WO2018036687A1 - Verfahren und steuereinrichtung zur beheizung einer mit einem bürstenlosen gleichstrommotor angetriebenen vorrichtung - Google Patents

Verfahren und steuereinrichtung zur beheizung einer mit einem bürstenlosen gleichstrommotor angetriebenen vorrichtung Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beheizung einer mit einem bürstenlosen Gleichstrommotor angetriebenen Vorrichtung, wobei Statorspulen des bürstenlosen Gleichstrommotors während einer Heizphase mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt werden. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Statorspulen während der Heizphase in Reihe geschaltet werden. Durch die Reihenschaltung der Statorspulen erhöht sich der Widerstand um einen Faktor 4,5 gegenüber einer Parallelschaltung einer Statorspule mit einer Reihenschaltung zweier Statorspulen, wie sie bei einem nach dem Stand der Technik beschalteten bürstenlosen Gleichstrommotor auftritt. Bei gleichem Betriebsstrom ist somit auch die Heizleistung um einen Faktor 4,5 höher.

Description

Beschreibung

Titel

Verfahren und Steuereinrichtung zur Beheizung einer mit einem bürstenlosen

Gleichstrommotor angetriebenen Vorrichtung

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beheizung einer mit einem bürstenlosen Gleichstrommotor angetriebenen Vorrichtung, wobei Statorspulen des bürstenlosen

Gleichstrommotors während einer Heizphase mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt werden.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Steuereinrichtung zur Durchführung des

Verfahrens.

In mit einer Diesel-Brennkraftmaschine angetriebenen Kraftfahrzeugen kann zur Verminderung der Emission von Stickoxiden im Abgas ein im Abgaskanal

angeordneter Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion (S CR- Katalysator) eingesetzt werden. Hierbei wird dem Abgas vor dem Katalysator eine 32,5-prozentige

Harnstoff-Wasser-Lösung (Ad-Blue) aus einem Vorratsbehälter über ein Pumpsystem und eine Düse mit einem Druck von 4,5 bis 8,5 bar zudosiert. Die Harnstoff-Wasser- Lösung gefriert unter -11°C. Daher muss das Vorrats- und Dosier-System bei niedrigen Temperaturen beheizt werden.

Die Harnstoff-Wasser-Lösung welche sich in dem Vorratsbehälter befindet wird mit einer Heizung im Innenraum des Vorratsbehälters erwärmt. Dieser Heizer erwärmt die Harnstoff-Wasser-Lösung um den Heizer herum, einen Ultraschallsensor zur

Füllstandshöhenbestimmung, das Filtersystem und die Ansaugstelle. Die Heizleistung ist aber nicht ausreichend um das komplette hydraulische System des Dosier-Systems aufzutauen. Das hydraulische Pumpensystem - auch Fördermodul genannt - muss zusätzlich beheizt werden. Aus Kostengründen ist keine eigene Heizung im Bereich des hydraulischen Kanalsystems vorgesehen. Um das Fördermodul aufzutauen wird die Pumpe bestromt, um über die Abwärme der Spule und deren thermische

Anbindung an die Mechanik und an die hydraulischen Kanäle diese aufzutauen und auch aufgetaut zu halten. Die Erwärmung der Spule der Pumpe dringt über einen Anker und über eine Pumpenmembran bis an die Harnstoff-Wasser-Lösung. Teilweise sind auch thermische Leiter so in dem Fördermodul vorgesehen, dass die Wärme direkt zu den Kanälen geleitet wird.

Ein in einem Steuergerät für das Fördermodul vorgesehener Programmablauf bestimmt dazu die Temperatur der Harnstoff-Wasser-Lösung über einen im

Ultraschallsensor zur Füllstandshöhenbestimmung eingebauten Temperatursensor, die Spulenstarttemperatur (die Temperatur im ersten Moment ohne die Funktion des Heizens zu starten) und berücksichtigt auch die Fahrzeug-Außentemperatur in den Berechnungen. Die Spulentemperatur wird über den kompletten Heizvorgang überwacht und auch geregelt. Somit wird sichergestellt, dass die Spule die optimale Heiztemperatur besitzt, also nicht zu wenig Temperatur in das hydraulische System einbringt, aber auch, dass die Spule nicht zu heiß wird, weil ansonsten ein

Durchbrennen des Spulendrahtes oder eine Beschädigung der Pumpenmechanik eintreten kann.

