Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Leistungs
steuereinheit für einen Gebläsemotor, die eine in einen Ge
bläsemotor-Stromkreis eingeschleifte elektrische Widerstands
anordnung beinhaltet.
Derartige Gebläsemotor-Leistungssteuereinheiten sind bei
spielsweise als sogenannte Widerstandsgebläseregler zur
Leistungs- und damit Drehzahlregelung von Gebläsemotoren ge
bräuchlich, die in Klimaanlagen von Kraftfahrzeugen zur Er
zeugung einer Frischluft- oder Umluftströmung eingesetzt wer
den, um klimatisierte Luft in einen Fahrzeuginnenraum zu lei
ten. Bei bekannten Systemen dieser Art wird der Gebläsemotor
oftmals durch eine Thermosicherung vor Überhitzung geschützt.
Unter der Bezeichnung PTC("Positive Temperature Coeffi
cient")-Elemente sind spezielle elektrische Widerstandsele
mente bekannt, die im Unterschied zum Temperaturverhalten
normaler elektrischer Widerstände in einem gewissen Tempera
turbereich einen nahezu sprunghaften Anstieg des Widerstands
werts mit steigender Temperatur um meist mehrere Zehnerpoten
zen zeigen. Auf dem Gebiet von Kraftfahrzeug-Klimaanlagen ist
es bekannt, PTC-Elemente als elektrische Heizelemente in Wär
meübertragerblöcken einzusetzen. Eine spezielle Untergruppe
von PTC-Elementen aus polymerem Material werden als
PPTC("Polymere Positive Temperature Coefficient")-Elemente
bezeichnet.
In der Auslegeschrift DE 11 76 770 ist der Einsatz eines
Kaltleiterelementes zum kontaktlosen Takten eines elektri
schen Stromes beschrieben, der beispielsweise in einem elekt
rischen Wärmegerät einen Heizwiderstand speist. Um ein
selbsttätiges Taktungsverhalten zu erzielen, wird dem Kalt
leiterelement ein eigener, seriell zum Kaltleiterelement in
den Stromkreis eingeschleifter Heizwiderstand derart zugeord
net, dass das Kaltleiterelement der Abwärme des zugeordneten
Heizwiderstands ausgesetzt ist. Durch die Stromtaktung soll
eine Einstellung oder selbsttätige Regelung der Leistungszu
fuhr bewirkt werden.
Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstel
lung einer elektrischen Leistungssteuereinheit der eingangs
genannten Art zugrunde, mit der die Leistungszufuhr für einen
Gebläsemotor in neuartiger Weise überhitzungsgeschützt ge
steuert werden kann.
Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung
einer elektrischen Leistungssteuereinheit mit den Merkmalen
des Anspruchs 1. Diese Leistungssteuereinheit für einen Ge
bläsemotor beinhaltet ein in den Stromkreis des Gebläsemotors
als Überhitzungsschutz eingeschleiftes PPTC-Element, das im
Strömungsweg der vom Gebläsemotor erzeugten Mediumströmung,
z. B. einer Luftströmung, liegt und von der Mediumströmung
kühlend angeströmt wird.
Dieses spezielle Anordnen eines PPTC-Elementes im Gebläsemo
tor-Stromkreis ermöglicht einen selbsttätig temperaturkon
trollierten Betrieb des Gebläsemotors. Denn bei störungsfrei
em Gebläsemotorbetrieb nimmt zwar mit steigender Gebläsemo
tor-Leistungszufuhr die Wärmeentwicklung im PPTC-Element zu,
eine stärkere Erwärmung desselben wird aber dadurch verhin
dert, dass durch die Leistungserhöhung die Gebläsemotordreh
zahl und damit die Intensität der vom Gebläsemotor erzeugten
Mediumströmung und folglich auch deren Kühlwirkung für das
PPTC-Element zunehmen. Insgesamt lässt sich daher ein Tempe
raturgleichgewicht des PPTC-Elementes einstellen, bei dem
dieses elektrisch im normalleitenden Bereich liegt. Anderer
seits erhöht sich bei gestörtem Betrieb im Fall einer Blo
ckierung des Gebläsemotors durch eine regelungsbedingte Erhö
hung der Leistungszufuhr die Wärmeentwicklung im PPTC-Element,
während gleichzeitig keine oder jedenfalls keine er
höhte Mediumströmung und folglich keine oder jedenfalls keine
verstärkte Kühlwirkung für das PPTC-Element vorliegt. Dies
führt zur Rufheizung des PPTC-Elementes und dadurch zum
sprunghaften Anstieg von dessen Widerstandswert, wodurch dann
der Gebläsemotor quasi abgeschaltet und jegliche Überhit
zungsgefahr vermieden wird.
In Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 2 ist das
PPTC-Element so angeordnet, dass es der Abwärme der elektrischen
Widerstandsanordnung ausgesetzt ist. Wiederum lässt sich da
durch im störungsfreien Normalbetrieb des Gebläsemotors ein
Temperaturgleichgewicht für das PPTC-Element zwischen den
aufheizenden Einflüssen durch die interne Aufheizung und
durch die Abwärme der elektrischen Widerstandsanordnung ei
nerseits und dem kühlenden Einfluss der Mediumströmung ande
rerseits derart erzielen, dass sich das PPTC-Element elekt
risch im normalleitenden Bereich befindet.
In einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 3 umfasst
die Widerstandsanordnung mehrere, gestuft seriell in den Ge
bläsemotor-Stromkreis einschleifbare Widerstände. Dies ermög
licht eine mehrstufige Leistungseinstellung für den Gebläse
motor. Das PPTC-Element ist seriell zwischen der Widerstands
anordnung und dem Gebläsemotor in den Gebläsemotor-Stromkreis
eingeschleift und wird dadurch in allen Leistungsstufen, in
denen wenigstens einer der Widerstände aktiv in den Gebläse
motor-Stromkreis eingeschleift ist, vom wirksamen Gebläsemo
torstrom durchflossen, so dass es seine Temperaturkontroll- bzw.
Überhitzungsschutzfunktion erfüllen kann.
Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in
den Zeichnungen veranschaulicht und wird nachfolgend be
schrieben. Hierbei zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer elektri
schen Leistungssteuereinheit mit PPTC-Element für
einen Gebläsemotor und
Fig. 2 ein Kennliniendiagramm des PPTC-Elementes von Fig. 1.
Fig. 1 zeigt eine elektrische Leistungssteuereinheit für ei
nen Gebläsemotor M, der beispielsweise in einer Kraftfahr
zeug-Klimaanlage als Luftgebläse eingebaut sein kann. Bei Ak
tivierung erzeugt der Gebläsemotor M eine Mediumströmung S.
z. B. eine Luftströmung.
Die elektrische Leistungssteuereinheit ermöglicht eine mehr
stufige Leistungs- und damit Drehzahleinstellung für den Ge
bläsemotor M. Dazu beinhaltet sie drei seriell in den Geblä
semotor-Stromkreis eingeschleifte Widerstände R1, R2, R3 und
ein Schaltelement, mit welchem ein Leistungsversorgungsan
schluss oder Pluspol P1 an der Eingangsseite der elektrischen
Widerstandsanordnung wahlweise mit je einem von fünf Schalt
kontakten V0, V1, V2, V3, V4 des Gebläsemotor-Stromkreises
verbindbar ist. Der Pluspol P1 kann z. B. ein Anschluss der
standardisierten Klemme 15 einer Fahrzeugelektrik sein.
Von den Anschlusskontakten ist ein erster Anschlusskontakt V0
unbelegt, d. h. in dieser Schalterstellung ist der Gebläsemo
tor M abgeschaltet. Ein zweiter Schaltkontakt V1 führt zur
Eingangsseite des ersten der drei Widerstände R1, R2, R3 und
entspricht daher einer niedrigsten aktiven Leistungsstufe für
den Gebläsemotor M. Ein dritter Schaltkontakt V2 ist zwischen
die beiden ersten Widerstände R1, R2 der Widerstandsanordnung
geführt, so dass in dieser Schalterstellung der erste Wider
stand R1 überbrückt wird, was einer zweitniedrigsten aktiven
Leistungsstufe des Gebläsemotors M entspricht. Ein vierter
Schaltkontakt V3 ist zwischen den zweiten und dritten Wider
stand R2, R3 geführt und überbrückt daher die beiden ersten
Widerstände R1, R2, was einer drittniedrigsten und gleichzei
tig zweithöchsten Leistungsstufe des Gebläsemotors M ent
spricht. Der fünfte Schaltkontakt V4 überbrückt schließlich
alle drei Widerstände R1, R2, R3 und stellt somit die höchste
Leistungsstufe für den Gebläsemotor M dar, der auf seiner an
deren Seite geerdet ist.
Zwischen dem dritten Widerstand R3 und dem Anschlusspunkt des
fünften Schaltkontaktes V4 ist in den Gebläsemotor-Stromkreis
ein PPTC-Element 1 eingeschleift. Fig. 2 zeigt die typische
Widerstandskennlinie eines solchen PPTC-Elementes in Abhän
gigkeit von der Temperatur. Unterhalb einer gewissen Sprung
temperatur TS, die z. B. typischerweise bei etwas über 100°C
liegt, beispielsweise bei ca. 125°C, steigt der Widerstands
wert des PPTC-Elements mit wachsender Temperatur allenfalls
gering an und liegt typischerweise im Bereich von weniger als
1 Ω, z. B. in der Größenordnung von 10-2 Ω. Bei Überschreitung
der Sprungtemperatur TS, die in Fig. 2 durch die vertikale
gestrichelte Linie markiert ist, steigt der Widerstandswert
des PPTC-Elementes sprunghaft um mehrere Zehnerpotenzen an,
z. B. auf einen Maximalwert in der Größenordnung von 10+3 Ω.
