaugruppe zum betreiben eines elektromotors sowie verwendung einer vorwiderstandsbaugruppe Download PDF

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series resistor
switching element
electric motor
resistor assembly
assembly according
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Thomas Bielesch
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Behr Gmbh & Co. Kg
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Definitions

  • Series resistor assembly for an electric motor and circuit arrangement with a series resistor assembly for operating an electric motor and use of a series resistor assembly
  • the invention relates to a series resistor assembly for an electric motor and the use of a series resistor assembly in a circuit arrangement for operating an electric motor, in particular an electrically driven fan blower for a vehicle.
  • electric motors in particular electrically operated fan blowers
  • fan blower or the fan is usually operated in one or more speed stages by means of a series resistor module.
  • Simple fans for motor cooling consist of so-called brush motors with series resistors, which are usually combined in a series resistor assembly.
  • This series resistor module is used to control the speed of the fan. In the lower speed levels, the series resistor module is connected in series with the electric motor, whereas in the maximum speed levels the electric motor is connected directly to an on-board electrical system voltage via a conventional electrical system fuse.
  • a temperature fuse in particular a temperature-dependent micro-temperature fuse, is therefore generally provided in the series resistor assembly.
  • This temperature fuse is generally connected in series with the series resistor, so that if the series resistor is thermally overloaded, the temperature fuse responds in good time, thus providing simple fire protection.
  • the disadvantage here is that the temperature fuse is not designed to be reversible, so that the entire series resistor module must be replaced in the event of a fault.
  • the temperature fuse may respond earlier in undesired cases, such as, for example, the fan being temporarily blocked by a foreign body. If the temperature fuse responds too early, the fan is switched off at the lower speed levels and can overheat the cooling system and possibly damage the internal combustion engine if the fault is not recognized in good time. In addition, a premature triggering of the temperature fuse only allows the fan to operate at the maximum speed. If the electric motor, e.g. a brush motor, continuously started and operated at the maximum speed level, this leads to a significant reduction in the life of the electric motor.
  • the electric motor e.g. a brush motor
  • the invention is therefore based on the object of specifying a series resistor assembly for an electric motor, which provides sufficiently good protection, in particular also in lower speed levels, without a protection being triggered prematurely and unintentionally. Furthermore, a preferred use of a series resistor assembly for an electric motor is to be specified.
  • the object is achieved according to the invention by a series resistor assembly for an electric motor, in particular for an electrically driven fan blower for a vehicle, comprising a series resistor for controlling the number of revolutions of the electric motor in several speed stages, optionally with a temperature fuse connected in series with the series resistor, with a reversible switching element for at least one of the speed levels is integrated.
  • the invention is based on the consideration that in the event of an overload on one of the electric motors, for example due to stiffness or due to blocking of a fan driven by the electric motor, for example due to the penetration of a foreign body, there is considerable thermal stress, in particular excessive heating can come, which consequently also leads to an increase in the temperature of the series resistor and the electric motor.
  • This in turn means that an irreversible temperature fuse arranged in the series circuit of the electric motor in a series resistor unit responds due to the increased temperature of the series resistor, so that operation of the electric motor in lower speed levels is only possible again after the series resistor module has been replaced. Therefore, according to the invention, the series resistor assembly is provided with an additional switching element that is designed to be reversible.
  • the additional switching element is preferably contacted with a connection of the series resistor.
  • the switching element is preferably arranged to make thermal contact with the series resistor.
  • the switching element is expediently designed as a temperature-dependent component.
  • the switching element is advantageously designed as a reversible thermal protection switch, as a semiconductor component or as a temperature-dependent resistor.
  • the switching element designed as a reversible thermal protection switch can be designed as a bimetal strip. Such thermal, in particular reversible triggers bend when heated and thus trip at an overtemperature.
  • the switching element can be used as a semiconductor component, e.g. a TEMPFET, or as a temperature-dependent resistor.
  • Other alternative electronic or mechanical components with corresponding temperature-dependent characteristic curves, such as PTC resistors or semiconductor switches can also be used as switching elements. In other words: by detecting the critical temperatures directly at the element causing the temperature increase - the series resistor - by means of the switching element itself, triggering the temperature-dependent switching element provides fire and overheating protection that is as quick and safe as possible.
  • the switching element can be designed as an opener, closer or changeover switch.
  • the switching element is arranged in a thermally contacting manner with the series resistor for a particularly safe and simple detection of excess temperatures at the series resistor.
  • the switching element is integrated in the series resistor assembly, in particular between the series resistor and the temperature fuse or also next to the temperature fuse. This provides a sufficiently good thermal contact and thus the best possible heat transfer to the relevant heat-inducing element - the series resistor - for identification, the overtemperature and thus the overload of one of the speed levels on the electric motor.
  • such an arrangement of the switching element claims little space and is therefore particularly simple and easy to insert into existing free spaces and therefore easy to retrofit.
  • a first thermal switching point representing the switching element is advantageously set lower, in particular by at least 5 ° C., lower than a second thermal switching point representing the thermal fuse.
  • the switching element is preferably designed in such a way that tripping takes place at a temperature of greater than 50 ° C. and thus triggers much earlier than the temperature fuse.
  • it is sufficient that its tolerance ranges for tripping lie in the upper, critical temperature range of the series resistor.
  • the series resistor module comprises a multi-pole connection with at least three connection elements, one of which is designed as a supply connection, another as a load connection and another as a control contact.
  • connection elements one of which is designed as a supply connection, another as a load connection and another as a control contact.
  • the multipole connection of the series resistor module is expediently designed as a plug-in, welded or cable connection.
  • the multi-pole connection is designed as a 3-pole plug connection, welding connection or, analogously, in an alternative embodiment as a 3-wire cable connection.
  • an associated motor connection can be made as standard using a plug or an appropriate welding or cable connection.
  • the multi-pole connection can be designed in different ways.
  • the multipole connection can preferably be designed as a 3-pin (or 3-wire) connection.
  • the connection can be designed as a 2-pin connection (or 2-wire connection) with an additional contact or an additional cable, the additional contact serving to detect overloading of the electric motor.
  • the additional switching element is connected on one side to the series resistor and on the other side to one of the connection elements of the series resistor module, in particular to the control contact.
  • the switching element designed as an opener is preferably connected between the positive voltage connection element, ie the supply connection, and the connection element of the multipole connection forming the control contact. This enables a particularly simple and inexpensive circuit.
  • connection element in particular the control contact
  • a second feedback line for motor control can be connected to at least one connection element of the series resistor module, in particular to the supply connection.
  • a switching element e.g., for speed-dependent control of the electric motor
  • a relay for switching from one speed level to another may be provided.
  • the switchover element is preferably also connected to one or more of the return lines.
  • the switching element is expediently on the contact side, in particular by means of the control contact with at least one switching element, e.g. a relay for step-by-step speed-dependent control of the electric motor.
  • a circuit arrangement for operating an electric motor which comprises a series resistor module of the type described above.
  • a reversible switching element is assigned to it, which is connected in parallel with the electric motor to make thermal contact.
  • the further reversible switching element is preferably integrated in the electric motor.
  • a simple temperature-dependent protective circuit and fire protection circuit of the electric motor and the series resistor module are made possible by means of the reversible switching element integrated in the electric motor and of the series resistor integrated in the series resistor group.
  • a fuse element can expediently be provided for switching off a circuit feeding the electric motor when a critical limit value of 60 A, for example, is exceeded.
  • a fuse element for current-dependent triggering can be provided in a second stage.
  • the circuit for power supply to the electric motor is interrupted when a critical current value of, for example, greater than 60 A is exceeded.
  • an interference suppression capacitor can expediently be connected in parallel with the switching element. Depending on the requirements, other interference suppressors can also be used.
  • the advantages achieved by the invention are, in particular, that when the series resistor is heated, for example by excess temperatures, the electric motor is blocked or short-circuited, based on the integration of a switching element thermally contacting the series resistor and / or a switching element itself thermally contacting the electric motor Detection and monitoring of critical temperatures directly at the heat source is possible.
  • a series resistor of the electric motor e.g. a fan or blower
  • assigned switching element and its connection to a multi-pole e.g. A 3-pin connection enables separate monitoring and thus reversible safe and precise shutdown of individual speed levels. After the fault has been rectified, the normal function of the electric motor can be reactivated by switching on the switching element.
  • a micro temperature fuse can be dispensed with. Otherwise, redundant protection can be implemented with a micro temperature fuse provided in addition to the reversible switching element.
  • the circuit arrangement according to the invention has lower losses.
  • the reversible switching element has a longer service life.
  • Fig. 4 to 8 schematically different embodiments for a circuit arrangement for operating an electric motor with a series resistor assembly.
  • FIGS. 1A to 1D show different exemplary embodiments for a series resistor module 1 for an electric motor M.
  • the series resistor module 1 comprises a series resistor 2 for speed control of the electric motor in several speed stages ST1 to STn.
  • a switching element 4 for reversible switching is inserted in the series resistor assembly 1 at least one of the speed levels ST1 to STn integrated.