Spulen in Pumpensystemen mit Hubkolbenpumpen haben einen Innenwiderstand von typischerweise 4 Ohm. Bei einem geregelten Strom im Betriebsmodus„Heizen" von 2 Ampere ergibt sich somit eine Leistung von 16 Watt. Soll der mechanische Antrieb der Pumpe mit einem bürstenlosen Gleichstrommotor (BLDC-Motor, Brushless-Motor) erfolgen, hat dies nachteilige Auswirkung auf den Betrieb der Beheizung. Ein bürstenloser Gleichstrommotor weist an seinem Stator drei in einer Dreieckschaltung oder in einer Sternschaltung angeordnete Statorspulen auf, wobei jede Statorspule auf wiederum in zwei oder mehr Teil-Statorspulen aufgeteilt sein kann. Im Betrieb werden die drei Statorspulen mit um je 120° versetzen Spannungspulsen beaufschlagt und erzeugen so ein Drehfeld, das einen mit Permanentmagneten versehenen Rotor antreibt. Jede der drei Statorspulen ist mit typisch 0,5 Ohm deutlich niederohmiger als die Spule einer Hubkolbenpumpe. Der geringe Widerstand der Statorspulen ist erforderlich, damit eine Ansteuerung des bürstenlosen Gleichstrommotors mit einer pulsweitenmodulierten Ansteuerspannung möglich ist. Im Folgenden wird die

Beschaltung des bürstenlosen Gleichstrommotors in Dreieckschaltung betrachtet. Schließt man die Statorspulen des bürstenlosen Gleichstrommotors zur Beheizung über zwei der drei Anschlüsse an eine Spannungsversorgung an, ergibt sich eine Parallelschaltung aus einer Statorspule mit einer Serienschaltung zweier Statorspulen.

Diese Anordnung hat einen Widerstand von 0,33 Ohm und gibt bei einem Stromfluss von 2 Ampere eine Heiz-Leistung von lediglich 1,32 Watt ab. Eine Erhöhung des Stromes durch die Statorspulen, damit eine zu einer Hubkolbenpumpe vergleichbare Heizleistung abgegeben wird, ist nicht möglich, da die Statorspulen für einen solch hohen Strom nicht ausgelegt sind und dann auch das von ihnen erzeugte hohe

Magnetfeld die Permanentmagnete des Rotors entmagnetisieren könnte.

Aus der DE 10 2013 216 785 A1 ist eine Waschmaschine bekannt mit einer

Steuereinrichtung zur Steuerung eines Programmablaufs, einer in einem

Laugenbehälter um eine Trommelwelle drehbar gelagerten Trommel , einem außerhalb des Laugenbehälters hinter einer Laugenbehälterwand angeordneten elektrischen Antriebsmotor, umfassend einen Stator und einen Rotor, wobei die Trommelwelle direkt durch den Rotor angetrieben wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass ein wärmeleitendes Verbindungselement, das aus einem oder mehreren wärmeleitenden Bauteilen besteht, zwischen dem Innenraum des Laugenbehälters und dem

elektrischen Antriebsmotor so angeordnet ist, dass das wärmeleitende

Verbindungselement im direkten Kontakt zum Innenraum steht und Abwärme aus einem Betrieb des Antriebsmotors zur direkten Erwärmung einer im Innenraum des Laugenbehälters befindlichen wässrigen Flüssigkeit übertragen kann.

