WO2006034733A1 - Vorrichtung zur stufenweisen ansteuerung eines gleichstrommotors für ein kühlgebläse eines kraftfahrzeugs - Google Patents

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WO2006034733A1
WO2006034733A1 PCT/EP2004/053164 EP2004053164W WO2006034733A1 WO 2006034733 A1 WO2006034733 A1 WO 2006034733A1 EP 2004053164 W EP2004053164 W EP 2004053164W WO 2006034733 A1 WO2006034733 A1 WO 2006034733A1
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limiting component
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Richard Vogt
Andreas Ewert
Michael Strupp
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a device for the stepwise control of at least a first DC motor for a cooling fan of a motor vehicle according to the preamble of the independent claim.
  • a device for controlling the starting phase of a DC motor for a cooling fan of a motor vehicle in which the rotational speed of the DC motor can be varied in four stages via three resistors which can be switched in series by means of relays.
  • the device also has a temperature-dependent switch for driving the DC motor.
  • EP 0 445 015 A1 it is known from EP 0 445 015 A1 to achieve different speed stages of a DC motor for a cooling fan by a wiring with several pairs of brushes, while according to EP 518 538 A2 a continuous speed adjustment is achieved by a control by means of pulse width modulated (PWM) signals.
  • PWM pulse width modulated
  • the inventive device for the stepwise control of at least one DC motor for a cooling fan of a motor vehicle having a first and a second current-limiting component and having a first, a second and a third switching means has the advantage that the cooling capacity of the cooling fan with only two current-limiting components and three switching means in at least four stages other than zero is variable.
  • the first and the second current-limiting component can be operated either individually or in a series circuit or in a parallel circuit.
  • first and the second current-limiting component by the three switching means is such that the first current-limiting component by means of the first switching means to a supply voltage and by means of the second switching means to a first contact of the DC motor is switchable, the second current-limiting component by means of the third switching means to the supply voltage and by means of the second switching means to the first contact of the DC motor is switchable, the first and the second current-limiting component by means of the first and the third switching means in one
  • the device according to the invention thus offers a cost-effective alternative to known devices in which, with three switching means and two current-limiting components, only a maximum of two non-zero stages or - as in the above-mentioned EP 1 017 158 A2
  • the first and the second current-limiting component are a first resistor having a first resistance value Ri and a second resistance having a second resistance value R 2 .
  • the two resistance values Ri and R 2 are to be dimensioned such that a calculated first quotient
  • Another aspect of the invention results from the consideration of a second quotient
  • R m is a motor resistance value
  • the device according to the invention can also be used with slight modifications for driving two DC motors, for example for a double cooling fan of a motor vehicle.
  • the first current-limiting component is a resistor and the second current-limiting component is a second DC motor, wherein now the first and the second DC motor are selectively operable either individually or in a series circuit or in a parallel circuit.
  • the wiring by means of the three switching means is now such that a first contact of the first DC motor is switchable via the resistor to a supply voltage by means of the first and second switching means, the first contact of the first DC motor by means of the second and the third switching means to a second contact the first DC motor is switchable, a first contact of the second DC motor by means of the first Switching means via the resistor to the supply voltage and a second contact of the second DC motor is switchable by means of the third switching means to the second contact of the first DC motor and the first and the second DC motor by means of the second and third switching means are selectively switchable in a Spotifyn ⁇ or parallel connection ,
  • the cost and the cost of the device according to the invention for the stepwise control of the double cooling fan can be further reduced if the resistance has almost a resistance value of zero ohms. This also allows operation of the first and / or the second DC motor with maximum torque.
  • a further advantage of the invention results when at least one DC motor, a fourth switching means is connected in parallel, since this allows a rapid deceleration of the DC motor after deactivation of the device according to the invention in the case of its closing.
  • the switching means may each be preceded by the thermal protection element in the control circuits and / or in the load circuits.
  • Show it 1 shows a block diagram of a first embodiment of the device according to the invention
  • FIG. 3 is a block diagram of a second embodiment of the device according to the invention.
  • FIG. 4 shows block diagrams of a brake circuit (FIG. 4a) and a protective circuit (FIG. 4b) for the device according to the invention.
  • FIG. 1 shows the block diagram of the device 10 according to the invention for the stepwise control of a DC motor 12 for a cooling fan of a motor vehicle.
  • the device 10 has a first current-limiting component 14 and a second current-limiting component 16. Both components 14 and 16 are designed as resistors 18 and 20 with a first resistance value R 1 and a second resistance value R 2 , respectively. However, it is also possible to use other current-limiting components 14 and 16 with corresponding resistance values. These could be, for example, the coils of further DC motors, varistors, diodes or the like. In the following, first exemplary embodiment, however, a first and a second ohmic resistance 18 and 20 are to be assumed.
  • the first resistor 18 is connected by means of a first switching means 22, which has the two switch positions 0 (open) and 1 (closed), to a supply voltage V cc and by means of a second switching means 24 which can be switched between a position 0 and another position 1 , switchable to a first contact 26 of the DC motor 12.