  • the switching element 4 is preferably designed as a temperature-dependent component.
  • the switching element 4 in FIGS. 1A and 1B is designed as a reversible thermal protection switch TSS, for example as a bimetal, and in FIGS. 1C and 1D as a temperature-dependent resistor PTC.
  • the switching element 4 can also be designed as a semiconductor component, not shown, for example a TEMPFET.
  • the switching element 4 is designed as a break contact.
  • the switching element 4 can also be designed as a make contact or changeover switch.
  • an interference suppression element C for example an interference suppression capacitor, can be connected in parallel with switching element 4, as shown by way of example in FIG. 1A.
  • other interference suppression elements can also be used.
  • the switching element 4 has a first thermal switching point ⁇ 1 at a critical temperature, for example at a temperature of greater than 50 ° C.
  • the temperature fuse 6 has a second thermal switching point ⁇ 2, which is designed to be higher than the first thermal switching point ⁇ 1 of the switching element 4, in particular by a temperature of greater than 5 ° C. and, for example, only to trigger at a temperature of greater than 55 ° C. irreversible temperature fuse 6 leads.
  • the switching element 4 is connected at one end on the voltage side to the series resistor 2, which is connected to the supply connection “+”. In the case of a temperature fuse 6 connected in series with the series resistor 2, the switching element 4 can also be connected to the temperature fuse 6 at the supply connection “+” "At the other end, the switching element 4 is connected to the control contact K for controlling the speed stages ST1 to STn.
  • the reversible switching element 4 is preferably designed such that it is switched through in normal operation, ie it is conductive Switching element 4 is connected to the supply connection "+" on the voltage side, the control contact K of the switching element 4 is then also live.
  • the switching element 4 is preferably arranged parallel to the series resistor 2 in a thermally contacting manner, as shown in FIGS. 2 and 3.
  • the reversible switching element 4 is arranged between or next to the series resistor 2 and the temperature fuse 6. That is, the switching element 4 is arranged in a thermally contacting manner with the series resistor 2.
  • the temperature fuse 6 is preferably at a distance from the Series resistor 2 with the switching element 4 interposed in the series resistor assembly 1.
  • the series resistor 2 For a simple modular design of the series resistor assembly 1, the series resistor 2, the switching element 4 and possibly the temperature fuse 6 are arranged on a common carrier unit 10.
  • the connection 8, in particular the connection elements 8a to 8c, are surrounded by a housing 12 for protection against mechanical loads and thus for protection against bending.
  • Such a series resistor module 1, designed as a plug-in module, enables easy installation and removal.
  • the sandwich-like arrangement of the elements - series resistor 2, switching element 4 and possibly thermal fuse 6 - of the series resistor module 1 provides a plug-in module which requires as little space as possible.
  • FIG. 4 shows an exemplary embodiment of a circuit arrangement 14 for operating an electric motor M with a series resistor module 1 for speed-dependent control of the electric motor M in two speed stages ST1 and ST2.
  • the electric motor M is, for example, a drive for a fan (not shown) or a blower of a vehicle (not shown) for ventilating an internal combustion engine (not shown) of the vehicle.
  • the circuit arrangement 14 can comprise multi-stage series resistors 2 in one or more series resistor modules 1 in a manner not shown in any more detail.
  • the electric motor M is connected to the speed stages ST1 and ST2 connected in parallel to one another via the motor connection 16.
  • the speed stages ST1 and ST2 each include, as a switching element U, an associated relay R1 or R2 with associated switches S1 or S2.
  • the respective relay R1 or R2 is controlled via the associated switch S1 or S2, as a result of which the associated high-current switch HR1 or HR2 is switched for the respective speed stage ST1 or ST2.
  • the lower speed stage ST1 is set via the series resistor module 1 connected upstream of the electric motor M via the relay R1 and the high-current switch HR1.
  • the maximum speed stage ST2 takes place by activating the relay R2 and its high-current switch HR2 by connecting the electric motor M directly to the positive line 18.
  • the positive line 18 is fused in the direction of the battery via an associated fuse 22, also referred to as an electrical system fuse 22.
  • the series resistor assembly 1 can be designed in various ways as described above with reference to FIGS. 1A to 1D.
  • the connection 8 is provided with the connection elements 8a to 8c, which serve as control contact K, load connection N and supply connection to the positive pole "+".
  • the series resistor module 1 is connected in series with the lower speed stage ST1.
  • one of the switches S1 or S2 for the speed stage ST1 or ST2 of the electric motor M is actuated, so that the electric motor M is started.
  • the control current for the relay R1 or R2 in question flows via an on-board electrical system fuse 22 which may be connected in the positive line 18, in a circuit from the positive line 18 via the relevant relay R1 or R2 and depending on the speed stage ST1 or ST2, in the case the lower speed stage ST1 also via the series resistor module 1 to the negative line 20.
  • the activation and protective function of the lower speed stage ST1 of the electric motor M is carried out by means of the circuit arrangement 14 as follows.
  • the control current i.e. the switch S1 of the lower speed stage ST1 is activated, flows from the on-board electrical system fuse 22 via the positive line 18 via the switching element 4 of the series resistor module 1, the closed switch S1, via the winding of the relay R1 to the negative line 20.
  • This turns the contact - the high-current switch HR1 - of the relay R1 closed, so that the electric motor M is supplied with current via the series resistor 2 of the series resistor module 1.
  • the switching element 4 which makes thermal contact with the series resistor 2.
  • the circuit of the lower speed stage ST1 is interrupted by the relay R1 dropping out.
  • the electric motor M is switched off.
  • the switching arrangement 14 is put into operation again without replacing the series resistor module 1 by activating the speed stage ST1 by switching the switching element 4 to its original state.
  • the reversible switching element 4 thus serves for the direct detection of the resistance temperature. Ie the switching element 4 protects the series resistor 2 against overheating. tongue and fire. This can also be the case, for example, if the series resistor 2 is overloaded due to a fault in the electric motor M.
  • the switching element 4 acts in the circuit arrangement 14 according to FIG. 4 only on the lower speed stage ST1.
  • the circuit arrangement 14 can also be continuously monitored for the current state via the feedback line 24a, e.g. error management of a control unit, not shown.
  • a positive voltage level is present via the positive pole "+" of the battery.
  • the switching element 4 responds, the level of the feedback line 24a is set to minus potential. That When the circuit is interrupted by the switching element 4, the feedback line 24a is set to minus potential.
  • the switching element 4 is preferably provided with a switching hysteresis for tolerance ranges with different thermal switching points ⁇ 1.
  • the on-board electrical system fuse 22 is provided as a current-dependent protection trigger, which in particular protects a cable harness against overheating and the electric motor M against blocking in the maximum speed stage ST2.
  • a control current for the maximum speed level ST2 flows from the positive pole "+" of the battery via the on-board electrical system fuse 22, via the switch S2 which is closed to activate the speed level ST2 and via the winding of the relay R2 to the negative pole "-" of the battery.
  • the contact or high-current switch HR2 of the relay R2 is thus closed and the electric motor M is supplied with current directly via the on-board electrical system fuse 22.
  • the on-board electrical system fuse 22 is triggered, the circuit for the relay R2 is then interrupted and the high-current switch HR 2 is opened, so that the electric motor M is switched off.
  • circuitry-related embodiments for a circuit arrangement 14 with different series resistor modules 1, with different protection stages are described below with the aid of the further figures. fen described in detail before overloading the electric motor M and / or the series resistor 2 with one or more jerk lines.
  • FIG. 5 shows the circuit arrangement 14 according to FIG. 4 with an alternative series resistor module 1.
  • the series resistor module 1 for the redundant or step-by-step temperature-dependent protection function of the first fan or speed stage ST1 additionally comprises a temperature fuse 6, in particular a micro temperature fuse MTS, connected in series with the series resistor 2.
  • FIG. 6 shows an alternative circuit arrangement 14 with a series resistor assembly 1 according to FIG. 5.
  • the circuit arrangement 14 according to FIG. 6 comprises a further feedback line 24b, which goes directly from the control contact K of the series resistor module 1.
  • the feedback line 24b indicates at a positive voltage level that the switching element 4 of the series resistor module 1 has not tripped and that there is therefore no fault. If, on the other hand, the feedback line 24b is set to minus potential or floating, the triggering of the switching element 4 of the series resistor module 1 is hereby indicated.
  • a connected motor controller or another control device SG can now control the electric motor M based on the plus potential present, the error message “Overloading the electric motor M” being output at the same time by indirectly increasing the temperature of the series resistor 2
  • the switching element 4 can be automatically reset to the original state and the circuit arrangement 14 in. after correcting the fault and / or cooling the series resistor 2 appropriately, if appropriate Operation.
  • the switching element 4 is preferably designed as a temperature-dependent component, for example as a reversible thermal protection switch, for example in the form of a bimetal strip.