Die Schrift DE 10 2013 109 522 B4 offenbart eine Pumpe mit einem Spaltrohrmotor, der einen Stator (1 ) mit einem darin angeordneten Innenrotor (17 ) aufweist, wobei der Stator (1 ) und der Innenrotor (17 ) flüssigkeitsdicht durch ein zwischen Stator (1 ) und Innenrotor (17 ) angeordnetes Spaltrohr (21 ), welches aus einem nichtmetallischem Material ist, voneinander getrennt sind, wobei der Stator (1 ) Statorzähne (5 ) aufweist, die radial in Richtung des Innenrotors (17 ) verlaufen und mit zugehörigen Statorzahnstirnflächen (13 ) einen Aufnahmeraum für den Innenrotor (17 ) und das Spaltrohr (21 ) definieren, wobei das Spaltrohr (21 ) an den Statorzahnstirnflächen (13 ) anliegt und auf seiner dem Stator (1 ) zugewandten Oberfläche (23 ) in Statorzahnspalten (25 ), die jeweils durch zwei zueinander benachbarte Statorzähne (5 ) definiert sind, formschlüssig eingepasste Rippen (27 ; 27a ; 27b ) aufweist, die sich ausgehend von einem am Spaltrohr (21 ) angeordneten Rippenfuß (29 ) hinsichtlich einer in Umfangs- richtung (U) des Spaltrohrs (21 ) definierten Höhe (H) der Rippen (27 ; 27a ; 27b ) in radialer Richtung verjüngen, wobei ein Statorzahn (5 ) besteht aus jeweils einem Statorzahnschaft (7 ) und einem Statorzahnkopf (11 ), der zwei Statorzahnkopfteile (51a , 53a ; 51 b , 53b ) aufweist, die jeweils in beide Umfangsrichtungen des

Spaltrohrs (21 ) den Statorzahnschaft (11 ) überragen, dadurch gekennzeichnet, dass von Seitenlinien (39a , 40a ; 39b , 40b ) der Rippen (27 ; 27 ; 27b ) gebildete

Rippenflanken über den Bereich der Höhe (H) der Rippen (27 ; 27a ; 27b ) jeweils in Kontakt mit einer zu den Seitenlinien (39a , 40a ; 39b , 40b ) komplementär geformten Kontur der Statorzahnkopfteile (51 a , 53a ; 51 b , 53b ) als gegen Abscherung fixierte Lagerstellen in Kontakt stehen, wobei die Statorzahnkontur und damit die Höhe (H) der Rippen (27 ; 27a ; 27b ) so ausgelegt ist, dass unter Betriebsdruckbelastung im gesamten Bereich des Spaltrohrs (21 ) Vergleichsspannungen im Spaltrohr (21 ) immer kleiner sind als die Festigkeitsgrenze des Spaltrohrmaterials.

Die Schrift DE 10 2012 206 822 A1 beschreibt ein Steuergerät (1 ) zur Ansteuerung eines bürstenlosen Gleichstrommotors (3 ) wobei das Steuergerät (1 ) ausgeführt ist, den Gleichstrommotor (3 ) mit Energie zu versorgen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Steuergerät (1 ) ferner ausgeführt ist den Gleichstrommotor (3 ) zu

erwärmen, indem der Gleichstrommotor (3 ) mit Energie versorgt wird, ohne dass dabei ein elektromagnetisches Wechselfeld im Gleichstrommotor (3 ) entsteht.

Die Schriften DE 10 2013 216 785 A1 und DE 10 2013 109 522 B4 behandeln eine Nutzung der im Betrieb eines bürstenlosen Gleichstrommotors entstehenden Abwärme zur Erwärmung von Flüssigkeiten. Ein separater Heizbetrieb ohne eine Drehbewegung ist nicht vorgesehen.

Die Schrift DE 10 2012 206 822 A1 beschreibt eine Steuereinheit und ein

Betriebsverfahren, die es ermöglichen, einen bürstenlosen Gleichstrommotor zum einen als Antrieb mit einer Drehbewegung und zweitens ohne Drehbewegung zur

Beheizung einzusetzen. Im Unterschied zu der vorliegenden Erfindungsmeldung ist jedoch nicht vorgesehen, die Schaltungsanordnung der Spulenwicklungen des bürstenlosen Gleichstrommotors zur Verbesserung der Heizleistung zu ändern. Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, welches es ermöglicht, die Statorspulen eines bürstenlosen Gleichstrommotors mit einer gegenüber dem Stand der Technik erhöhten Heizleistung zu verwenden.

Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Steuereinrichtung bereitzustellen.