  • the second resistor 20 can by means of a third switching means 28, which, like the first switching means 22, the two switch positions 0 (open) and 1 (Closed), are connected via a node 30 to the supply voltage V cc and by means of the second switching means 24 to the first contact 26 of the DC motor 12.
  • first and third switching means 22 and 28 the first and the second resistor 18 and 20 in a parallel circuit to the supply voltage VQ 0 and by means of the second switching means 24 to the first contact 26 of the DC motor 12 to switch.
  • first and second resistors 18 and 20 may be connected in series with the supply voltage Vcc and the first contact 24 of the DC motor 12 by means of the first and second switching means 22 and 24, respectively.
  • a second contact 32 of the DC motor 12 is connected to an electrical ground GND.
  • Table 1 can now be set with the two resistors 18 and 20 having the resistance values Ri and R 2 , and the three switching means 22, 24 and 28 five non-zero cooling power levels, the DC motor 12 to be treated as equal to zero off state ( off) when the first and third switching means 22 and 28 are in the 0 position.
  • the switching state of the second switching means 24 plays no role in this stage and is therefore denoted by a *.
  • a low cooling capacity (low) results when the first switching means 22 is switched to position 1 and the second and third switching means are each in the position 0.
  • This switch position causes a series connection of the two resistors 18 and 20, so that a resulting resistance Ri + R 2 results, which causes a relatively high voltage drop across the series circuit.
  • a first average cooling capacity (average 1) follows from the positions 1 of the first switching means 22, 1 of the second switching means 24 and 0 of the third switching means 28. In this case, the DC motor 12 sees only the resistance value Ri of the first resistor 18.
  • the first Switching means 22 at position 0 and the other two
  • Switching means 24 and 28 are each set to position 1, this results in a second average cooling capacity (average 2) with a resulting resistance value R 2 .
  • a third mean cooling capacity (average 3) is adjustable when all three switching means 22, 24 and 28 are each in their position 1, so that a parallel connection of the two resistors 18 and 20 with a resulting resistance R 1
  • R 2 R 1 • R 2 / ( R i + R 2 ).
  • both resistors 18 and 20 are bridged and the DC motor 12 runs at the highest rotational speed, which in turn results in a high cooling capacity.
  • the switch position of the first switching means 22 is redundant in this case and therefore marked with a *.
  • FIG. 2 shows a characteristic diagram of the rotational speed rpm of the DC motor 12 and of the fan of the cooling fan driven by it, but not shown, as a function of a torque T.
  • Table 1 firstly the characteristics of the DC motor 12 for the high cooling power stages 34 are shown , with third average cooling capacity 36, with second average cooling capacity 38, with first average cooling capacity 40 and with low cooling capacity 42.
  • Figure 2 shows a non-linear characteristic 44 of the fan 12 driven by the DC motor. Of interest are now the intersection of the curve 44 with the curves 34, 36, 38, 40 and 42.
  • a torque T of about 20% at a
  • the second quotient Q 2 should be selected within a range of 1 to 10.
  • Figure 3 is the block diagram of a second
  • Embodiment of the device 10 according to the invention for the stepwise control of at least one first DC motor 12 for a cooling fan of a motor vehicle, wherein now the first current-limiting component 14, a resistor 46 with a Resistance R and the second current limiting device 16 is a second DC motor 48 having a first and a second contact 50 and 52, respectively. Unlike the first
  • the node 30 is no longer connected to the supply voltage V cc but with the second contact 32 of the first DC motor 12.
  • the second embodiment shows that it is possible with the replacement of fewer components and a small circuit modification, the device 10 according to the first embodiment, for example, for a double cooling fan of a motor vehicle to use.
  • the device 10 is now designed such that the first contact 26 of the first DC motor 12 by means of the first and second switching means 22 and 24 via the resistor 46 to the supply voltage V cc is switchable. Furthermore, the first contact 26 of the first DC motor 12 can be switched by means of the second and third switching means 24 and 28 to the second contact 32 of the first DC motor 12. In addition, the first contact 50 of the second DC motor 48 by means of the first switching means 22 via the resistor 46 to the supply voltage V cc and the second contact 52 of the second DC motor 48 by means of the third switching means 28 to the second contact 32 of the first DC motor 12 switchable. Finally, it is possible to operate the first and the second DC motors 12 and 48 by means of the second and the third switching means 24 and 28 either in a series or parallel connection.
  • the resistor 46 may, for example, have a very low resistance R and be used as a shunt for current measurement. Likewise, however, R can also have a value of almost zero ohms, so that the first component 14 corresponds to a bridge.
  • a first average cooling capacity (average 1) can be achieved, for example, by position 0 of the second switching means 24 and position 1 of the third switching means 28. This has the consequence that only the second DC motor 48 is in operation. If, on the other hand, the second switching means 24 are moved to position 1 and the third switching means 28 to position 0, then only the first direct-current motor 12 runs, which leads to a second average cooling capacity (average 2).
  • a third average cooling capacity (average 3) results from the switching of the second and the third switching means 24 and 28 respectively to their position 0, since now both DC motors 12 and 48 are operated in a series circuit. Finally, if each of the second and third switching means 24 and 48 is placed in their position 1, then both DC motors 12 and 48 operate in parallel and cause a high cooling capacity (high).
