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Steuereinrichtung für einen Gleichstrommotor, insbesondere für einen
Lüftermotor in einem Kraftfahrzeug Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung
für einen Gleichstrommotor, insbesondere für einen Lüftermotor in einem Kraftfahrzeug,
mit Schutzwirkung beim Blockieren des Gleichstrommotors gegen thermische Ilberlastung.
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Bei bekannten Steuereinrichtungen dieser Art dient als Schutz gegen
thermische Überlastung des Gleichstrommotors ein thermischer Auslöser, der ein Bimetall
aufweist, das vom Motorstrom durchflossen und erwärmt wird oder das als Thermofühler
z.B. in der Wicklung des Motors angeordnet ist. Uberschreitet die Temperatur des
Bimetalls infolge thermischer Überlastung des Motors einen vorbestimmten Wert, so
wird der Motor abgeschaltet.
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Ein mechaniscn wirkender thermischer Auslöser kann jedoch leicht verschmutzen
oder beschädigt. und damit unbrauchbar werden. Ferner spricht ein thermischer Auslöser
bei durch ausreichende natürliche Konvektion oder Fremdkühlung gekühltem, in strombegrenzender
Schaltung betriebenem Motor nicht an, wenn dieser Motor blockiert ist. Aus Sicherheitsgründen
kann jedoch auch bei einem solchen blockierten Motor das Anstehen einer Spannung
unzulässig sein.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine weitestgehende elektronisch
arbeitende Steuereinrichtung zu schaffen, die gegenüber der bekannten Steuereinrichtung
eine verbesserte Betriebssicherheit hat und deren Funktionsfähigkeit auch bei Premdkühlung
des Motors gewährleistet ist.
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Zur- Lösung dieser Aufgabe ist eine Steuereinrichtung der eingangs
erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet,
daß eine dem
Gleichstrommotor vorschaltbare, steuerbare und strombegrenzende Leistungsstufe vorgesehen
ist, die mit einem Stellschalter in die Steuerabhängigkeit von einer Schaltstufe
schaltbar ist, welche ihrerseits in Steuerabhängigkeit von der Motorspannung steht
und die beim Überschreiten eines Schwellwertes der Motorspannung die Leistungsstufe
in den Durchlaßzustand steuert, und daß ferner eine ebenfalls mit dem Stellschalter
einschaltbare Umgehungsstufe mit einem Zeitglied vorgesehen ist, die beim Herstellen
der Steuerabhängigkeit der teistungsstufe von der Schaltstufe mit dem Stellschalter
für einen begrenzten Zeitraum die Leistungsstufe derart durchsteuert, daß die Motorspannung
bei unblockiertem Gleichstrommotor mindestens den zum Durchsteuern der teistungsstufe
über die Schaltstufe erforderlichen Schwellwert erreicht und bei blockiertem Gleichstrommotor
unterhalb dieses Schwellwertes liegt.
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Die strombegrenzende Leistungsstufe kann ohne weiteres so bemessen
sein, daß der z.B. einen Lüfter antreibende Motor durch besondere Strömungsverhältnisse
nicht überlastet werden kann.
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Als Kriterium für den Zustand des Motors (blockiert oder unbLockiert)
wird die Motorspannung verwendet, die bei blockiertem Motor beim Einschalten unter
Einwirkung des Zeitgliedes der Umgehungsstufe nur kurzfristig am Motor abfällt,
zur Durchsteuerung der Leistungsstufe nicht ausreicht und zu keiner nennenswerten
Erwärmung des Motors führt.
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Günstigerweise weist die Leistungsstufe einen Transistor auf, dessen
Emitter-Kollektor-Strecke im Strompfad für den Gleichstrommotor liegt. Aufgrund
seines Kennlinienfeldes sorgt der Transistor für eine Begrenzung des den Motor durchfließenden
Stromes auf einen auch bei verschiedenen Belastungen des Motors weitgehend konstanten-Wert,
z.B. den Nennstrom des Motors.
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Die Erfindung und ihre Vorteile seien anhand der Zeichnung an einem
Ausführungsbeispiel näher erläutert:
-Figur 1 zeigt das Schaltbild
einer erfindungsgemäßen Steuereinrichtung.
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Figur 2 zeigt das Kennlinienfeld des Beistungstransistors der Leistungsstufe
der Steuereinrichtung nach Figur 1.
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In der Einrichtung nach Figur 1 ist der Antriebsmotor M eines Kraftfahrzeuglüfters
an der positiven Leitung 15 und über die Emitter-Kollektor-Strecke eines npn-Transistors
V1 an der Masse 31 angeschlossen. Die positive Leitung 15 liegt am Pluspol und die
Masse 31 am Minuspol einer nicht dargestellten Gleichstrombatterie. Der Transistor
V1 bildet mit einem npn-Treibertransistor V2 eine aus einer Darlingtonstufe bestehende
Beistungsstufe der Einrichtung nach Figur 1. Der Emitter des Transistors V1 liegt
an der Masse 31. Parallel zur Basis-Emitter-Strecke des Transistors V1 ist ein ohmscher
Baisableitwiderstand R1 geschaltet. Die Basis des Transistors Vi liegt am Emitter
des Treibertransistors V2, dessen Kollektor mit dem Kollektor des Transistors V1
verbunden ist.
