DE10065193A1

DE10065193A1 - Elektrische Leistungssteuereinheit für einen Gebläsemotor

Info

Publication number: DE10065193A1
Application number: DE10065193A
Authority: DE
Inventors: Jean Wolf
Original assignee: Behr France Hambach SARL; Behr France Rouffach SAS
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2000-12-19
Filing date: 2000-12-19
Publication date: 2002-06-20
Anticipated expiration: 2020-12-20
Also published as: ES2178978B2; ES2178978A1; FR2818461B1; FR2818461A1; DE10065193B4

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Leistungssteuereinheit für einen Gabläsemotor, die eine in einen Gebläsemotor-Stromkreis eingeschleifte, elektrische Widerstandsanordnung (R1, R2, R3) aufweist. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist in den Gebläsemotor-Stromkreis ein PPTC-Element (1) als Überhitzungsschutz eingeschleift, das im Strömungsweg der vom Gebläsemotor erzeugten Mediumströmung (S) liegt und von der Mediumumströmung kühlend angeströmt wird. DOLLAR A Verwendung z. B. für Gebläsemotoren von Kraftfahrzeug-Klimaanlagen.

Description

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 T_S, 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 T_S, 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 T_S.

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 T_S 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.

Claims

1. Elektrische Leistungssteuereinheit für einen Gebläse motor, mit
einer in einen Gebläsemotor-Stromkreis eingeschleif ten, elektrischen Widerstandsanordnung (R1, R2, R3), dadurch gekennzeichnet, dass
in den Gebläsemotor-Stromkreis ein PPTC-Element (1) als Überhitzungsschutz eingeschleift ist, das im Strömungsweg der vom Gebläsemotor (M) erzeugten Mediumströmung (S) liegt und von der Mediumströmung kühlend angeströmt wird.

2. Leistungssteuereinheit nach Anspruch 1, weiter da durch gekennzeichnet, dass das PPTC-Element (1) der Abwärme der elektrischen Widerstandsanordnung (R1, R2, R3) ausgesetzt ist.

3. Leistungssteuereinheit nach Anspruch 1 oder 2, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandsanordnung mehre re, gestuft seriell in den Gebläsemotor-Stromkreis einschleifbare Widerstände (R1, R2, R3) umfasst und das PPTC-Element (1) zwischen der Widerstandsanordnung und dem Geblä semotor (M) in den Gebläsemotor-Stromkreis eingeschleift ist.