  • FIG. 4 a shows the block diagram of a brake circuit 54 for the first DC motor 12.
  • a brake circuit 54 for the first DC motor 12.
  • the brake circuit 54 can also be used in the manner described for FIG. 4a for the second direct-current motor 48.
  • FIG. 4 b shows a protective circuit 58 for at least one of the switching means-for example, the first switching means 22 -for an overcurrent which can damage the DC motors 12 and / or 48.
  • the switching means 22 is embodied as a relay 60 with a Relay coil 62 and a switching contact 64, wherein the relay coil 62 in a control circuit 66 and the switching contact 64 are in a load circuit 68.
  • a thermal protection element 70 is arranged, which interrupts the control circuit 66 during thermal overload and thus prevents damage to the DC motors 12 and / or 48.
  • the thermal protection element 70 may also be arranged in the load circuit 68 in order to interrupt it directly. This is useful, for example, if, instead of or in addition to the relays, field-effect transistors, MOSFETs or bipolar transistors are used as the switching means.

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Abstract

Vorgestellt wird eine Vorrichtung (10) zur stufenweisen Ansteuerung zumindest eines ersten Gleichstrommotors (12) für ein Kühlgebläse eines Kraftfahrzeugs mit einem ersten (14) und einem zweiten strombegrenzenden Bauelement (16) sowie mit einem ersten (22), einem zweiten (24) und einem dritten Schaltmittel (28). Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltmittel (22, 24, 28) das erste (14) und das zweite strombegrenzende Bauelement (16) derart 10 beschalten, dass eine Kühlleistung des Kühlgebläses in mindestens vier von Null verschiedenen Stufen variierbar ist.

Description

Vorrichtung zur stufenweisen Ansteuerung eines Gleichstrommotors für ein Kühlgebläse eines Kraftfahrzeugs
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur stufenweisen Ansteuerung zumindest eines ersten Gleichstrommotors für ein Kühlgebläse eines Kraftfahrzeugs nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs.
Aus der EP 1 017 158 A2 ist eine Vorrichtung zur Steuerung der Startphase eines Gleichstrommotors für ein Kühlgebläse eines Kraftfahrzeugs bekannt, bei der die Drehzahl des Gleichstrommotors über drei per Relais in Reihe schaltbare Widerstände in vier Stufen variierbar ist. Die Vorrichtung weist zudem einen temperaturabhängigen Schalter zur Ansteuerung des Gleichstrommotors auf.
Weiterhin ist es aus der EP 0 445 015 Al bekannt, unterschiedliche Drehzahlstufen eines Gleichstrommotors für ein Kühlgebläse durch eine Beschaltung mit mehreren Bürstenpaaren zu erzielen, während gemäß der EP 518 538 A2 eine kontinuierliche Drehzahlverstellung durch eine Ansteuerung mittels pulsweitenmodulierter (PWM) Signale erreicht wird.
Vorteile der Erfindung
Gegenüber dem genannten Stand der Technik weist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur stufenweisen Ansteuerung zumindest eines Gleichstrommotors für ein Kühlgebläse eines Kraftfahrzeugs mit einem ersten und einem zweiten strombegrenzenden Bauelement sowie mit einem ersten, einem zweiten und einem dritten Schaltmittel den Vorteil auf, dass die Kühlleistung des Kühlgebläses mit nur zwei strombegrenzenden Bauelementen und drei Schaltmitteln in mindestens vier von Null verschiedenen Stufen variierbar ist. In besonders vorteilhafter Weise sind diesbezüglich das erste und das zweite strombegrenzende Bauelement wahlweise jeweils einzeln oder in einer Reihenschaltung oder in eine Parallelschaltung betreibbar. Dazu erfolgt eine Beschaltung des ersten und des zweiten strombegrenzenden Bauelements durch die drei Schaltmittel derart, dass das erste strombegrenzende Bauelement mittels des ersten Schaltmittels an eine VersorgungsSpannung und mittels des zweiten Schaltmittels an einen ersten Kontakt des Gleichstrommotors schaltbar ist, das zweite strombegrenzende Bauelement mittels des dritten Schaltmittels an die Versorgungsspannung und mittels des zweiten Schaltmittels an den ersten Kontakt des Gleichstrommotors schaltbar ist, das erste und das zweite strombegrenzende Bauelement mittels des ersten und des dritten Schaltmittels in einer
Parallelschaltung an die VersorgungsSpannung und mittels des zweiten Schaltmittels an den ersten Kontakt des Gleichstrommotors schaltbar sind und das erste und das zweite strombegrenzende Bauelement mittels des ersten und des zweiten Schaltmittels in einer Reihenschaltung an die VersorgungsSpannung und an den ersten Kontakt des Gleichstrommotors schaltbar sind. Die erfindungsgemäße Vorrichtung bietet damit eine kostengünstige Alternative zu bekannten Vorrichtungen, bei denen mit drei Schaltmitteln und zwei strombegrenzenden Bauelementen lediglich maximal zwei von Null verschiedene Stufen oder - wie in der oben genannten EP 1 017 158 A2