  • the switching element 4 of the electric motor M is integrated directly in this. That For a securely thermally contacting arrangement of the switching element 4, it is attached directly to the electric motor M, for example at a suitable location, in particular directly in the vicinity of a place where the greatest heat is generated in the event of a fault.
  • the switching element 4 is arranged, for example, on the component side of a brush plate (not shown) of the electric motor M.
  • the switching element 4 can also be attached at another location that is safely suitable for thermal tripping.
  • the reversible switching element 4 of the electric motor M thus detects its temperature directly and protects the electric motor M against sluggishness, excess temperature or blocking.
  • the latter has a three-pole motor connection 16, a third motor connection element 16c being connected to a contact of the switching element 4. Due to the fact that the middle motor connection element 16c is only occupied on the circuit side, it can be designed for low currents.
  • the switching element 4 of the electric motor M is designed, for example, in such a way that, due to its thermally contacting arrangement with the electric motor M, triggering takes place at a temperature of greater than 50 ° C., so that when the switching element 4 is triggered, the control circuit of the relay R1 and R2 and thus indirectly the voltage supply of the electric motor M is interrupted.
  • the switching element 4 of the electric motor M protects it directly against sluggishness, blocking or overtemperature and responds in the event of a fault before the electrical system fuse 22 is triggered.
  • the switching element 4 of the electric motor M Since the switching element 4 of the electric motor M is connected in the common negative line 20 of the two relays R1 and R2 of the speed stages ST1 and ST2, a triggering of the switching element 4 of the electric motor M also acts for the speed stages ST1 and ST2. After the fault has been eliminated, the circuit arrangement 14 is reactivated. The reversible switching element 4 is switched to the intended state, provided that one of the speed stages ST1 or ST2 is still activated by the associated closed switch S1 or S2, the electric motor M starts again.
  • the positive pole "+" of the battery ie the positive line 18 is also connected directly to the circuits of the speed control in the speed stages ST1 and ST2 via the switching element 4 of the series resistor module 1 and thus carries voltage via the switching element 4 the series resistor module 1 both on the switch S1 and on the switch S2.
  • a feed line can be saved.
  • the switching element 4 of the series resistor assembly 1 responds, the circuit arrangement 14 is disconnected from the power supply.
  • the electric motor M can then be operated neither in the lower speed stage ST1 nor in the maximum speed stage ST2.
  • This feedback line 24c is discharged from the middle motor connection 16c and is in normal operation via the switching element 4 of the electric motor M on the minus pole "-" of the minus line 20. If the switching element 4 of the electric motor M responds in the event of a fault, the third is located Feedback line 24c to positive potential. According to FIG. 7, this is only the case in both speed stages ST1 and ST2 and according to FIG. 8 in the lower speed stage ST1 if the switching element 4 of the series resistor module 1 has not triggered and thus there is no overloading of the series resistor 2, but only an error of the electric motor M.
  • An error message may be output based on the level of the feedback line 24c via a control unit SG connected to the feedback line 24c, for example an engine control unit.
  • a control unit SG connected to the feedback line 24c, for example an engine control unit.
  • the operating state of the electric motor M and the fan can be detected via the correspondingly connected further feedback lines 24a and 24b.
  • R1, R2 relays

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Abstract

Erfindungsgemäss ist eine Vorwiderstandsbaugruppe (1) für einen Elektromotor (M), insbesondere für ein elektrisch angetriebenes Lüftergebläse in einem Fahrzeug, vorgesehen, umfassend einen Vorwiderstand (2) zur Drehzahlsteuerung des Elektromotors (M) in einer oder mehreren Drehzahlstufen (ST1, ST2 bis STn) mit einer ggf. in Reihe zum Vorwiderstand (2) geschalteten Temperatursicherung (6), wobei ein reversibles Schaltelement (4) für mindestens eine der Drehzahlstufen (ST1, ST2) integriert ist. Des Weiteren ist erfindungsgemäss eine Schaltungsanordnung (14) mit reversiblem Blockier- und Brandschutz für den Elektromotor (M) und/oder der Vorwiderstandsbaugruppe (1) vorgesehen, wobei diverse Rückmeideleitungen (24a bis 24c) zur Auswertung und Steuerung des Lüftersystems dienen können.

Description

BEHR GmbH & Co. KG Mauserstraße 3, 70469 Stuttgart
Vorwiderstandsbaugruppe für einen Elektromotor und Schaltungsanordnung mit einer Vorwiderstandsbaugruppe zum Betreiben eines Elektromotors sowie Verwendung einer Vorwiderstandsbaugruppe
Die Erfindung betrifft eine Vorwiderstandsbaugruppe für einen Elektromotor und Verwendung einer Vorwiderstandsbaugruppe in einer Schaltungsanordnung zum Betreiben eines Elektromotors, insbesondere eines elektrisch angetriebenen Lüftergebläses für ein Fahrzeug.
In Fahrzeugen, insbesondere Verbrennungsmaschinen werden zur Kühlung der Verbrennungsmaschinen Elektromotoren, insbesondere elektrisch betriebene Lüftergebläse eingesetzt. Hierdurch ist eine gezielte Steuerung und Regelung des Wärmehaushalts der Verbrennungsmaschine möglich. Dabei wird das Lüftergebläse oder der Lüfter üblicherweise mittels einer Vorwiderstandsbaugruppe in einer oder mehreren Drehzahlstufen betrieben. Einfache Lüfter zur Motorkühlung bestehen dabei aus so genannten Bürstenmotoren mit vorgeschalteten Vorwiderständen, die gewöhnlich in einer Vorwiderstandsbaugruppe zusammengefasst sind. Diese Vorwiderstandsbaugruppe dient der Drehzahlsteuerung des Lüfters. In den unteren Drehzahlstufen ist die Vorwiderstandsbaugruppe in Reihe mit dem Elektromotor geschaltet, wohingegen in den maximalen Drehzahlstufen der Elektromotor über eine herkömmliche Bordnetzsicherung direkt an eine Bordnetzspannung angeschlossen ist.
Im Falle einer Schwergängigkeit oder Blockierung des Bürstenmotors in den unteren Drehzahlstufen kann es dabei durch die Strombelastung zu einer
BESTATIGUNGSKOPIE thermischen Überlastung des Vorwiderstands kommen. Speziell zum Schutz des Lüftersystems gegenüber einem Brand durch eine derartige Überlastung in den unteren Drehzahlstufen ist daher im allgemeinen in der Vorwiderstandsbaugruppe eine Temperatursicherung, insbesondere eine tempera- turabhängige Mikro-Temperatursicherung vorgesehen. Diese Temperatursicherung ist im Allgemeinen in Reihe zum Vorwiderstand geschaltet, so dass bei einer thermischen Überlastung des Vorwiderstands die Temperatursicherung rechtzeitig anspricht und somit ein einfacher Brandschutz gegeben ist. Nachteilig dabei ist, dass die Temperatursicherung nicht reversibel ausgebil- det ist, so dass im Fehlerfall die komplette Vorwiderstandsbaugruppe ausgetauscht werden muss.
Ferner kann es zu einem früheren Ansprechen der Temperatursicherung in ungewollten Fällen kommen wie beispielsweise durch eine temporäre Blok- kierung des Lüfters durch einen Fremdkörper. Ein zu frühes Ansprechen der Temperatursicherung führt zu einer Abschaltung des Lüfters in den unteren Drehzahlstufen und kann zu einer Überhitzung des Kühlsystems und möglicherweise zu einer Schädigung des Verbrennungsmotors führen, wenn der Fehler nicht rechtzeitig erkannt wird. Ein vorzeitiges Auslösen der Tempera- tursicherung ermöglicht daneben nur noch einen Betrieb des Lüfters in der maximalen Drehzahlstufe. Wird der Elektromotor, z.B. ein Bürstenmotor, dauernd in der maximalen Drehzahlstufe gestartet und betrieben, so führt dies zu einer wesentlichen Verkürzung der Lebensdauer des Elektromotors.