Offenbarung der Erfindung

Die das Verfahren betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass die Statorspulen während der Heizphase in Reihe geschaltet werden. Durch die

Reihenschaltung der Statorspulen erhöht sich der Gesamt-Widerstand um einen Faktor 4,5 gegenüber einer Parallelschaltung einer Statorspule mit einer Reihenschaltung zweier Statorspulen, wie sie bei einem nach dem Stand der Technik in

Dreiecksbeschaltung eingesetzten bürstenlosen Gleichstrommotor auftritt. Bei gleichem Betriebsstrom ist somit gemäß P = R * I2 mit der Leistung P, dem Widerstand R und dem Strom I auch die Heizleistung um einen Faktor 4,5 höher. Wird der bürstenlose Gleichstrommotor zum Antrieb eines Fördermoduls für eine Harnstoff- Wasser-Lösung für eine Abgasreinigung in einer Anordnung zur selektiven

katalytischen Reduktion (SCR) von Stickoxid im Abgas einer Brennkraftmaschine eingesetzt, würde eine Erhöhung des Betriebsstroms zur Erhöhung der Heizleistung das Bordnetz eines mit der Brennkraftmaschine angetriebenen Fahrzeugs zusätzlich belasten und so den Kraftstoff-Verbrauch erhöhen. Wird der Heizstrom mittels

Pulsweitenmodulation an die erforderliche Heizleistung angepasst, würde eine

Erhöhung des Stromes zudem die elektromagnetische Verträglichkeit der Anlage ( EMV-Störungen ) negativ beeinflussen. Weiterhin sind durch die Bauweise des bürstenlosen Gleichstrommotor für dessen Betriebsstrom Grenzen hinsichtlich der Temperaturbelastbarkeit aber auch der Entmagnetisierung des Rotors durch das durch den Heizstrom verursachte Magnetfeld gegeben.

Eine Anpassung der Heizleistung wird ermöglicht, indem die Statorspulen während der Heizphase mit einer pulsweitenmodulierten Betriebsspannung beaufschlagt werden. Eine Anpassung der Heizleistung an den Bedarf des Systems und auch ein Schutz vor zu hohen Systemtemperaturen wird erreicht, indem eine Temperaturinformation mit berücksichtigt wird. Hierzu ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein Sollwert eines elektrischen Stroms durch die Statorspulen während der Heizphase aus einer

Temperatur des bürstenlosen Gleichstrommotors und/oder einer Temperatur einer Ansteuerschaltung für den bürstenlosen Gleichstrommotor und/oder aus einem

Widerstand der Statorspulen bestimmt wird. Die Temperatur des bürstenlosen

Gleichstrommotors kann über eine dort vorgesehenen Temperatursensor bestimmt werden. Alternativ ist auch möglich aus dem Temperaturkoeffizienten des Drahte der Statorspulen über eine Widerstandsmessung die Temperatur zu bestimmen. Die Schaltelemente der Steuereinrichtung werden vom Heizstrom durchflössen, so dass auch deren Temperatur zu einer näherungsweisen und modellhaften Bestimmung der Temperatur des bürstenlosen Gleichstrommotors herangezogen werden kann.

Eine Regelung der Temperatur des Systems wird ermöglicht, indem der elektrische Strom durch die Statorspulen während der Heizphase auf den Sollwert geregelt wird.

Die die Steuereinrichtung betreffende Aufgabe der Erfindung wird gelöst, indem ein siebenter Schalter zur Öffnung der Dreieckschaltung der Statorspulen des

bürstenlosen Gleichstrommotors zu einer Reihenschaltung während der Heizphase vorgesehen ist. Durch die Reihenschaltung wird der elektrische Wderstand der Anordnung gegenüber einer Dreieckschaltung mit Bestromung zweier Anschlüsse um den Faktor 4,5 erhöht. Bei gleichem Betriebsstrom wird daher eine 4,5-fach höhere Heizleistung frei.

Während einer Heizphase ist in einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Reihenschaltung über einen der mit der ersten Spannungsversorgung verbundenen Schalter verbindbar ist und dass ein achter Schalter zur Verbindung der

Reihenschaltung während der Heizphase mit der zweiten Spannungsversorgung vorgesehen ist. Eine Pulsweitenmodulation der Heizleistung kann mittels eines der mit der ersten Spannungsversorgung verbundenen Schalter oder mit dem achten Schalter erfolgen. Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der siebente Schalter und/oder der achte Schalter als MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) ausgebildet sind. Eine besonders vorteilhafte Anwendung haben das Verfahren oder die

Steuereinrichtung zur Beheizung einer Fördereinrichtung für eine Harnstoff-Wasser- Lösung in einer Abgasreinigungsanlage, die mittels selektiver katalytischer Reduktion Abgase einer Brennkraftmaschine reinigt. Einerseits ermöglicht ein bürstenloser Gleichstrommotor einen besonders effizienten und dauerhaften Antrieb der