- mit drei Schaltmitteln und drei strombegrenzenden Bauelementen nur maximal drei von Null verschiedene Stufen realisierbar sind. Auch gegenüber einer PWM-Ansteuerung - wie aus der EP 518 538 A2 bekannt
- ergibt sich durch die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Kostenersparnis aufgrund des entfallenden, teuren PWM-Reglers.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind das erste und das zweite strombegrenzende Bauelement ein erster Widerstand mit einem ersten Widerstandswert Ri bzw. ein zweiter Widerstand mit einem zweiten Widerstandswert R2. Die beiden Widerstandswerte Ri und R2 sind dabei derart zu dimensionieren, dass ein berechneter erster Quotient
Figure imgf000004_0001
in etwa in einem Bereich von 50% bis 100% liegt. Dies ermöglich eine gleichmäßige Abstufung des erwünschten Kühlleistungs- bzw. Drehzahlbereichs, insbesondere für den Kraftfahrzeug-Normalbetrieb. Dabei wird eine gleichmäßige Abstufung erreicht, wenn der erste Quotient Qi den Wert 62% annimmt. Werden zudem Ri und R2 möglichst groß gewählt, so kann der Einschaltstrom der erfindungsgemäßen Vorrichtung deutlich reduziert werden.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ergibt sich durch die Berücksichtigung eines zweiten Quotienten
Q2 - *L + *L
Rv.m
mit dem der Kühlleistungs- bzw. Drehzahlbereich möglichst weit variiert werden kann, wobei Rm einen Motorwiderstandswert des
Gleichstrommotors definiert. Zu diesem Zweck ist es von Vorteil, wenn Q2 in einem Bereich von 1 bis 10 liegt.
In einer alternativen Ausführung kann die erfindungsgemäße Vorrichtung mit geringen Modifikationen auch zur Ansteuerung von zwei Gleichstrommotoren, beispielsweise für ein Doppelkühlgebläse eines Kraftfahrzeugs, verwendet werden. Dazu ist das erste strombegrenzende Bauelement ein Widerstand und das zweite strombegrenzende Bauelement ein zweiter Gleichstrommotor, wobei nun der erste und der zweite Gleichstrommotor wahlweise jeweils einzeln oder in einer Reihenschaltung oder in einer Parallelschaltung betreibbar sind.
Die Beschaltung mittels der drei Schaltmittel erfolgt nun derart, dass ein erster Kontakt des ersten Gleichstrommotors mittels des ersten und des zweiten Schaltmittels über den Widerstand an eine VersorgungsSpannung schaltbar ist, der erste Kontakt des ersten Gleichstrommotors mittels des zweiten und des dritten Schaltmittels an einen zweiten Kontakt des ersten Gleichstrommotors schaltbar ist, ein erster Kontakt des zweiten Gleichstrommotors mittels des ersten Schaltmittels über den Widerstand an die Versorgungsspannung und ein zweiter Kontakt des zweiten Gleichstrommotors mittels des dritten Schaltmittels an den zweiten Kontakt des ersten Gleichstrommotors schaltbar ist und der erste und der zweite Gleichstrommotor mittels des zweiten und des dritten Schaltmittels wahlweise in einer Reihen¬ oder Parallelschaltung schaltbar sind.
Der Aufwand bzw. die Kosten für die erfindungsgemäße Vorrichtung zur stufenweisen Ansteuerung des Doppelkühlgebläses lässt sich weiter reduzieren, wenn der Widerstand nahezu einen Widerstandswert von Null Ohm besitzt. Dies ermöglicht zudem einen Betreib des ersten und/oder des zweiten Gleichstrommotors mit maximalem Drehmoment.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ergibt sich, wenn mindestens einem Gleichstrommotor ein viertes Schaltmittel parallel geschaltet ist, da dieses im Falle seines Schließens ein zügiges Abbremsen des Gleichstrommotors nach Deaktivierung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ermöglicht.
Schließlich ist es vorteilhaft, wenn mindestens einem Schaltmittel ein thermisches Schutzelement zugeordnet ist, um eine Beschädigung der Gebläsemotoren durch einen zu hohen Strom zu vermeiden. Dazu kann den Schaltmitteln jeweils das thermische Schutzelement in den Steuerkreisen und/oder in den Lastkreisen vorgeschaltet sein.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich durch die in den abhängigen Ansprüchen angegebenen Merkmale sowie aus der Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung.
Zeichnung
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren 1 bis 4 beispielhaft erläutert, wobei gleiche Bezugszeichen in den Figuren auf gleiche Bestandteile mit einer gleichen Funktionsweise hindeuten. Es zeigen Fig. 1: ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 2: ein Diagramm der Drehzahl- und Kühlleistungskennlinien in Abhängigkeit von den unterschiedlichen Stufen der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach dem ersten Ausführungsbeispiel,
Fig. 3: ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie
Fig. 4: Blockschaltbilder einer BremsSchaltung (Fig. 4a) und einer Schutzbeschaltung (Fig. 4b) für die erfindungsgemäße Vorrichtung.