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Ein als unterbrechungsloser Stufenschalter ausgebildeter Stellschalter
S weist die ortsfesten Kontaktteile 1, 5, 7 und 2 sowie einen beweglichen Kontaktteil
3 auf. Beim Umschalten des beweglichen Kontaktteiles 3 von einem ortsfesten Ausgangskontaktteil
auf den benachbarten löst der bewegliche Eontaktteil 1 die elektrische Verbindung
zum Ausgangskontaktteil erst dann, wenn die elektrische Verbindung mit dem benachbarten
ortsfesten Kontaktteil hergestellt ist. Am ortsfesten Kontaktteil 5 ist ein ohmscher
Widerstand R3 angeschlossen, der mit ohmschen Widerständen R4, R5, R6 und R7 in
Serie geschaltet ist. Der ohmsche Widerstand R7 liegt an der Masse 31. Die Verbindungsleitung
zwischen den ohmschen Widerständen R3 und R4 ist mit dem zum ortsfesten Kontaktteil
5 benachbarten ortsfesten Kontaktteil 7 verbunden, während die Verbindungsleitung
zwischen den ohmschen Widerständen R4 und R5 mit dem zum ortsfesten Xontaktteil
7 benachbarten ortsfesten Kontaktteil 2 verbunden ist. An der Verbindungsleitung
zwischen dem ohmschen Widerstand R6 und dem ohmschen Widerstand 7 liegt die Basis
des Treibertransistors V2. Der ohmsche
Widerstand R7 ist ein Basisableitwiderstand.
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An der Verbindungsleitung zwischen den ohmschen Widerständen R5 und
R6 ist über einen Vorschaltwiderstand R10 der Kollektor eines pnp-Transistors V5
angeschlossen, dessen Emitter mit der positiven Leitung verbunden ist. Die Basis
des Transistors V5 liegt an dem einen Anschluß eines Ladekondensators a2, der über
einen Vorschaltwiderstand R9 mit dem beweglichen Kontaktteil R3 des Stellschalters
verbunden ist. Der zum ortsfesten Kontaktteil 5 benachbarte ortsfeste Kontaktteil
1 die ses Stellschalters S ist mit der Basis des Transistors V5 verbunden. Der Transistor
V5 bildet 2zusammen mit dem Ladekondensator C2 und dem Vorschaltwiderstand R9 eine
Umgehungsstufe der Einrichtung nach Figur 1. Der Ladekondensator C2 und der ohmsche
Widerstand R9 sind das Zeitglied dieser Umgehungsstufe.
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Der Emitter eines npn-Transistors V4 liegt am beweglichen Kontaktteil
3 des Stellschalter S. S. Der Kollektor dieses Transistors V4 liegt an der Basis
eines weiteren pnp-Transistors V3, dessen Emitter mit der positiven Leitung 15 verbunden
ist. Der Kollektor des Transistors V3 ist mit der Basis des Transistors V4 verbunden.
An der Verbindungsleitung zwischen der Basis des Transistors V3 und dem Kollektor
des Transistors V4 liegt der eine Anschluß eines Kondensators C3, zu dem ein ohmscher
Entladewiderstand R8parallelgeschaltet ist und dessen anderer Anschluß an der positiven
Leitung 15 liegt. Ferner ist der Kollektor des Transistors V4 bzw. die Basis des
Transistors V3 mit der Kathode einer Zenerdiode V6 verbunden, deren Anode über einen
ohmschen Widerstand R11 an der Verbindungsleitung zwischen dem Motor M und den Kollektoren
der beiden Transistoren V1 und V2 angeschlossen ist. Die Transistoren V3 und V4
bilden eine Schaltstufe der Einrichtung nach Figur 1, die über den Stellschalter
S die Leistungsstufe mit den Transistoren V1 und V2 steuert. Die die Transistoren
V3 und V4 enthaltende Schaltstufe steht über die Zenerdiode V6 d den ohmschen Widerstand
Ril in Steuerabhängigkeit von der Spannung
am Motor M.
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Liegt der bewegliche Eontaktteil 3 des Stellschalters S ausschließlich
am ortsfesten Kontaktteil 1, so ist der Ladekondensator C2 entladen, umd die Einrichtung
nach Figur 1 ist ausgeschaltet.