Fördereinrichtung. Andererseits ermöglicht die erfindungsgemäße Steuereinrichtung eine gegenüber dem Stand der Technik bei gleichem Betriebsstrom eine um den Faktor 4,5 erhöhte Heizleistung.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 einen bürstenlosen Gleichstrommotor mit Steuereinrichtung,

Figur 2 eine erfindungsgemäße Steuereinrichtung zur Beheizung mit einem

bürstenlosen Gleichstrommotor,

Figur 3 eine Ansteuerschaltung für die erfindungsgemäße Steuereinrichtung, Figur 4 eine weitere erfindungsgemäße Steuereinrichtung.

Figur 1 zeigt eine erste Steuereinrichtung 10 nach dem Stand der Technik für einen bürstenlosen Gleichstrommotor 30. Der bürstenlose Gleichstrommotor 30 ( BLDC- Motor, Brushless Motor ) besteht aus einer ersten Statorspule 31, einer zweiten Statorspule 32 und einer dritten Statorspule 33 sowie einem Rotor mit Permanentmagneten. Er kann als Innenläufer mit innen liegendem Rotor oder als Außenläufer mit außen liegendem Rotor und innen liegendem Stator ausgeführt sein. Die Statorspulen 31, 32 und 33 können in jeweils zwei oder mehr Teil-Spulen aufgeteilt sein. Die hier schematisch dargestellte Steuereinrichtung 10 enthält einen ersten Schalter 11, einen zweiten Schalter 12, einen dritten Schalter 13, einen vierten Schalter 14, einen fünften Schalter 15 und einen sechsten Schalter 16. Der erste Schalter 11, der zweite Schalter 12 und der dritte Schalter 13 sind mit einer ersten Spannungsversorgung 17 verbunden. Der vierte Schalter 14, der fünfte Schalter 15 und der sechste Schalter 16 sind mit einer zweiten Spannungsversorgung 18 verbunden. Eine Verbindung des ersten Schalters 11 mit dem vierten Schalter 14 ist über eine erste Zuleitung 21 mit der ersten Statorspule 31 und der dritten Statorspule 33 verbunden. Eine Verbindung des zweiten Schalters 12 mit dem fünften Schalter 15 ist über eine zweite Zuleitung 22 mit der ersten Statorspule 31 und der zweiten Statorspule 32 verbunden. Eine Verbindung des dritten Schalters 13 mit dem sechsten Schalter 16 ist über eine dritte Zuleitung 23 mit der zweiten Statorspule 31 und der dritten Statorspule 33 verbunden.

Die Schalter 11, 12, 13, 14, 15 und 16 sind als MOSFET mit Freilaufdiode ausgeführt und können in der Steuereinrichtung 10 derart mit gegeneinander phasenverschobenen Signalen angesteuert werden, dass sich ein Drehfeld ausbildet, das den mit Permanentmagneten versehenen Rotor des bürstenlosen Gleichstrommotors 30 in eine Drehbewegung versetzt. In der Zuleitung zur zweiten Spannungsversorgung 18 kann ein Shunt-Widerstand vorgesehen sein, so dass aus einem Spannungsabfall an dem Shunt-Widerstand ein elektrischer Strom bestimmt werden kann, den die erste Steuereinrichtung 10 aufnimmt.