Beschreibung
In Figur 1 ist das Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 zur stufenweisen Ansteuerung eines Gleichstrommotors 12 für ein Kühlgebläse eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Die Vorrichtung 10 weist ein erstes strombegrenzendes Bauelement 14 und ein zweites strombegrenzendes Bauelement 16 auf. Beide Bauelemente 14 und 16 sind als Widerstände 18 und 20 mit einem ersten Widerstandswert R1 bzw. einem zweiten Widerstandswert R2 ausgelegt. Es können aber auch andere strombegrenzende Bauelemente 14 und 16 mit entsprechenden Widerstandswerten zum Einsatz kommen. Dies könnten beispielsweise die Spulen weiterer Gleichstrommotoren, Varistoren, Dioden oder dergleichen sein. Im nachfolgenden, ersten Ausführungsbeispiel soll jedoch von einem ersten und von einem zweiten ohmschen Widerstand 18 bzw. 20 ausgegangen werden.
Der erste Widerstand 18 ist mittels eines ersten Schaltmittels 22, das die beiden Schalterstellungen 0 (offen) und 1 (geschlossen) besitzt, an eine Versorgungsspannung Vcc und mittels eines zweiten Schaltmittels 24, das zwischen einer Position 0 und einer weiteren Position 1 umschaltbar ist, an einen ersten Kontakt 26 des Gleichstrommotors 12 schaltbar. Der zweite Widerstand 20 kann mittels eines dritten Schaltmittels 28, das wie das erste Schaltmittel 22 die beiden Schalterstellungen 0 (offen) und 1 (geschlossen) besitzt, über einen Knotenpunkt 30 an die VersorgungsSpannung Vcc und mittels des zweiten Schaltmittels 24 an den ersten Kontakt 26 des Gleichstrommotors 12 geschaltet werden. Weiterhin ist es möglich, mittels des ersten und des dritten Schaltmittels 22 bzw. 28 den ersten und den zweiten Widerstand 18 und 20 in einer Parallelschaltung an die Versorgungsspannung VQ0 und mittels des zweiten Schaltmittels 24 an den ersten Kontakt 26 des Gleichstrommotors 12 zu schalten. Schließlich können der erste und der zweite Widerstand 18 und 20 mittels des ersten und des zweiten Schaltmittels 22 bzw. 24 in einer Reihenschaltung an die Versorgungsspannung Vcc und an den ersten Kontakt 24 des Gleichstrommotors 12 geschaltet werden.
Gemäß Figur 1 ist ein zweiter Kontakt 32 des Gleichstrommotors 12 mit einer elektrischen Masse GND verbunden. Der Gleichstrommotor 12 weist zudem einen Motorwiderstandswert Rm auf, der sich ohne externe Widerstandsbeschaltung aus einer über dem Gleichstrommotor 12 abfallenden Motorspannung Un, und einem Kurzschlussstrom Ik nach der Gleichung Rm = Um / Ik ergibt.
Gemäß Tabelle 1 lassen sich nun mit den beiden Widerständen 18 und 20, die die Widerstandswerte Ri bzw. R2 aufweisen, und den drei Schaltmitteln 22, 24 und 28 fünf von Null verschiedene Kühlleistungsstufen einstellen, wobei der Gleichstrommotor 12 den mit Null gleichzusetzenden Ausschaltzustand (aus) einnimmt, wenn sich das erste und das dritte Schaltmittel 22 und 28 in der Position 0 befinden. Der Schaltzustand des zweiten Schaltmittels 24 spielt in dieser Stufe keine Rolle und ist daher mit einem * bezeichnet.