Somit ist, abhängig von der Konfiguration des Lüftersystems, eine Absicherung durch einfache Bauelemente wie beispielsweise der Einsatz von Schmelzsicherungen nicht immer in allen Spezifikationsbereichen zu realisieren und muss oft durch erhebliche Zusatzmaßnahmen gelöst werden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorwiderstandsbaugruppe für einen Elektromotor anzugeben, welche eine hinreichend gute Absicherung, insbesondere auch in unteren Drehzahlstufen bewirkt ohne, dass eine Absicherung vorzeitig und ungewollt ausgelöst wird. Des Weiteren ist eine bevorzugte Verwendung einer Vorwiderstandsbaugruppe für einen Elektromotor anzugeben. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorwiderstandsbaugruppe für einen Elektromotor, insbesondere für ein elektrisch angetriebenes Lüftergebläse für ein Fahrzeug, umfassend einen Vorwiderstand zur Dreh- Zahlsteuerung des Elektromotors in mehreren Drehzahlstufen ggf. mit einer zum Vorwiderstand in Reihe geschalteten Temperatursicherung, wobei ein reversibles Schaltelement für mindestens eine der Drehzahlstufen integriert ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass es im Falle von Überlastung an einem der Elektromotoren, z.B. durch Schwergängigkeit oder durch Blockierung eines durch den Elektromotor angetriebenen Lüfters beispielsweise aufgrund eines Eindringen eines Fremdkörpers, zu einer erheblichen thermischen Belastung, insbesondere zu einer übermäßigen Erwärmung kommen kann, welche folglich auch zu einem Ansteigen der Temperatur des Vorwiderstands und des Elektromotors führt. Dies wiederum führt dazu, dass eine im Stromkreis des Elektromotors in einer Vorwiderstandsbaugruppe angeordnete irreversible Temperatursicherung aufgrund der erhöhten Temperatur des Vorwiderstands anspricht, so dass ein Betreiben des Elektromotors in unteren Drehzahlstufen erst nach einem Austausch der Vorwiderstandsbaugruppe wieder ermöglicht ist. Daher ist erfindungsgemäß die Vorwiderstandsbaugruppe mit einem zusätzlichen Schaltelement versehen, das reversibel ausgebildet ist. Bevorzugt ist das zusätzliche Schaltelement mit einem Anschluss des Vorwiderstands kontaktiert. Bevorzugt ist das Schaltelement den Vorwiderstand thermisch kontaktierend angeordnet. Durch eine derartige Integration eines Schaltelements unmittelbar am Vorwi- derstand, insbesondere an einer Stelle, an welcher die höchsten Temperaturen im Betrieb oder bei Blockierung einzelner Drehzahlstufen auftreten können, ist die Basis einer besonders einfachen Schutzschaltung zum reversiblen Schalten einzelner oder mehrerer Drehzahlstufen gegeben. Daneben ist für eine mehrstufige temperaturabhängige Schutzschaltung der Dreh- zahlstufe eine herkömmliche Temperatursicherung vorgesehen, die in Reihe zum Vorwiderstand geschaltet ist.
Um einen temperaturbedingten Fehlerfall sicher erkennen zu können, ist das Schaltelement zweckmäßigerweise als ein temperaturabhängiges Bauelement ausgeführt. Vorteilhafterweise ist das Schaltelement als ein reversibler Thermoschutzschalter, als ein Halbleiter-Bauelement oder als ein temperaturabhängiger Widerstand ausgebildet. In einer möglichen Ausführungsform kann das als reversibler Thermoschutzschalter ausgebildete Schaltelement als Bimetallstreifen ausbildet sein. Derartige thermische, insbesondere reversible Auslöser, biegen sich bei Erwärmung durch und lösen somit bei einer Übertemperatur aus. Alternativ kann das Schaltelement als Halbleiterbauelement, z.B. ein TEMPFET, oder als ein temperaturabhängiger Widerstand ausgebildet sein. Auch können weitere alternative elektronische oder mechanische Bauteile mit entsprechenden temperaturabhängigen Kennlinien, wie beispielsweise PTC- Widerstände oder auch Halbleiterschalter, als Schaltelemente verwendet werden. Mit anderen Worten: Indem die kritischen Temperaturen direkt am die Temperaturerhöhung bewirkenden Element - dem Vorwiderstand - mittels des Schaltelements selbst erfasst werden, ist durch Auslösen des temperaturabhängigen Schaltelements ein möglichst schneller und sicherer Brand- und Überhitzungsschutz gegeben.
Je nach Art und Aufbau der Anordnung kann das Schaltelement als Öffner, Schließer oder Wechselschalter ausgebildet sein. Für eine besonders siche- re und einfache Detektion von Übertemperaturen am Vorwiderstand ist das Schaltelement thermisch kontaktierend zum Vorwiderstand angeordnet. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Schaltelement in der Vorwiderstandsbaugruppe, insbesondere zwischen dem Vorwiderstand und der Temperatursicherung oder auch neben der Temperatursicherung integriert. Hier- durch ist eine hinreichend gute thermische Kontaktierung und somit ein möglichst guter Wärmeübergang zum betreffenden wärmeinduzierenden Element - dem Vorwiderstand - zur Identifizierung, der Übertemperaturen und somit der Überlast einer der Drehzahlstufen am Elektromotor gegeben. Darüber hinaus beansprucht eine derartige Anordnung des Schaltelements wenig Bauraum und ist somit besonders einfach und problemlos in vorhandene Freiräume einbringbar und demzufolge leicht nachrüstbar.
Vorteilhafterweise ist ein das Schaltelement repräsentierender erster thermi- scher Schaltpunkt gegenüber einem die Temperatursicherung repräsentierenden zweiten thermischen Schaltpunkt niedriger, insbesondere um mindestens 5°C niedriger eingestellt ist. Mit anderen Worten: Das Schaltelement ist bevorzugt derart ausgelegt, dass eine Auslösung bei einer Temperatur von größer 50°C erfolgt und somit wesentlich früher auslöst als die Temperatur- Sicherung. Für eine einfache und kostengünstige Ausführung des Schaltelements ist es ausreichend, dass dessen Toleranzbereiche zum Auslösen im oberen, kritischen Temperaturbereich des Vorwiderstands liegt.
Für eine besonders schnelle Erfassung und Überwachung eines den Schutz bewirkenden Auslösesignals umfasst die Vorwiderstandsbaugruppe einen mehrpoligen Anschluss mit mindestens drei Anschlusselementen, von denen einer als Versorgungsanschluss, ein weiterer als Lastanschluss und ein weiterer als Steuerkontakt ausgebildet sind. Insbesondere mittels des Steuerkontaktes des mehrpoligen Anschlusses ist ein besonders genaues und schnelles Auslösen bei Überhitzung und somit in einem Fehlerfall auch nur in einer einzelnen Drehzahlstufe bei gleichzeitig einer besonders einfachen und hinreichend guten Überwachung und Plausibilitätsprüfung des Auslösens des Schaltelements ermöglicht. Zweckmäßigerweise ist der mehrpolige Anschluss der Vorwiderstandsbaugruppe als Steck-, Schweiss- oder Kabelan- schluss ausgeführt. Beispielsweise ist der mehrpolige Anschluss als 3- poliger Steckanschluss, Schweissanschluss oder analog dazu in einer alternativen Ausführungsform als ein 3-adriger Kabelanschluss ausgeführt. Somit kann ein zugehöriger Motoranschluss standardmäßig durch einen Stecker oder durch eine entsprechende Schweiss- oder Kabelanbindung erfolgen. Je nach Vorgabe kann der mehrpolige Anschluss verschiedenartig ausgeführt sein. Beispielsweise kann der mehrpolige Anschluss bevorzugt als ein 3-poIiger (oder 3-adriger) Anschluss ausgebildet. Alternativ kann der Anschluss als ein 2-poliger Anschluss (oder 2-adriger) mit einem zusätzlichen Kontakt oder einem zusätzlichen Kabel ausgeführt sein, wobei der zusätzli- ehe Kontakt zur Erkennung von Überlastung des Elektromotors dient. In einer bevorzugten Ausführungsform der Vorwiderstandsbaugruppe ist das zusätzliche Schaltelement auf einer Seite mit dem Vorwiderstand und auf der anderen Seite mit einem der Anschlusselemente der Vorwiderstands- baugruppe, insbesondere mit dem Steuerkontakt verbunden. Vorzugsweise ist das als ein Öffner ausgebildete Schaltelement zwischen dem positiven Spannungsanschlusselement, d.h. dem Versorgungsanschluss, und dem den Steuerkontakt bildenden Anschlusselement des mehrpoligen Anschlusses geschaltet. Dies ermöglicht eine besonders einfache und kostengünstige Schaltung.
Zur Überwachung der Funktionen der Vorwiderstandsbaugruppe ist mindestens ein Anschlusselement, insbesondere der Steuerkontakt mit einer ersten Rückmeldeleitung zur Drehzahlsteuerung verbunden. Des Weiteren kann an mindestens einem Anschlusselement der Vorwiderstandsbaugruppe, insbesondere am Versorgungsanschluss eine zweite Rückmeldeleitung zur Motorsteuerung angeschlossen sein. Auch kann zur drehzahlabhängigen Steuerung des Elektromotors ein Umschaltelement, z.B. ein Relais zum Umschalten von einer Drehzahlstufe in eine andere vorgesehen sein. Bevorzugt ist hierbei auch das Umschaltelement mit einer der oder mit mehreren Ruckmeideleitungen verbunden. Zweckmäßigerweise ist das Schaltelement kontaktseitig, insbesondere mittels des Steuerkontakts mit mindestens einem Umschaltelement, z.B. einem Relais zur stufenweisen drehzahlabhängigen Steuerung des Elektromotors verbunden.