Wird der bürstenlose Gleichstrommotor 30 zum Antrieb einer Fördereinrichtung für eine Harnstoff-Wasser-Lösung für eine Abgasreinigungsanlage zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden im Abgas eine Brennkraftmaschine eingesetzt, so kann die bei seinem Betrieb entstehende Abwärme auch zur Beheizung der Fördereinrichtung dienen. Dies ist insbesondere bei niedrigen Temperaturen erwünscht, da ansonsten unter -11°C die Harnstoff-Wasser-Lösung einfriert und die Abgasreinigung nicht funktionsfähig ist. In einem solchen Fall ist bei Hubkolbenpumpen vorgesehen, dass die Spulen der Pumpe mit einem Strom beaufschlagt werden und die entstehende Wärme zur Beheizung der Harnstoff-Wasser-Lösung in dem Fördermodul genutzt wird. Beispielhaft haben die Spulen einen Widerstand von 4 Ohm und werden mit 2 Ampere beaufschlagt, so dass gemäß P = R * I2 eine Wärmeleistung von 16 Watt genutzt werden kann. Wird als Antrieb ein bürstenloser Gleichstrommotor 30 eingesetzt, so haben dessen Statorspulen 31, 32 und 33 beispielhaft einen Gleichstrom-Widerstand von 0,5 Ohm. Der geringe Widerstand der Statorspulen ist erforderlich, damit eine Ansteuerung des bürstenlosen Gleichstrommotors 30 mit einer pulsweitenmodulierten Ansteuerspannung möglich ist. Zur Beheizung können der erste Schalter 11 und der sechste Schalter 16 geschlossen werden und so der bürstenlose Gleichstrommotor 30 mit der ersten Spannungsversorgung 17 und der zweiten Spannungsversorgung 18 verbunden werden. Hierdurch ergibt sich eine Parallelschaltung aus der dritten

Statorspule 33 mit einer Serienschaltung der ersten Statorspule 31 und der zweiten Statorspule 32. Diese Anordnung hat einen Widerstand von 0,33 Ohm und gibt bei einem Stromfluss von 2 Ampere eine Heiz-Leistung von lediglich 1,32 Watt ab. Eine Erhöhung des Stromes durch die Statorspulen 31, 32 und 33 damit eine zu einer Hubkolbenpumpe vergleichbare Heizleistung abgegeben wird, ist nicht möglich, da die Statorspulen für einen solch hohen Strom nicht ausgelegt sind und dann auch das von ihnen erzeugte hohe Magnetfeld die Permanentmagnete des Rotors entmagnetisieren könnte.

Figur 2 zeigt eine zweite Steuereinrichtung 20, die eine erfindungsgemäße Ergänzung und Verbesserung der ersten Steuereinrichtung 10 darstellt. Bauteile in Figur 2, die gleich zu Bauteilen in Figur 1 sind, sind mit gleichen Bezeichnern versehen. Die Verbindung des zweiten Schalters 12 mit dem fünften Schalter 15 ist über eine vierte Zuleitung 26 mit der ersten Statorspule 31 verbunden. Eine Verbindung zu der zweiten Statorspule 32, wie in der ersten Steuereinrichtung 10, besteht in der zweiten

Steuereinrichtung 20 nicht. Die Verbindung des zweiten Schalters 12 mit dem fünften Schalter 15 ist mit einem siebenten Schalter 24 verbunden, der wiederum über eine fünfte Zuleitung 27 mit der zweiten Statorspule 32 verbunden ist. Die Verbindung des siebenten Schalters 24 mit der zweiten Statorspule 32 ist über einen achten Schalter 25 mit der zweiten Spannungsversorgung 18 verbunden. Der siebente Schalter 24 und der achte Schalter 25 sind als MOSFET ausgeführt. Die erfindungsgemäße Ergänzung besteht darin, dass es ermöglicht wird, die erste Statorspule 31, die zweite Statorspule 32 und die dritte Statorspule 33 in Reihe zu schalten und mit der ersten Spannungsversorgung 17 und der zweiten Spannungsversorgung 18 zu verbinden. Hierzu werden für einen Heizbetrieb der zweite Schalter 12 und der achte Schalter 25 geschlossen. Alle anderen Schalter bleiben geöffnet. Der Strompfad verläuft von der ersten

Spannungsversorgung 17 über den zweiten Schalter 12, die erste Statorspule 31, die dritte Statorspule 33, die zweite Statorspule 32 und den achten Schalter 25 zu der zweiten Spannungsversorgung 18. Durch die Reihenschaltung der Statorspulen 31, 32, und 33 ist beispielhaft der Gesamtwiderstand der Heizanordnung 1,5 Ohm, so dass bei dem Strom von 2 Ampere eine Leistung von 6 Watt abgegeben wird, was dem 4,5- fachen der Heizleistung bei Verwendung der ersten Steuereinrichtung 10 entspricht. Zur Anpassung der Heizleistung kann es vorgesehen sein, den Strom mittels des zweiten Schalters 12 oder des achten Schalters 25 mit einem Pulsweitenmodulations- signal zu takten. Die Pulsweitenmodulation kann mit einem Temperatursignal von einem Temperatursensor an den Statorspulen 31, 32 oder 33 oder einer