Figure imgf000008_0001
Tabelle 1
Eine geringe Kühlleistung (gering) ergibt sich, wenn das erste Schaltmittel 22 in Position 1 geschaltet wird und das zweite und dritte Schaltmittel sich jeweils in der Position 0 befinden. Diese Schalterstellung bewirkt eine Reihenschaltung der beiden Widerstände 18 und 20, so dass sich ein resultierender Widerstandswert Ri + R2 ergibt, der einen verhältnismäßig hohen Spannungsabfall über der Reihenschaltung bewirkt. Eine erste mittlere Kühlleistung (mittel 1) folgt aus den Positionen 1 des ersten Schaltmittels 22, 1 des zweiten Schaltmittels 24 und 0 des dritten Schaltmittels 28. In diesem Fall sieht der Gleichstrommotor 12 lediglich den Widerstandswert Ri des ersten Widerstands 18. Werden dagegen das erste Schaltmittel 22 auf Position 0 und die beiden übrigen
Schaltmittel 24 und 28 jeweils auf Position 1 gesetzt, so ergibt sich eine zweite mittlere Kühlleistung (mittel 2) mit einem resultierenden Widerstandswert R2. Eine dritte mittlere Kühlleistung (mittel 3) ist einstellbar, wenn sich alle drei Schaltmittel 22, 24 und 28 jeweils in ihrer Position 1 befinden, so dass sich eine Parallelschaltung der beiden Widerstände 18 und 20 mit einem resultierenden Widerstandswert R1 | | R2 = R1 • R2/(Ri + R2) ergibt. Befinden sich schließlich das zweite Schaltmittel 24 auf Position 0 und das dritte Schaltmittel 28 auf Position 1, so sind beide Widerstände 18 und 20 überbrückt und der Gleichstrommotor 12 läuft mit der höchsten Drehzahl, was wiederum eine hohe Kühlleistung zur Folge hat. Die Schalterstellung des ersten Schaltmittels 22 ist in diesem Fall redundant und daher mit einem * gekennzeichnet. Figur 2 zeigt ein Kennlinienfeld der Drehzahl rpm des Gleichstrommotors 12 und des von ihm angetriebenen, jedoch nicht gezeigten Lüfters des Kühlgebläses in Abhängigkeit von einem Drehmoment T. Unter Bezugnahme auf Tabelle 1 sind zum Einen die Kennlinien des Gleichstrommotors 12 für die Stufen mit hoher Kühlleistung 34, mit dritter mittlerer Kühlleistung 36, mit zweiter mittlerer Kühlleistung 38, mit erster mittlerer Kühlleistung 40 und mit geringer Kühlleistung 42 dargestellt. Zum Anderen zeigt Figur 2 eine nichtlineare Kennlinie 44 des vom Gleichstrommotor 12 angetriebenen Lüfters. Von Interesse sind nun die Schnittpunkte der Kennlinie 44 mit den Kennlinien 34, 36, 38, 40 und 42. So stellt sich beispielsweise bei hoher Kühlleistung gemäß dem Schnittpunkt der Kennlinien 34 und 44 ein Drehmoment T von ca. 20% bei einer
Drehzahl rpm des Gleichstrommotors 12 von 100% ein, während sich bei geringer Kühlleistung gemäß dem Schnittpunkt der Kennlinien 42 und 44 ein Drehmoment T von ca. 8% bei einer Drehzahl rpm von ca. 63% ergibt. Das Ziel ist es nun, die Abstufung zwischen den einzelnen Schnittpunkten der Kennlinien möglichst gleichmäßig zu gestalten. Dies ist genau dann gewährleistet, wenn ein erster Quotient
R1
Qi= R1 + R,
der sich aus den Widerstandswerten R1 und R2 ergibt, in einem Bereich von ca. 50% bis 100% liegt, wobei die gleichmäßigste Abstufung für Q1 ~ 62% gefunden wurde. Dies ist aber auch von den gewählten Widerstandswerten R1 und R2 abhängig. So kann zwar durch einen möglichst hohen Widerstandswert R1 + R2 der Einschaltstrom deutlich reduziert werden, jedoch hat dieser Widerstandswert auch unmittelbaren Einfluss auf den Drehzahlbereich des Gleichstrommotors 12, der unter Berücksichtigung eines vom Motorwiderstandswert Rn, abhängigen zweiten Quotienten
R1 +R2
Q 2 =
R.
in weiten Grenzen variiert werden kann. Der zweite Quotient Q2 sollte in einem Bereich von 1 bis 10 gewählt werden.
In Figur 3 ist das Blockschaltbild eines zweiten
Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 zur stufenweisen Ansteuerung zumindest eines ersten Gleichstrommotors 12 für ein Kühlgebläse eines Kraftfahrzeugs dargestellt, wobei nun das erste strombegrenzende Bauelement 14 ein Widerstand 46 mit einem Widerstandswert R und das zweite strombegrenzende Bauelement 16 ein zweiter Gleichstrommotor 48 mit einem ersten und einem zweiten Kontakt 50 bzw. 52 ist. Im Unterschied zum ersten
Ausführungsbeispiel ist nun der Knotenpunkt 30 nicht mehr mit der VersorgungsSpannung Vcc sondern mit dem zweiten Kontakt 32 des ersten Gleichstrommotors 12 verbunden. Das zweite Ausführungsbeispiel zeigt, dass es mit dem Austausch weniger Bauelemente sowie einer kleinen schaltungstechnischen Modifikation möglich ist, die Vorrichtung 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel beispielsweise auch für ein Doppelkühlgebläse eines Kraftfahrzeugs einzusetzen.
Die Vorrichtung 10 ist nun derart ausgebildet, dass der erste Kontakt 26 des ersten Gleichstrommotors 12 mittels des ersten und des zweiten Schaltmittels 22 und 24 über den Widerstand 46 an die VersorgungsSpannung Vcc schaltbar ist. Weiterhin lässt sich der erste Kontakt 26 des ersten Gleichstrommotors 12 mittels des zweiten und des dritten Schaltmittels 24 bzw. 28 an den zweiten Kontakt 32 des ersten Gleichstrommotors 12 schalten. Darüber hinaus sind der erste Kontakt 50 des zweiten Gleichstrommotors 48 mittels des ersten Schaltmittels 22 über den Widerstand 46 an die VersorgungsSpannung Vcc und der zweite Kontakt 52 des zweiten Gleichstrommotors 48 mittels des dritten Schaltmittels 28 an den zweiten Kontakt 32 des ersten Gleichstrommotors 12 schaltbar. Schließlich ist es möglich, den ersten und den zweiten Gleichstrommotor 12 und 48 mittels des zweiten und des dritten Schaltmittels 24 bzw. 28 wahlweise in einer Reihen- oder Parallelschaltung zu betreiben.