Erfindungsgemäß ist des Weiteren eine Schaltungsanordnung zum Betrieb eines Elektromotors vorgesehen, die eine Vorwiderstandsbaugruppe der oben beschriebenen Art umfasst. Für eine möglichst einfache Schutzschaltung des Elektromotors ist diesem ein reversibles Schaltelement zugeordnet, das parallel zum Elektromotor diesen thermisch kontaktierend geschaltet ist. Bevorzugt ist das weitere reversible Schaltelement im Elektromotor integriert. Mittels des im Elektromotor integrierten und des in der Vorwiderstandsbaugruppe integrierten reversiblen Schaltelement ist eine einfache temperaturabhängige Schutzschaltung und Brandschutzschaltung des Elektromotors und der Vorwiderstandsbaugruppe ermöglicht. Zusätzlich zur temperaturabhängigen Schaltung kann zweckmäßigerweise ein Sicherungselement zur Abschaltung eines den Elektromotor speisenden Stromkreises bei Überschreitung eines kritischen Grenzwertes von bei- spielsweise 60 A vorgesehen sein. Mit anderen Worten: Zusätzlich zur temperaturabhängigen Auslösung des oder der Schaltelementes und/oder der Temperatursicherung und somit zu einer ersten Stufe der Fehlerbehebung durch Überlast des fehlerbehafteten Elektromotors kann in einer zweiten Stufe ein Sicherungselement zur stromabhängigen Auslösung vorgesehen sein. Hierdurch wird bei Überschreitung eines kritischen Stromwertes von beispielsweise größer 60 A der Stromkreis zur Stromversorgung des Elektromotors unterbrochen. Zur Vermeidung von elektromagnetischen Störungen beim Zu- und/oder Abschalten des Schaltelements kann zweckmäßigerweise ein Entstörkondensator parallel zum Schaltelement geschaltet sein. Abhängig von den Anforderungen sind auch andere Entstörglieder einsetzbar.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass bei einer beispielsweise durch Übertemperaturen bewirkten Erwärmung des Vorwiderstands, einer Blockierung oder eines Kurzschlusses des Elektromotors anhand der Integration eines thermisch mit dem Vorwiderstand kontaktierenden Schaltelements und/oder eines thermisch mit dem Elektromotor kontaktierenden Schaltelements selbst eine Erfassung und Überwachung der kritischen Temperaturen direkt an der Wärmequelle möglich ist. Durch ein dem Vorwiderstand des Elektromotors, z.B. eines Lüfters oder Gebläses, zugeordnetes Schaltelement und dessen Anbindung an einen mehrpoligen, z.B. einen 3-poligen Anschluss ist eine separate Überwachung und somit sichere und genaue Abschaltung einzelner Drehzahlstufen reversibel möglich. Nach Behebung der Störung kann die Normalfunktion des Elektromo- tors durch Einschalten des Schaltelements wieder aktiviert werden.
Mittels des reversiblen Schaltelements ist eine besonders kostengünstige
Lösung für einen Temperatur-, Brand- und Blockierschutz gegeben, welcher ein automatisches Rücksetzen nach Beseitigung des Fehlers ermöglicht. Im einfachsten Fall kann auf eine Mikrotemperatursicherung verzichtet werden. Anderenfalls kann mit einer zusätzlich zum reversiblen Schaltelement vorgesehenen Mikrotemperatursicherung ein redundanter Schutz realisiert werden.
Gegenüber herkömmlichen Schaltungsanordnungen mit mehreren in Serie mit dem Vorwiderstand geschalteten Schutzelementen in Form von Temperatursicherungen, welche durch das parallel geschaltete Schaltelement entfallen, weist die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung geringere Verluste auf. Zu dem weist das reversible Schaltelement eine längere Lebens- dauer auf.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 A bis 1 D schematisch verschiedene Ausführungsbeispiele für eine
Vorwiderstandsbaugruppe mit einem zusätzlichen Schaltelement,
Fig. 2, 3 schematisch Ausführungsformen für den Aufbau einer Vor- Widerstandsbaugruppe mit einem zusätzlichen Schaltelement und ggf. mit einer Temperatursicherung, und
Fig. 4 bis 8 schematisch verschiedene Ausführungsbeispiele für eine Schaltungsanordnung zum Betrieb eines Elektromotors mit einer Vorwiderstandsbaugruppe.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Figur 1A bis 1 D zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele für eine Vorwiderstandsbaugruppe 1 für einen Elektromotor M. Die Vorwiderstandsbaugruppe 1 umfasst einen Vorwiderstand 2 zur Drehzahlsteuerung des Elektromotors in mehreren Drehzahlstufen ST1 bis STn. Zur Schutz vor einem Überhitzen des Vorwiderstands 2 im Fehlerfall des Elektromotors M ist in die Vorwiderstandsbaugruppe 1 ein Schaltelement 4 zum reversiblen Schalten mindestens einer der Drehzahlstufen ST1 bis STn integriert. Das Schaltelement 4 ist bevorzugt als ein temperaturabhängiges Bauelement ausgeführt. Beispielsweise ist das Schaltelement 4 in Figuren 1A und 1 B als ein reversibler Thermoschutzschalter TSS, z.B. als ein Bimetall und in Figur 1C und 1 D als ein temperaturabhängiger Widerstand PTC ausgebildet. Alternativ kann das Schaltelement 4 auch als ein nicht näher dargestelltes Halbleiterbauelement, z.B. ein TEMPFET ausgebildet sein. Beispielhaft ist das Schaltelement 4 als Öffner ausgeführt. Je nach Anzahl der Drehzahlstufen ST1 bis STn des Elektromotors M kann das Schaltelement 4 auch als Schließer oder Wechselschalter ausgebildet sein. Zur Vermeidung von elektromagnetischen Störungen beim Zu- und/oder Abschalten des Schaltelements 4 kann ein Entstörelement C, z.B. ein Entstörkondensator parallel zum Schaltelement 4, wie beispielhaft in Figur 1A gezeigt, geschaltet sein. Abhängig von den Anforderungen sind auch andere Entstörelemente einsetzbar.
Für eine stufenweise oder redundante temperaturabhängige Schaltung der Vorwiderstandsbaugruppe 1 kann diese ggf. eine in Reihe mit dem Vorwiderstand 2 geschaltete Temperatursicherung 6, z.B. eine Mikro- Temperatursicherung MTS umfassen, wie in den Figuren 1 B und 1 D darge- stellt. Dabei weist das Schaltelement 4 einen ersten thermischen Schaltpunkt θ1 bei einer kritischen Temperatur, z.B. bei einer Temperatur von größer 50°C auf. Die Temperatursicherung 6 weist einen zweiten thermischen Schaltpunkt θ2 auf, der gegenüber dem ersten thermischen Schaltpunkt θ1 des Schaltelements 4 höher, insbesondere um eine Temperatur von größer 5°C höher ausgelegt ist und beispielsweise erst bei einer Temperatur von größer 55°C zu einer Auslösung der irreversiblen Temperatursicherung 6 führt. Mit anderen Worten: Das reversible Schaltelement 4 löst wesentlich eher aus als die irreversible Temperatursicherung 6. Somit ist sichergestellt, dass bei einer nur geringen und kurzzeitigen Überhitzung nach einem Absin- ken der Temperatur auf einen Wert unterhalb des ersten thermischen Schaltpunktes θ1 das Schaltelement 4 wieder die zugehörige Drehzahlstufe ST1 bis STn schaltet, ohne dass die ganze Vorwiderstandsbaugruppe 1 ausgetauscht werden muss. Erst bei einem Überschreiten einer äußerst kritischen Temperatur löst die irreversible Temperatursicherung 6 aus. Für eine einfache Überwachung und Erfassung des Auslösens des Schaltelements 4 und/oder der Temperatursicherung 6 umfasst die Vorwiderstandsbaugruppe 1 einen mehrpoligen Anschluss 8 mit drei Anschlusselementen 8a bis 8c, von denen einer als Steuerkontakt K, einer als Versorg ungsan- schluss und einer als Last- oder Widerstandsanschluss dient. Je nach Art und Aufbau des Anschlusses 8 ist dieser als Steck-, Schweiss- oder Kabelanschluss ausgebildet.
Das Schaltelement 4 ist dabei mit dem einen Ende spannungsseitig mit dem Vorwiderstand 2 verbunden, der an den Versorgungsanschluss „+" angeschlossen ist. Bei einer in Reihe mit dem Vorwiderstand 2 geschalteten Temperatursicherung 6 kann das Schaltelement 4 auch mit der Temperatursicherung 6 am Versorgungsanschluss "+" angeschlossen sein. Mit dem anderen Ende ist das Schaltelement 4 mit dem Steuerkontakt K zur Steuerung der Drehzahlstufen ST1 bis STn verbunden. In bevorzugter Weise ist das reversible Schaltelement 4 so ausgelegt, dass dieses im Normalbetrieb durchgeschaltet ist, d.h. es ist leitend. Da das Schaltelement 4 mit einem Kontakt spannungsseitig an dem Versorgungsanschluss "+" angeschlossen ist, ist dann auch der Steuerkontakt K des Schaltelements 4 spannungsfüh- rend.