Temperaturinformation aus Elektronikbauteilen der zweiten Steuereinrichtung 20 angesteuert werden, so dass eine Temperaturregelung für die zu erwärmende Harnstoff-Wasser-Lösung und die umliegenden Bauteile verwirklicht werden kann, die auch einen Übertemperaturschutz beinhalten kann. Alternativ ist es auch möglich, aus dem Temperaturkoeffizienten der Drähte der Statorspulen 31, 32 oder 33 über eine Widerstandsmessung die Temperatur zu bestimmen.

Soll die zweite Steuereinrichtung 20 den bürstenlosen Gleichstrommotor 30 als Antrieb mit Drehbewegung ansteuern, wird der siebente Schalter 24 geschlossen und der achte Schalter 25 geöffnet. Wie auch in der ersten Steuereinrichtung 10 kann dann in der zweiten Steuereinrichtung 20 über die Schalter 11, 12, 13, 14, 15 und 16 der bürstenlose Gleichstrommotor 30 angesteuert werden. Der Anschluss des zur Öffnung der Dreieckschaltung verwendeten siebenten Schalters 24 kann auch zwischen dem ersten Schalter 11 und dem vierten Schalter 14 oder zwischen dem dritten Schalter 13 und dem sechsten Schalter 16 vorgesehen sein, wobei sinngemäße Änderungen an den Zuleitungen 21, 23, 26 und 27 vorzunehmen sind.

Figur 3 zeigt eine Ansteuerschaltung 40 für den siebenten Schalter 24 und den achten Schalter 25 um die zweite Steuereinrichtung 20 von einem Drehbetrieb in einen Heizbetrieb umzuschalten. Die Ansteuerschaltung 40 ist mit der ersten Spannungsversorgung 17 und der zweiten Spannungsversorgung 18 verbunden. Mittels eines Steuersignals 41 wird zwischen Heizbetrieb und Drehbetrieb umgeschaltet. Ein erster Widerstand 42 und ein zweiter Widerstand 43 passen den Pegel des Steuersignals 41 zur Ansteuerung eines ersten Transistors 44 vom Typ NPN an, der über einen dritten Widerstand 45 mit einem zweiten Transistor 46 vom Typ PNP verbunden ist. Der erste Transistor 44 invertiert das Steuersignal 41 und leitet es einem ersten Ausgang 48 zu. Der zweite Transistor 46 invertiert das Signal des ersten Ausgangs 48 und leitet es einem zweiten Ausgang 49 zu wobei ein vierter Widerstand 47, der mit der zweiten Spannungsversorgung 18 verbunden ist, als Arbeitswiderstand dient. Der erste Ausgang 48 ist mit dem siebten Schalter 24 verbunden, der zweite Ausgang 49 ist mit dem achten Schalter 25 verbunden. Wird an das Steuersignal 41 ein zum Durchschalten des ersten Transistors 44 geeigneter Spannungspegel angelegt, tritt am ersten Ausgang 48 und damit am siebten Schalter 24 ein niedriger Pegel auf und der siebte Schalter 24 ist geöffnet. Weiterhin tritt am zweiten Ausgang 49 und damit am achten Schalter 25 ein hoher Pegel auf und der achte Schalter 25 ist geschlossen. Dies entspricht dem Heizbetrieb. Für den Drehbetrieb wird an das Steuersignal 41 ein zum Sperren des ersten Transistors 44 geeigneter Spannungspegel angelegt. Der zum Sperren geeignete Spannungspegel ist hierbei niedriger als der zum Durchschalten des ersten Transistors 44 geeignete Spannungspegel. Die hier dargestellte

Ansteuerschaltung 40 ist eine Ausführungsform und kann, je nach Ausführung des vierten Schalters 24 und des achten Schalters 25, angepasst werden um für deren Ansteuerung geeignete Spannungspegel bereitzustellen. Die Inverterstufen können auch durch andere nach dem Stand der Technik bekannte Transistoranordnungen verwirklicht werden. Es kann auch vorgesehen sein, die Schalter 24 und 25 direkt über Logikausgänge eines Microcontrollers anzusteuern ohne eine Inverterstufe zu verwenden.