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Wird der bewegliche Kontaktteil 3 auf einen der ortsfesten Kontaktteile
5, 7 oder 2 des Stellschalters S gelegt, so fließt ein Strom von der positiven Leitung
15 über den Emitter des Transistors V5, die Basis dieses Transistors, den Kondensator
C2, den ohmschen Widerstand R9, den beweglichen Eontaktteil 3 und den entsprechenden
ortsfesten Kontaktteil 5, 7 oder 2 sowie über die ohmschen Widerstände R5, R6 und
R7 sowie über die Basis-Emitter-Strecken der Transistoren V1 und V2 zur Masse 31.
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Bis zur Aufladung des Kondensators C2 wird der Transistor V5 durchgesteuert,
so daß auch die Transistoren Vi und V2 durch den den Transistor V5 und ihre Basis-Emitter-Strecken
durchfließenden Strom durchgesteuert werden. Bei blockiertem Motor M reicht die
infolge des Durchsteuerns der Transistoren 72 und V1 durch den den Transistor V5
durchfließenden Strom an der Verbindungsleitung zwischen dem Motor M und den Kollektoren
der Transistoren Vi und V2 erzeugte Motorspannung nicht aus, die Transistoren V3
und V4 über die Zenerdiode V6 durchzusteuern. Die Stromversorgung des Motors M wird
also nach Aufladen des Kondensators C2 wieder unterbrochen.
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Ist der Motor M jedoch nicht blockiert, so wird während des Lade zeitraums
des Kondensators O2 an der Verbindungsleitung zwischen dem Motor M und den Kollektoren
der Transistoren V1 und V2 eine Motorspannung erzeugt, die zunächst den Transistor
V3 und anschließend auch den Transistor V4 durchsteuert, so da9 jetzt dauernd über
diese beiden Transistoren V3 und 74 sowie über den beweglichen Kontaktteil 3 und
einen der ortsfesten Kontaktteile 5, 7 oder 2 ein Basis-Emitter-Strom durch
die
Transistoren V2 und V1 fließen kann, der diese Transistoren durchsteuert und damit
die Stromversorgung des Motors M sichert. Die Transistoren 73 und V4 liegen in Selbsthalteschaltung
d.h. sie steuern sich gegenseitig selbst dann durch, wenn über die Zenerdiode V6
keine Spannung an der Basis des Transistors V3 und am Kollektor des Transistors
V4 liegt. Der Kondensator C3 verzögert in günstiger Weise das Durchsteuern der Transistoren
V3 und V4, bis eine sichere Information über die Motorspannung an der Verbindungsleitung
zwischen dem Motor M und den Kollektoren der Transistoren V1 und V2 vorliegt.
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Der ohmsche Widerstand R8 dient als Entladewiderstand für den Kondensator
03, zum andren bestimmt er den Haltestrom der Transistoren V3 und V4. Anstelle der
beiden Transistoren V3 und V4 kann auch ein Thyristor verwendet werden, dessen Anode
auf die positive Leitung 15, dessen Kathode auf den beweglichen Kontaktteil 3 und
dessen Steuerelektrode an die Kathode der Zenerdiode V6 sowie an die beiden nicht
an der positiven Leitung 15 liegenden Anschlüsse des Kondensators C3 und des ohmschen
Widerstandes R8 geschaltet ist.
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Im Diagramm nach Figur 2 entspricht die Abzisse der Emitter-Kollektor-Spannung
UCE und die Ordinate dem Kollektorstrom 1o des Leistungstransistors V1. Die Kurve
131 zeigt die Kennlinie des Transistors V1, dessen Basis-Emitter-Strom bei der höchsten
Stufe des Stellschalters S im ortsfesten Kontaktteil 2 durch die ohmschen Widerstände
R5 und R6 mittelbar bestimmt ist. Die Kurve IB2 hingegen zeigt die Kennlinie des
Transistors V1, wenn der bewegliche Kontaktteil im ortsfesten Kontaktteil 7 liegt
und der Basis-Emitter-Strom des Transistors 71 mittelbar durch die ohmschen Widerstände
R4, R5 und R6 bestimmt ist. In beiden Stufen 2 und 7 des Stellschalters S wird also
eine Strombegrenzung für den Motor M erzielt. Analoges gilt für die Stufe 5. Die
stärker geneigte Widerstandsgerade a entspricht etwa einem blockierten Motor M,
die weniger geneigte Widerstandsgerade b etwa einem unblockierten Motor M.
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Nach Figur 2 ist erkennbar, daß der Spannungsabfall ?X' einem blockierten
Motor M (Widerstandsgerade a) kleiner ist als der
Spannungsabfall
an einem unblockierten Motor M (Widerstandsgerade b). Perner kann der den Motor
M durchfließende Strom auch in der höchsten Stufe des Stellschalters S (ortsfester
Kontaktteil 2) auf den Nennstrom des Motors M begrenzt werden. Diese Strombegrenzung
wird durch den zur Abzisse wenigstens annähernd parallelen Teil der Kurve IB1 (aktiver
Bereich) erzielt.
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2 Patentansprüche 2 Figuren