Die Figuren 1A bis 1 D zeigen eine einstufige Vorwiderstandsbaugruppe 1 für zwei Drehzahlstufen ST1 bis ST2 des Elektromotors M. Je nach Aufbau des Elektromotors M kann die Anzahl der Vorwiderstände 2 und die Art des Schaltelements 4 variieren.
Um eine hinreichend schnelle und genaue Erfassung der Erwärmung des Vorwiderstands 2 zu ermöglichen, ist vorzugsweise das Schaltelement 4 parallel zum Vorwiderstand 2 diesen thermisch kontaktierend angeordnet, wie in Figuren 2 und 3 gezeigt. Bei einem mehrstufigen temperaturabhängigen Schalten der Vorwiderstandsbaugruppe 1 mittels des Schaltelements 4 und der Temperatursicherung 6 ist das reversible Schaltelement 4 zwischen oder neben dem Vorwiderstand 2 und der Temperatursicherung 6 angeordnet. D.h. das Schaltelement 4 ist den Vorwiderstand 2 thermisch kontaktie- rend angeordnet. Bevorzugt ist die Temperatursicherung 6 im Abstand zum Vorwiderstand 2 unter Zwischenanordnung des Schaltelements 4 in der Vorwiderstandsbaugruppe 1 angeordnet. Für eine einfache modulartige Ausführung der Vorwiderstandsbaugruppe 1 sind der Vorwiderstand 2, das Schaltelement 4 und ggf. die Temperatursicherung 6 auf einer gemeinsa- men Trägereinheit 10 angeordnet. Der Anschluss 8, insbesondere die Anschlusselemente 8a bis 8c sind zum Schutz vor mechanischen Belastungen und somit zum Schutz vor einem Verbiegen von einem Gehäuse 12 umgeben. Durch eine derartige als Steckmodul ausgebildete Vorwiderstandsbaugruppe 1 ist ein leichter Ein- und Ausbau ermöglicht. Darüber hinaus ist durch die sandwichartige Anordnung der Elemente - Vorwiderstand 2, Schaltelement 4 und ggf. Temperatursicherung 6 - der Vorwiderstandsbaugruppe 1 ein möglichst einen kleinen Bauraum benötigendes Steckmodul gegeben.
Figur 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Schaltungsanordnung 14 zum Betrieb eines Elektromotors M mit einer Vorwiderstandsbaugruppe 1 zur drehzahlabhängigen Steuerung des Elektromotors M in zwei Drehzahlstufen ST1 und ST2. Bei dem Elektromotor M handelt es sich beispielsweise um einen Antrieb für einen nicht näher dargestellten Lüfter oder ein Gebläse ei- nes nicht näher dargestellten Fahrzeugs zur Lüftung einer nicht näher dargestellten Verbrennungsmaschine des Fahrzeugs. Sind für das Lüftersystem mehrere Drehzahlstufen ST1 bis STn erforderlich, so kann die Schaltungsanordnung 14 in nicht näher dargestellter Art und Weise mehrstufige Vorwiderstände 2 in einer oder mehreren Vorwiderstandsbaugruppen 1 umfassen.
Sowohl zur Spannungsversorgung als auch zur Überwachung de& Elektromotors M ist ein mehrpoliger, z.B. ein 2-poliger Motoranschluss 16 mit zwei Motoranschlusselementen 16a bis 16b vorgesehen. Je nach Art und Aufbau des mehrpoligen Motoranschlusses 16 kann dieser als Steck-, Schweiss- oder Kabelanschluss ausgebildet sein.
Die beiden Motoranschlusselemente 16a und 16b des 2-poligen Motoranschlusses 16 dienen der Spannungsversorgung des Elektromotors M und sind über eine Plusleitung 18 mit dem Pluspol "+" einer nicht näher darge- stellten Batterie und über eine Minusleitung 20 mit dem Minuspol "-" der Batterie verbunden.
Über den Motoranschluss 16 ist der Elektromotor M mit den parallel zuein- ander geschalteten Drehzahlstufen ST1 und ST2 verbunden. Die Drehzahlstufen ST1 und ST2 umfassen als ein Umschaltelement U jeweils ein zugehöriges Relais R1 bzw. R2 mit zugehörigen Schaltern S1 bzw. S2. Das jeweilige Relais R1 oder R2 wird über den zugehörigen Schalter S1 bzw. S2 angesteuert, wodurch jeweils zugehörige Hochstromschalter HR1 bzw. HR2 für die jeweilige Drehzahlstufe ST1 bzw. ST2 geschaltet werden. Die untere Drehzahlstufe ST1 wird dabei über die dem Elektromotor M über das Relais R1 und den Hochstromschalter HR1 vorgeschaltete Vorwiderstandsbaugruppe 1 eingestellt. Die maximale Drehzahlstufe ST2 erfolgt durch die Aktivierung des Relais R2 und dessen Hochstromschalter HR2, indem der Elek- tromotor M direkt an die Plusleitung 18 angeschlossen wird. Die Plusleitung 18 ist in Richtung der Batterie über eine zugehörige Sicherung 22, auch Bordnetzsicherung 22 genannt, abgesichert.
Die Vorwiderstandsbaugruppe 1 kann je nach Art und Funktion des Elektro- motors M wie oben anhand der Figuren 1A bis 1 D beschrieben verschiedenartig ausgebildet sein. Zur elektrischen Kontaktierung der Vorwiderstandsbaugruppe 1 in der Schaltungsanordnung 14 ist der Anschluss 8 mit den Anschlusselementen 8a bis 8c versehen, die als Steuerkontakt K, Lastanschluss N und Versorgungsanschluss zum Pluspol "+" dienen. Die Vorwiderstandsbaugruppe 1 ist dabei in Reihe zur unteren Drehzahlstufe ST1 geschaltet.
Zusätzlich kann parallel zu den Drehzahlstufen ST1 und ST2 in Reihe zur Vorwiderstandsbaugruppe 1 unmittelbar nach dem Ausgang des Motoran- Schlusselements 16a an einem Relaiskontakt L zum Elektromotor M eine erste Rückmeldeleitung 24a (auch Überwachungsleitung genannt) angeordnet sein. Die Rückmeldeleitung 24a ist beispielsweise mit einem Eingang eines Steuergerätes SG, z.B. eines Motor- oder Batteriesteuergeräts verbunden. Die Rückmeldeleitung 24a ist dabei die bevorzugte Überwa- chungsleitung, da durch ihre Anordnung erfasst wird, ob die Spannungsversorgung des Elektromotors M vorhanden ist.
Im Betrieb der Schaltungsanordnung 14 wird einer der Schalter S1 oder S2 für die Drehzahlstufe ST1 bzw. ST2 des Elektromotors M betätigt, so dass der Elektromotor M gestartet wird. Dabei fließt der Steuerstrom für das betreffende Relais R1 oder R2 über eine in der Plusleitung 18 ggf. geschaltete Bordnetzsicherung 22, in einem Stromkreis von der Plusleitung 18 über das betreffende Relais R1 bzw. R2 und in Abhängigkeit von der Drehzahlstufe ST1 oder ST2, im Fall der unteren Drehzahlstufe ST1 auch über die Vorwiderstandsbaugruppe 1 zur Minusleitung 20.
Die Aktivierung und Schutzfunktion der unteren Drehzahlstufe ST1 des Elektromotors M wird dabei mittels der Schaltungsanordnung 14 wie folgt ausgeführt. Der Steuerstrom, d.h. der Schalter S1 der unteren Drehzahlstufe ST1 ist aktiviert, fließt von der Bordnetzsicherung 22 über die Plusleitung 18 über das Schaltelement 4 der Vorwiderstandsbaugruppe 1 , den geschlossenen Schalter S1 , über die Wicklung des Relais R1 zur Minusleitung 20. Damit wird der Kontakt - der Hochstromschalter HR1 - des Relais R1 ge- schlössen, so dass der Elektromotor M über den Vorwiderstand 2 der Vorwiderstandsbaugruppe 1 mit Strom versorgt wird.
Kommt es nun in den unteren Lüfterstufen - der unteren Drehzahlstufe ST1 - zu einem Stromanstieg des Elektromotors M, beispielsweise durch Blockie- rung des Lüfters, wodurch es auch zu einer Überlastung und somit auch zu einer Erhitzung des Vorwiderstands 2 in einen unzulässigen Temperaturbereich kommen kann, so löst das thermisch mit dem Vorwiderstand 2 kontaktierende Schaltelement 4 aus. D.h. Der Stromkreis der unteren Drehzahlstufe ST1 wird hierdurch unterbrochen, indem das Relais R1 abfällt. Der Elektro- motor M wird stromlos geschaltet. Nach Fehlerbeseitigung wird die Schaltanordnung 14 ohne Austausch der Vorwiderstandsbaugruppe 1 durch Aktivierung der Drehzahlstufe ST1 wieder in Betrieb genommen, indem das Schaltelement 4 in seinen Ursprungszustand schaltet. Das reversible Schaltelement 4 dient somit der direkten Erfassung der Widerstandstemperatur. D.h. das Schaltelement 4 schützt den Vorwiderstand 2 gegenüber Überhit- zung und Brand. Dies kann beispielsweise auch der Fall sein, wenn der Vorwiderstand 2 aufgrund eines Fehlers im Elektromotor M überlastet wird. Das Schaltelement 4 wirkt in der Schaltungsanordnung 14 nach Figur 4 nur auf die untere Drehzahlstufe ST1.