Der Widerstand 46 kann beispielsweise einen sehr kleinen Widerstandswert R aufweisen und als Shunt zur Strommessung verwendet werden. Ebenso kann R aber auch einen Wert von nahezu Null Ohm aufweisen, so dass das erste Bauelement 14 einer Brücke entspricht.
In der nachfolgenden Tabelle 2 sind die mit der Vorrichtung 10 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel erzielbaren Stufen für die Kühlleistung des Doppelgebläses aufgezeigt. Danach ergibt sich der Ausschaltzustand (aus) des Doppelgebläses, wenn das erste Schaltmittel 22 auf die Position 0 (geöffnet) geschaltet ist. Die Positionen der beiden übrigen Schaltmittel 24 und 28 sind in diesem Fall redundant und daher mit einem * gekennzeichnet. Das Doppelgebläse wird in Betrieb gesetzt durch Verbringen des ersten Schaltmittels 22 in die Position 1 (geschlossen) , wobei nun vier von Null verschiedene Stufen in Abhängigkeit der Positionen des zweiten und des dritten Schaltmittels 24 bzw. 28 schaltbar sind.
Figure imgf000012_0001
Tabelle 2
Eine erste mittlere Kühlleistung (mittel 1) lässt sich zum Beispiel durch Position 0 des zweiten Schaltmittels 24 und Position 1 des dritten Schaltmittels 28 erreichen. Dies hat zur Folge, dass nur der zweite Gleichstrommotor 48 in Betrieb ist. Bringt man dagegen das zweite Schaltmittel 24 in Position 1 und das dritte Schaltmittel 28 in Position 0, so läuft nur der erste Gleichstrommotor 12, was zu einer zweiten mittleren Kühlleistung (mittel 2) führt. Eine dritte mittlere Kühlleistung (mittel 3) resultiert aus dem Schalten des zweiten und des dritten Schaltmittels 24 und 28 jeweils in ihre Position 0, da nun beide Gleichstrommotoren 12 und 48 in einer Reihenschaltung betrieben werden. Verbringt man schließlich jeweils das zweite und das dritte Schaltmittel 24 bzw. 48 in ihre Position 1, so arbeiten beide Gleichstrommotoren 12 und 48 in einer Parallelschaltung und bewirken eine hohe Kühlleistung (hoch) .
In Figur 4a ist das Blockschaltbild einer BremsSchaltung 54 für den ersten Gleichstrommotor 12 gezeigt. Dazu ist es möglich, mittels eines weiteren Schaltmittels 56 den ersten und den zweiten Kontakt 26 bzw. 30 des Gleichstrommotors 12 kurzzuschließen, indem das Schaltmittel 12 unmittelbar nach dem Verbringen der Vorrichtung 10 in ihren Ausschaltzustand von seiner Ruheposition 0 in eine Position 1 geschlossen wird. Für den ersten Gleichstrommotor 12 im zweiten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 ist im Grunde genommen keine BremsSchaltung 56 erforderlich, da diese Funktion auch von dem zweiten und dem dritten Schaltmittel 24 und 28 übernommen werden kann. So wird der erste Gleichstrommotor 12 kurzgeschlossen, wenn sich das zweite Schaltmittel 24 in der Position 0 und das dritte Schaltmittel 28 in der Position 1 befinden. Andererseits ist die BremsSchaltung 54 in der nach Figur 4a beschriebenen Weise auch für den zweiten Gleichstrommotor 48 einsetzbar.
Figur 4b stellt schließlich eine Schutzbeschaltung 58 für zumindest eines der Schaltmittel - beispielsweise das erste Schaltmittel 22 - gegen einen Überstrom, der zu einer Beschädigung der Gleichstrommotoren 12 und/oder 48 führen kann, dar. Das Schaltmittel 22 ist ausgeführt als ein Relais 60 mit einer Relaisspule 62 und einem Schaltkontakt 64, wobei sich die Relaisspule 62 in einem Steuerkreis 66 und der Schaltkontakt 64 in einem Lastkreis 68 befinden. Im Steuerkreis 66 ist ein thermisches Schutzelement 70 angeordnet, das bei thermischer Überlastung den Steuerkreis 66 unterbricht und so eine Beschädigung der Gleichstrommotoren 12 und/oder 48 verhindert. Alternativ kann das thermische Schutzelement 70 auch im Lastkreis 68 angeordnet sein, um diesen direkt zu unterbrechen. Dies ist beispielsweise sinnvoll, wenn als Schaltmittel statt oder zusätzlich zu den Relais Feldeffekt- Transistoren, MOSFET oder Bipolar-Transistoren zum Einsatz kommen.