Dieses charakteristische temperaturabhängige Widerstandsver
halten des PPTC-Elementes 1 wird durch die spezielle Anord
nung desselben in der elektrischen Leistungssteuereinheit von
Fig. 1 in vorteilhafter Weise dazu genutzt, mit diesem
PPTC-Element 1 eine Temperaturkontrolle bzw. einen Überhitzungs
schutz für den Gebläsemotor M bereitzustellen. Dazu trägt zum
einen bei, dass das PPTC-Element 1 so in den Gebläsemotor-Stromkreis
eingeschleift ist, dass es in allen Gebläseleistungsstufen
V1, V2, V3 vom wirksamen Gebläsemotorstrom durch
flossen wird, in denen auch wenigstens einer der drei Wider
stände R1, R2, R3 vom Gebläsemotorstrom durchflossen wird.
Zum anderen ist das PPTC-Element 1 so angeordnet, dass es ei
nerseits thermisch mit den Widerständen R1, R2, R3 gekoppelt
ist, d. h. von deren Abwärme beaufschlagt wird, und anderer
seits im Strömungsweg der vom Gebläsemotor M erzeugten Medi
umströmung S liegt und dadurch eine Kühlwirkung auf selbiges
durch das Vorbeiströmen des Mediums ausgeübt wird. Die Medi
umströmung S kann hierbei gleichzeitig auch als thermisches
Kopplungsmittel zwischen dem PPTC-Element 1 und den Wider
ständen R1, R2, R3 dienen. Dazu wird sie über die Widerstände
R1, R2, R3 und dann über das PPTC-Element 1 hinweggeführt,
wobei die Widerstände R1, R2, R3 in einem zugehörigen Wider
standsgehäuse untergebracht sein können, das dann ebenso wie
der Gebläsemotor M thermisch durch das PPTC-Element geschützt
wird.
Die Temperaturkontroll- bzw. Überhitzungsschutzfunktion des
PPTC-Elementes 1 erklärt sich wie folgt. Im normalen, stö
rungsfreien Betrieb des Gebläsemotors M wird das PPTC-Element
1 zum einen durch Joulesche Wärme aufgrund des hindurchflie
ßenden elektrischen Stroms und zum anderen durch die Wärmeab
strahlung des oder der je nach eingestellter Leistungsstufe
in den Gebläsemotor-Stromkreis geschalteten Widerstände R1,
R2, R3 aufgeheizt. Andererseits wird er vom vorbeistreichen
den Luftstrom S gekühlt, der seinerseits aber auch an den Wi
derständen R1, R2, R3 bzw. am zugehörigen Widerstandsgehäuse
vorbeistreicht und dadurch etwas aufgeheizt wird. Insgesamt
stellt sich ein Temperaturgleichgewicht für das PPTC-Element
1 ein, bei dem sich dieses im normalleitenden Bereich befin
det, d. h. auf einer Temperatur unterhalb der Sprungtemperatur
TS.
Wenn hingegen eine Störung auftritt, bei welcher der Gebläse
motor M blockiert, versucht die Leistungssteuereinheit dem
Absinken der Drehzahl durch erhöhte Leistungszufuhr zu begeg
nen. Dadurch werden der oder die in den Stromkreis geschalte
ten Widerstände R1, R2, R3 stärker aufgeheizt und strahlen
mehr Wärme ab. Dies und die erhöhte Wärmeentwicklung durch
das PPTC-Element 1 selbst führt zu einer stärkeren Aufheizung
desselben. Gleichzeitig gibt es während des Blockierens des
Gebläsemotors M keine Luftströmung mehr und dadurch auch kei
nen entsprechenden Kühleffekt für das PPTC-Element 1. Insge
samt führt dies dazu, dass sich das PPTC-Element 1 über die
Sprungtemperatur TS hinaus aufheizt und sein Widerstandswert
deshalb um mehrere Zehnerpotenzen ansteigt. Dies hat zur Fol
ge, dass der Stromfluss im Gebläsemotor-Stromkreis praktisch
auf null abfällt, d. h. der Gebläsemotor M praktisch abge
schaltet wird. Dadurch werden Schädigungen, wie eine Überhit
zung des Gebläsemotors und/oder der Widerstände R1, R2, R3,
vermieden, ohne dass zu diesem Zweck eine Thermosicherung
vorgesehen werden muss.
Wie aus dem gezeigten Ausführungsbeispiel ersichtlich, wird
erfindungsgemäß ein PPTC-Element in vorteilhafter Weise als
Temperaturschutz für einen Gebläsemotor eingesetzt. Es ver
steht sich, dass Modifikationen des gezeigten Ausführungsbei
spiels im Rahmen der durch die Patentansprüche definierten
Erfindung je nach Bedarf möglich sind. So kann die elektri
sche Widerstandsanordnung statt aus drei seriellen Widerstän
den aus einer beliebigen Anzahl von beliebig zu einem Wider
standsnetzwerk verschalteten Widerständen bestehen. Des wei
teren reicht es gegebenenfalls aus, das PPTC-Element so zu
positionieren, dass es zwar kühlend von der Mediumströmung
angeströmt wird, aber nicht von der Abwärme der elektrischen
Widerstandsanordnung beaufschlagt wird.