Über die Rückmeldeleitung 24a ist die Schaltungsanordnung 14 darüber hinaus fortlaufend auf den aktuellen Zustand überwachbar, z.B. von einem Fehlermanagement eines nicht näher dargestellten Steuergeräts. Sobald eine der Drehzahlstufen ST1 oder ST2 aktiviert wurde, liegt über den Pluspol "+" der Batterie ein positiver Spannungspegel an. Ist die Drehzahlstufe ST1 aktiviert und das Schaltelement 4 spricht an, so wird der Pegel der Rückmeldeleitung 24a auf Minus-Potential gelegt. D.h. Mit der Unterbrechung des Stromkreises durch das Schaltelement 4 wird die Rückmeldeleitung 24a auf Minus-Potential gelegt. Bevorzugt ist das Schaltelement 4 mit einer Schal- thysterese für Toleranzbereiche mit verschiedenen thermischen Schaltpunkten θ1 versehen.
Zusätzlich zur temperaturabhängigen Schutzauslösung des Schaltelements 4 bei Überlastung des Vorwiderstands 2 ist als stromabhängige Schutzaus- lösung die Bordnetzsicherung 22 vorgesehen, die insbesondere einen Kabelbaum vor Überhitzung sowie den Elektromotor M gegenüber einer Blok- kierung in der maximalen Drehzahlstufe ST2 schützt. Dabei fließt ein Steuerstrom für die maximale Drehzahlstufe ST2 vom Pluspol "+" der Batterie über die Bordnetzsicherung 22, über den zur Aktivierung der Drehzahlstufe ST2 geschlossenen Schalter S2 und über die Wicklung des Relais R2 zum Minuspol "-" der Batterie. Damit wird der Kontakt oder Hochstromschalter HR2 des Relais R2 geschlossen und der Elektromotor M direkt über die Bordnetzsicherung 22 mit Strom versorgt. Bei einer Auslösung der Bordnetzsicherung 22 wird dann der Stromkreis für das Relais R2 unterbrochen und der Hochstromschalter HR 2 geöffnet, so dass der Elektromotor M stromlos geschaltet wird.
Nachfolgend werden anhand der weiteren Figuren verschiedene schaltungstechnische Ausführungsformen für eine Schaltungsanordnung 14 mit verschiedenen Vorwiderstandsbaugruppen 1 , mit verschiedenen Schutzstu- fen vor Überlastung des Elektromotors M und/oder des Vorwiderstands 2 mit einer oder mehreren Ruckmeideleitungen 22 näher beschrieben.
In Figur 5 ist die Schaltungsanordnung 14 gemäß Figur 4 mit einer alternati- ven Vorwiderstandsbaugruppe 1 dargestellt. Zusätzlich zum reversiblen Schaltelement 4 umfasst die Vorwiderstandsbaugruppe 1 zur redundanten oder stufenweisen temperaturabhängigen Schutzfunktion der ersten Lüfteroder Drehzahlstufe ST1 zusätzlich eine in Serie mit dem Vorwiderstand 2 geschaltete Temperatursicherung 6, insbesondere eine Mikrotemperatursi- cherung MTS.
In Figur 6 ist eine alternative Schaltungsanordnung 14 mit einer Vorwiderstandsbaugruppe 1 gemäß Figur 5 dargestellt. Gegenüber der Schaltungsanordnung 14 nach Figur 5 umfasst die Schaltungsanordnung 14 nach Figur 6 eine weitere Rückmeldeleitung 24b, welche unmittelbar vom Steuerkontakt K der Vorwiderstandsbaugruppe 1 abgeht. Dabei zeigt die Rückmeldeleitung 24b bei einem positiven Spannungspegel an, dass das Schaltelement 4 der Vorwiderstandsbaugruppe 1 nicht ausgelöst hat und somit kein Fehler vorliegt. Wird hingegen die Rückmeldeleitung 24b auf Minus-Potenzial oder potenzialfrei gelegt, so wird hiermit das Auslösen des Schaltelements 4 der Vorwiderstandsbaugruppe 1 angezeigt.
Je nach Art und Anbindung der Rückmeldeleitung/en 24a, 24b kann nunmehr beispielsweise eine angeschlossene Motorsteuerung oder ein anderes Steuergerät SG anhand des anliegenden Pluspotenzials den Elektromotor M ansteuern, wobei gleichzeitig die Fehlermeldung „Überlastung des Elektromotors M" durch indirekt erhöhte Temperatur des Vorwiderstands 2 ausgegeben und ggf. angezeigt wird. In Abhängigkeit von der Funktionalität der betreffenden Motorsteuerung kann ggf. nach Fehlerbehebung und/oder ent- sprechender Abkühlung des Vorwiderstands 2, durch entsprechende An- steuerung, das Schaltelement 4 wieder automatisch in den Ursprungszustand zurückgesetzt und die Schaltungsanordnung 14 in Betrieb gesetzt werden. Um auch den Lüfter und dessen Elektromotor M gegen eine Überlast, wie dies beispielsweise bei einer Blockierung des Gebläses oder des Lüfters auftreten kann, zu schützen, umfasst eine alternative Schaltungsanordnung 14 gemäß den Figuren 7 und 8 neben einem reversiblen Schaltelement 4 in der Vorwiderstandsbaugruppe auch ein reversibles Schaltelement 4, das parallel zum Elektromotor M geschaltet ist. Da beide reversiblen Schaltelemente 4 zur temperaturabhängigen Schutzschaltung vorgesehen sind, sind diese gleichartig wie oben bereits beschrieben ausgebildet. Das Schaltelement 4 ist bevorzugt als ein temperaturabhängiges Bauelement ausgeführt, z.B. als ein reversibler Thermoschutzschalter beispielsweise in Form eines Bimetallstreifens.
Das Schaltelement 4 des Elektromotors M ist direkt in diesem integriert. D.h. Für eine sicher thermisch kontaktierende Anordnung des Schaltelements 4 ist dieses unmittelbar am Elektromotor M beispielsweise an einer geeigneten Stelle, insbesondere unmittelbar in Nähe eines Ortes, an welchem die größte Wärme im Störungsfall entsteht, angebracht. In bevorzugter Ausführungsform wird das Schaltelement 4 beispielsweise auf der Bestückungsseite einer nicht näher dargestellten Bürstenplatte des Elektromotors M angeordnet. Alternativ kann das Schaltelement 4 auch an einer anderen für eine thermische Auslösung sicher geeigneten Stelle angebracht sein. Somit erfasst das reversible Schaltelement 4 des Elektromotors M dessen Temperatur direkt und schützt den Elektromotor M gegenüber Schwergängigkeit, Übertemperatur oder Blockierung.
Zur Überwachung und Erfassung der Auslösung des Schaltelements 4 des Elektromotors M weist dieser in den Ausführungsbeispielen nach Figuren 7 und 8 einen dreipoligen Motoranschluss 16 auf, wobei ein drittes Motoranschlusselement 16c mit einem Kontakt des Schaltelements 4 verbunden ist. Bedingt durch die lediglich schaltungsseitige Belegung des mittleren Motoranschlusselements 16c kann dieses für niedrige Ströme ausgebildet sein.
Im Fehlerfall des Elektromotors M, z.B. durch Blockierung kann es zu Übertemperaturen kommen. Beispielsweise liegt die kritische Temperatur je nach Anwendungsfall bei ca. 180°C. Diese Temperaturüberschreitung am Elek- tromotor M führt dazu, dass der Innenwiderstand Ri des Elektromotors M einen zur Auslösung einer herkömmlichen Bordnetzsicherung 22 erforderlichen Auslösestrom, beispielsweise einen Grenzwert von 60 A unterschreitet, was wiederum eine erhebliche thermische Belastung zur Folge hat. Zur Vermeidung derartiger thermischer Belastungen ist das Schaltelement 4 des Elektromotors M beispielsweise derart ausgelegt, dass bedingt durch dessen thermisch kontaktierende Anordnung mit dem Elektromotor M eine Auslösung bei einer Temperatur von größer 50°C erfolgt, wodurch bei Auslösen des Schaltelements 4 der Steuerstromkreis der Relais R1 und R2 und damit indirekt die Spannungsversorgung des Elektromotors M unterbrochen wird. Mit anderen Worten: Das Schaltelement 4 des Elektromotors M schützt diesen direkt gegenüber Schwergängigkeit, Blockierung oder Übertemperatur und spricht im Fehlerfall vor einer Auslösung der Bordnetzsicherung 22 an.