Figur 4 zeigt eine dritte Steuereinrichtung 50, die eine weitere erfindungsgemäße Ergänzung und Verbesserung der ersten Steuereinrichtung 10 darstellt. Auch hier ist ein siebenter Schalter 24 zur Öffnung der Dreieckschaltung der Statorspulen 31, 32 und 33 vorgesehen. Der siebente Schalter 24 ist in die Verbindung des mit der ersten Spannungsversorgung 17 verbundenen Schalters 12 und des mit der zweiten

Spannungsversorgung 18 verbundenen Schalters 15 eingeschleift. Für einen

Drehbetrieb wird der siebente Schalter 24 geschlossen und die elektronischen Schalter 11, 12, 13, 14, 15 und 16 wie bei der Steuereinrichtung 10 so betrieben, dass ein Drehfeld den Rotor des bürstenlosen Gleichstrommotors 30 antreibt. Für einen

Heizbetrieb wird der siebente Schalter 24 geöffnet und die Reihenschaltung der Statorspulen 31, 32 und 33 über den zweiten Schalter 12 mit der ersten Spannungsversorgung 17 sowie über den fünften Schalter 15 mit der zweiten Spannungsversorgung 18 verbunden. Eine Pulsbreitenmodulation der Heizleistung kann über den zweiten Schalter 12 oder über den fünften Schalter 15 vorgenommen werden. Die Einschleifung des zur Öffnung der Dreieckschaltung verwendeten siebenten Schalters 24 kann auch zwischen dem ersten Schalter 11 und dem vierten Schalter 14 oder zwischen dem dritten Schalter 13 und dem sechsten Schalter 16 vorgesehen sein, wobei sinngemäße Änderungen an den Zuleitungen 21, 23, 26 und 27 vorzunehmen sind.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Beheizung einer mit einem bürstenlosen Gleichstrommotor (30) angetriebenen Vorrichtung, wobei Statorspulen (31, 32 und 33) des bürstenlosen Gleichstrommotors (30) während einer Heizphase mit einer elektrischen
Spannung beaufschlagt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorspulen (31, 32 und 33) während der Heizphase in Reihe geschaltet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorspulen (31, 32 und 33) während der Heizphase mit einer pulsweitenmodulierten
Betriebsspannung beaufschlagt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sollwert eines elektrischen Stroms durch die Statorspulen (31, 32 und 33) während der Heizphase aus einer Temperatur des bürstenlosen Gleichstrommotors (30) und/oder einer Temperatur einer Ansteuerschaltung für den bürstenlosen Gleichstrommotor (30) und/oder aus einem Widerstand der Statorspulen (31, 32 und 33) bestimmt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Strom durch die Statorspulen (31, 32 und 33) während der Heizphase auf den Sollwert geregelt wird.
5. Steuereinrichtung zur Beheizung einer mit einem bürstenlosen Gleichstrommotor (30) angetriebenen Vorrichtung, wobei Statorspulen (31, 32 und 33) des bürstenlosen Gleichstrommotors (30) in einer Dreieckschaltung angeordnet sind und während einer Heizphase über eine erste Spannungsversorgung (17) und eine zweite Spannungsversorgung (18) mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt werden, dadurch gekennzeichnet, dass ein siebenter Schalter (24) zur Öffnung der Dreieckschaltung der Statorspulen (31, 32 und 33) des bürstenlosen Gleichstrommotors (30) zu einer Reihenschaltung während der Heizphase vorgesehen ist.
6. Steuereinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die
Reihenschaltung über einen der mit der ersten Spannungsversorgung (17) verbundenen Schalter (11, 12 oder 13) verbindbar ist und dass ein achter Schalter (25) zur Verbindung der Reihenschaltung während der Heizphase mit der zweiten Spannungsversorgung (18) vorgesehen ist.
7. Steuereinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der siebente Schalter (24) und/oder der achte Schalter (25) als MOSFET ausgebildet sind.
8. Anwendung des Verfahrens oder der Steuereinrichtung nach einem der
vorgenannten Ansprüche zur Beheizung einer Fördereinrichtung für eine
Harnstoff-Wasser-Lösung in einer Abgasreinigungsanlage, die mittels selektiver katalytischer Reduktion Abgase einer Brennkraftmaschine reinigt.
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