Es sei abschließend noch darauf hingewiesen, dass die gezeigten Ausführungsbeispiele weder auf die Figuren 1 bis 4 noch auf eine direkte Beschaltung der Vorrichtung 10 mit der VersorgungsSpannung Vcc oder der elektrischen Masse GND beschränkt ist. So können beispielsweise zwischen der elektrischen Masse GND und dem zweiten Kontakt 32 des ersten Gleichstrommotors 12 bzw. zwischen der VersorgungsSpannung Vcc und dem ersten Schaltmittel 22 ein Shunt zur Strommessung oder andere elektrische Bauelemente angeordnet sein.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (10) zur stufenweisen Ansteuerung zumindest eines ersten Gleichstrommotors (12) für ein Kühlgebläse eines Kraftfahrzeugs mit einem ersten (14) und einem zweiten strombegrenzenden Bauelement (16) sowie mit einem ersten (22) , einem zweiten (24) und einem dritten Schaltmittel (28) , dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltmittel (22, 24, 28) das erste (14) und das zweite strombegrenzende Bauelement (16) derart beschälten, dass eine Kühlleistung des Kühlgebläses in mindestens vier von Null verschiedenen Stufen variierbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste (14) und das zweite strombegrenzende Bauelement (16) wahlweise jeweils einzeln oder in einer Reihenschaltung oder in eine Parallelschaltung betreibbar sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste strombegrenzende Bauelement (14) mittels des ersten Schaltmittels (22) an eine VersorgungsSpannung (Vcc) und mittels des zweiten Schaltmittels (24) an einen ersten Kontakt (26) des Gleichstrommotors (12) schaltbar ist, das zweite strombegrenzende Bauelement (16) mittels des dritten Schaltmittels (28) an die VersorgungsSpannung (Vcc) und mittels des zweiten Schaltmittels (24) an den ersten Kontakt (26) des Gleichstrommotors (12) schaltbar ist, das erste (14) und das zweite strombegrenzende Bauelement (16) mittels des ersten (22) und des dritten Schaltmittels (28). in einer Parallelschaltung an die Versorgungsspannung (Vcc) und mittels des zweiten Schaltmittels (24) an den ersten Kontakt (26) des Gleichstrommotors (12) schaltbar sind und das erste (14) und das zweite strombegrenzende Bauelement (16) mittels des ersten (22) und des zweiten Schaltmittels (24) in einer Reihenschaltung an die VersorgungsSpannung (Vcc) und an den ersten Kontakt (26) des Gleichstrommotors (12) schaltbar sind.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste strombegrenzende Bauelement (14) ein erster Widerstand (18) und das zweite strombegrenzende Bauelement (16) ein zweiter Widerstand (20) ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Widerstand (18) einen ersten Widerstandswert R1 und der zweite Widerstand (20) einen zweiten Widerstandswert R2 aufweist und dass ein aus dem ersten Widerstandswert R1 und dem zweiten Wiederstandswert R2 berechneter erster Quotient
Figure imgf000015_0001
in etwa in einem Bereich von 50% bis. 100% liegt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Quotient Qi in etwa den Wert 62% annimmt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Gleichstrommotor (12) einen Motorwiderstandswert Rn, aufweist und dass ein aus dem ersten Widerstandswert Ri, dem zweiten Widerstandswert R2 und dem Motorwiderstandswert Rn, berechneter, zweiter Quotient
R1 + R, Q2 = -A—i
K.
in etwa in einem Bereich von 1 bis 10 liegt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste strombegrenzende Bauelement (14) ein Widerstand (46) und das zweite strombegrenzende Bauelement (16) ein zweiter Gleichstrommotor (48) ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste (12) und der zweite Gleichstrommotor (48) wahlweise jeweils einzeln oder in einer Reihenschaltung oder in einer Parallelschaltung betreibbar sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Kontakt (26) des ersten Gleichstrommotors (12) mittels des ersten (22) und des zweiten Schaltmittels (24) über den Widerstand (46) an eine Versorgungsspannung (V∞) schaltbar ist, der erste Kontakt (26) des ersten Gleichstrommotors (12) mittels des zweiten (24) und des dritten Schaltmittels (28) an einen zweiten Kontakt (32) des ersten Gleichstrommotors (12) schaltbar ist, ein erster Kontakt (50) des zweiten Gleichstrommotors (48) mittels des ersten Schaltmittels (22) über den Widerstand (46) an die Versorgungsspannung (Vcc) und ein zweiter Kontakt (52) des zweiten Gleichstrommotors (48) mittels des dritten Schaltmittels (28) an den zweiten Kontakt (32) des ersten Gleichstrommotors (12) schaltbar ist, der erste (12) und der zweite Gleichstrommotor (48) mittels des zweiten (24) und des dritten Schaltmittels (28) wahlweise in einer Reihen- oder Parallelschaltung schaltbar sind.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand (46) einen Widerstandswert R ~ 0 Ohm besitzt.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einem Schaltmittel (22, 24, 28) jeweils ein thermisches Schutzelement (70) zugeordnet ist.
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltmittel (22, 24, 28) als Relais
(60) und/oder MOSFET und/oder FET und/oder Bipolar-Transistoren ausgeführt sind.
14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem mindestens einen Gleichstrommotor (12, 48) ein viertes Schaltmittel (56) parallel geschaltet ist.
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