Da das Schaltelement 4 des Elektromotors M in der gemeinsamen Minusleitung 20 der beiden Relais R1 und R2 der Drehzahlstufen ST1 bzw. ST2 geschaltet ist, wirkt eine Auslösung des Schaltelements 4 des Elektromotors M auch für die Drehzahlstufen ST1 und ST2. Nach der Fehlerbeseitigung wird die Schaltungsanordnung 14 wieder aktiviert. Dabei wird das reversible Schaltelement 4 in den bestimmungsgemäßen Zustand geschaltet, sofern einer der Drehzahlstufen ST1 oder ST2 noch durch den zugehörigen geschlossenen Schalter S1 bzw. S2 aktiviert ist, läuft der Elektromotor M wieder an.
In dem Ausführungsbeispiel nach Figur 7 ist darüber hinaus der Pluspol "+" der Batterie, d.h. die Plusleitung 18, über das Schaltelement 4 der Vorwiderstandsbaugruppe 1 direkt mit den Stromkreisen der Drehzahlsteuerung in den Drehzahlstufen ST1 und ST2 verbunden und führt somit Spannung über das Schaltelement 4 der Vorwiderstandsbaugruppe 1 sowohl auf den Schalter S1 als auch auf den Schalter S2. Hierdurch kann gegenüber den Ausführungsbeispielen nach Figuren 4 bis 6 und 8 eine Zuleitung gespart werden. Bei Ansprechen des Schaltelements 4 der Vorwiderstandsbaugruppe 1 wird die Schaltungsanordnung 14 stromlos geschaltet. Der Elektromotor M ist dann weder in der unteren Drehzahlstufe ST1 noch in der maximalen Drehzahlstufe ST2 betreibbar. Ferner umfassen die jeweilige Schaltungsanordnung 14 nach Figuren 7 und 8 eine weitere dritte Rückmeldeleitung 24c. Diese Rückmeldeleitung 24c wird vom mittleren Motoranschluss 16c abgeführt und liegt im Normalbetrieb über das Schaltelement 4 des Elektromotors M auf dem Minuspol "-" der Mi- nusleitung 20. Kommt es im Fehlerfall zu einem Ansprechen des Schaltelements 4 des Elektromotors M, so liegt die dritte Rückmeldeleitung 24c auf Pluspotenzial. Dies ist nach Figur 7 in beiden Drehzahlstufen ST1 und ST2 und nach Figur 8 in der unteren Drehzahlstufe ST1 nur der Fall, wenn das Schaltelement 4 der Vorwiderstandsbaugruppe 1 nicht ausgelöst hat und somit keine Überlastung des Vorwiderstands 2, sondern lediglich ein Fehler des Elektromotors M vorliegt. Über ein an die Rückmeldeleitung 24c angeschlossenes Steuergerät SG, z.B. ein Motorsteuergerät, wird anhand der Pegel der Rückmeldeleitung 24c ggf. eine Fehlermeldung ausgegeben. Ebenso lässt sich über die entsprechend verschalteten weiteren Rück- meldeleitungen 24a und 24b der Betriebszustand des Elektromotors M und des Lüfters detektieren.
Bezugszeichenliste
1 Vorwiderstandsbaugruppe
2 Vorwiderstand 4 Schaltelement
6 Temperatursicherung
8 mehrpoliger Anschluss
8a, 8b, 8c Anschlusselemente
10 Trägereinheit 12 Gehäuse
14 Schaltungsanordnung
16 Motoranschluss
16a bis 16c Motoranschlusselemente
18 Plusleitung 20 Minusleitung
22 Sicherung
24,24b Rückmeldeleitung
C Entstörelement HR1 , HR2 Hochstromschalter
K Steuerkontakt
L Relaiskontakte zum Elektromotor
M Elektromotor
MTS Mikro-Temperatursicherung N Lastanschluss
R Widerstand
R1 , R2 Relais
U Umschaltelement
SG Steuergerät ST1 , ST2, STn Drehzahlstufen
S1 , S2 Schalter
TSS Thermoschutzschalter θ1 erster thermischer Schaltpunkt θ2 erster thermischer Schaltpunkt

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Vorwiderstandsbaugruppe (1 ) für einen Elektromotor (M), insbesonde- re für ein elektrisch angetriebenes Lüftergebläse in einem Fahrzeug, umfassend einen Vorwiderstand (2) zur Drehzahlsteuerung des Elektromotors (M) in ein oder mehreren Drehzahlstufen (ST1 , ST2 bis STn) mit einer ggf. in Reihe zum Vorwiderstand (2) geschalteten Temperatursicherung (6), dadurch gekennzeichnet, dass ein rever- sibles Schaltelement (4) für mindestens eine der Drehzahlstufen (ST1 ,
ST2) integriert ist.
2. Vorwiderstandsbaugruppe nach Anspruch 1 , wobei das Schaltelement (4) mit mindestens einem Kontakt des Vorwiderstands (2) ver- bunden und geschaltet ist und als Temperatursicherung dient.
3. Vorwiderstandsbaugruppe nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Schaltelement (4) als ein temperaturabhängiges Bauelement ausgebildet ist.
4. Vorwiderstandsbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Schaltelement (4) als ein reversibler Thermoschutzschalter (TSS), als ein Halbleiter-Bauelement oder als ein temperaturabhängiger Widerstand (PTC) ausgebildet ist.
5. Vorwiderstandsbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Schaltelement (4) als Öffner, Schließer oder Wechselschalter ausgebildet ist.
6. Vorwiderstandsbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Schaltelement (4) thermisch kontaktierend zum Vorwiderstand (2) angeordnet ist.
7. Vorwiderstandsbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der zusätzlich eine Temperatursicherung (6) in Reihe zum Vorwiderstand (2) geschaltet ist.
8. Vorwiderstandsbaugruppe nach Anspruch 7, bei der das Schaltele- ment (4) zwischen oder neben dem Vorwiderstand (2) diesen thermisch kontaktierend und der zusätzlichen Temperatursicherung (6) angeordnet ist.
9. Vorwiderstandsbaugruppe nach Anspruch 7 oder 8, wobei ein das Schaltelement (4) repräsentierender erster thermischer Schaltpunkt
(θ1) gegenüber einem die Temperatursicherung (6) repräsentierenden zweiten thermischen Schaltpunkt (θ2) niedriger, insbesondere um mindestens 5°C niedriger eingestellt ist.
10. Vorwiderstandsbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Schaltelement (4) einen ersten thermischen Schaltpunkt (θ1) bei einer Temperatur von größer 50°C aufweist.
11. Vorwiderstandsbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprü- ehe, umfassend einen mehrpoligen Anschluss (8) mit drei Anschlusselementen (8a bis 8c), von denen einer als Versorgungsanschluss, ein weiterer als Lastanschluss (N) und ein weiterer als Steuerkontakt (K) dient.
12. Vorwiderstandsbaugruppe nach Anspruch 11 , bei der der mehrpolige Anschluss (8) als Steck-, Schweiss- oder Kabelanschluss, insbesondere als ein dreipoliger Anschluss (8) oder als ein zweipoliger Anschluss mit Zusatzkontakt ausgebildet ist.
13. Vorwiderstandsbaugruppe nach Anspruch 11 oder 12, wobei das Schaltelement (4) auf der einen Seite mit dem Vorwiderstand (2) und auf der anderen Seite mit einem der Anschlusselemente (8a), insbesondere mit dem Steuerkontakt (K) verbunden ist.
14. Vorwiderstandsbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 13, bei der an mindestens einem Anschlusselement (8a), insbesondere am Steuerkontakt (K) eine Rückmeldeleitung (24b) zur Drehzahlsteuerung angeschlossen ist.
15. Vorwiderstandsbaugruppe nach einem der vorangegangenen Ansprüche 11 bis 14, bei der an mindestens einem Anschlusselement (8b), insbesondere am Lastanschluss (N) eine weitere Rückmeldeleitung (24a) zur Motorsteuerung angeschlossen ist.
16. Vorwiderstandsbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der ein Kontakt des Schaltelements (4) mit mindestens einem Umschaltelement (U), insbesondere einem Relais (R1 , R2) oder Steuergerät zur stufenweisen drehzahlabhängigen Steuerung ver- bunden ist.
17. Vorwiderstandsbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der parallel zum Schaltelement (4) ein Entstörelement (C) geschaltet ist.
18. Schaltungsanordnung (14) zum Betrieb eines Elektromotor (M) mit einer Vorwiderstandsbaugruppe (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei dem Elektromotor (M) ein weiteres Schaltelement (4) zugeordnet ist, welches parallel zum Elektromotor (M) diesen thermisch kontaktierend geschaltet ist.
19. Schaltungsanordnung nach Anspruch 18, bei der das weitere Schaltelement (4) im Elektromotor (M) integriert ist.
20. Schaltungsanordnung nach Anspruch 18 oder 19, bei der der Elektromotor (M) mit einem mehrpoligen Anschluss (16) als Steck- oder Kabelanschluss ausgebildet ist.
21. Verwendung einer Vorwiderstandsbaugruppe (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 17 in einer Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 18 bis 20 zum Betrieb eines Elektromotors (M).
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