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Anwendungsgebiet und Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Ansteuerung eines Elektromotors und ein Raumluft-Abzug-System.
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Beim Betrieb von Raumluft-Abzug-Systemen, beispielsweise Dunstabzugshauben oder so genannten Wrasenabzügen, werden bei Kochvorgängen entstehende Dünste, so genannte Wrasen, abgesaugt. Hierzu ist üblicherweise ein durch einen Elektromotor angetriebener Radial/Axiallüfter vorgesehen, der bei Wrasenabzügen vom Abluft-Typ die Wrasen über Rohrleitungen nach außen leitet.
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In geschlossenen Räumen kann beim Betrieb eines Raumluft-Abzug-Systems vom Abluft-Typ ein Unterdruck in dem Raum entstehen, wodurch beispielsweise gesundheitsschädliche Gase aus Feuerstellen, wie beispielsweise Gasthermen, in den Raum gelangen können.
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Um derartige Gefahren beim Betrieb von Raumluft-Abzug-Systemen zu vermeiden, besteht die Möglichkeit, ein Einschalten des Lüftermotors an die Bedingung zu knüpfen, dass ein Fenster in dem betreffenden Raum geöffnet ist, um potentiell gefährliche Unterdruckbedingungen zu verhindern.
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Hierzu wird üblicherweise an dem Fenster ein Sicherheitsschaltkontakt angebracht, der bei geschlossenem Fenster eine Stromzufuhr zu dem Raumluft-Abzug-System unterbricht. Nachteilig an dieser Vorgehensweise ist beispielsweise, dass der Sicherheitsschaltkontakt netzspannungsführend ist und daher normgemäß entsprechend zu isolieren ist. Weiterhin kann bei geschlossenem Fenster, d. h. unterbrochener Spannungsversorgung, eine in dem Raumluft-Abzug-System gegebenenfalls vorgesehene Beleuchtung nicht angeschaltet werden.
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Die
DE 10 2006 060 744 A1 und die
DE 102 60 804 A1 zeigen jeweils Abluftsysteme mit Sicherheitseinrichtungen, die derart eingerichtet sind, dass ein Öffnungs- bzw. Schließzustand eines Fensters überwacht wird, wobei ein Betrieb des Abluftsystems nur möglich ist, wenn das Fenster geöffnet ist. Ein Sicherheitseingriff in einen elektrischen Antrieb des Abluftsystems erfolgt hierbei beispielsweise unmittelbar in eine elektronische Ansteuerschaltung für den Elektromotor oder mittels eines gesonderten Schalters in einer Motorzuleitung.
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Aufgabe und Lösung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung zur Ansteuerung eines Elektromotors und ein Raumluft-Abzug-System zur Verfügung zu stellen, die eine einfache und kostengünstige Möglichkeit zur Verfügung stellen, bei Raumluft-Abzug-Systemen eine Sicherheitsabschaltung mittels Sicherheitsschaltkontakten zu realisieren.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe durch eine Schaltung nach Anspruch 1 und ein Raumluft-Abzug-System, beispielsweise in Form einer Dunstabzugshaube oder eines Wrasenabzugs, nach Anspruch 11.
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Vorteilhafte sowie bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche und werden im Folgenden näher erläutert. Der Wortlaut der Ansprüche wird durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
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Die erfindungsgemäße Schaltung zur Ansteuerung eines Elektromotors umfasst einen Eingangsanschluss, beispielsweise mit zwei Eingangsanschlusskontakten, zum Anschließen eines Sicherheitsschaltkontakts. Ein Sicherheitsschaltkontakt ist ein Schalter, der beispielsweise mechanisch betätigbar ist und der in Abhängigkeit von der Schalter- bzw. Schaltkontaktstellung eine elektrisch leitende Verbindung herstellt oder trennt. Die Schaltung ist derart ausgebildet, dass in Abhängigkeit von einem Schaltzustand des Sicherheitsschaltkontakts an dem Eingangsanschluss ein Sicherheitsabschaltsignal mit einem Abschaltpegel bzw. einem Freigabepegel ansteht. Der Abschaltpegel kann beispielsweise einer Versorgungsspannung der Schaltung entsprechen und der Freigabepegel kann beispielsweise einem Bezugspotential, beispielsweise Masse, entsprechen. Die Schaltung umfasst ferner eine Motorsteuereinheit, beispielsweise in Form eines Mikrocontrollers oder Mikroprozessors, die mit dem Eingangsanschluss verbunden ist, die ein Motordrehzahlstellsignal, beispielsweise in Form einer analogen Stellspannung, empfängt und die dazu ausgebildet ist, ein (Motor-)Ansteuersignal für den Elektromotor bzw. einen vorgeschalteten Motortreiberbaustein in Abhängigkeit von dem Sicherheitsabschaltsignal zu erzeugen. Die Motorsteuereinheit ist derart ausgebildet, dass sie ein deaktiviertes Ansteuersignal erzeugt, das einem stillstehenden Motor entspricht bzw. ein Stillstehen des Motors bewirkt, wenn das Sicherheitsabschaltsignal den Abschaltpegel aufweist und die Motorsteuereinheit und/oder deren Perpheriebeschaltung fehlerfrei arbeitet, und ein aktiviertes Ansteuersignal erzeugt, das einem bewegten Motor entspricht bzw. ein Drehen des Motors bewirkt, wenn das Sicherheitsabschaltsignal den Freigabepegel aufweist und das Motordrehzahlstellsignal aktiv ist, d. h. das Motordrehzahlstellsignal derart eingestellt ist, dass ein Drehen des Motors angefordert ist. Eine erste Sicherheitsschaltung, beispielsweise in Form eines so genannten Protective Electronic Circuit (PEC), ist mit dem Eingangsanschluss verbunden, zwischen die Motorsteuereinheit und den Motor eingeschleift und deaktiviert bzw. unterbricht ein durch die Motorsteuereinheit aufgrund eines fehlerhaften Betriebs der Motorsteuereinheit aktiviertes Ansteuersignal, wenn das Sicherheitsabschaltsignal den Abschaltpegel aufweist. Die erste Sicherheitsschaltung verhindert folglich eine unerwünschte Aktivierung des Motors, wenn die Motorsteuereinheit trotz anstehendem Abschaltpegel ein aktiviertes Ansteuersignal ausgibt. Der fehlerhafte Betrieb der Motorsteuereinheit kann beispielsweise aufgrund fehlerhafter Software oder Hardwaredefekten verursacht sein. Die erste Sicherheitsschaltung ist bevorzugt getrennt von der Motorsteuereinheit ausgebildet. Da die erste Sicherheitsschaltung in einen Ansteuersignalpfad des Motors eingeschleift ist und das Sicherheitsabschaltsignal unabhängig von der Motorsteuereinheit empfängt, kann die erste Sicherheitsschaltung den Ansteuersignalpfad unbeeinflusst von der Motorsteuereinheit unterbrechen, wodurch Fehler in der Motorsteuereinheit, die ein ungewolltes Aktivieren des Motors verursachen, abgefangen werden können. Die erste Sicherheitsschaltung empfängt das Sicherheitsabschaltsignal bevorzugt über einen Signalpfad, der sich von einem Signalpfad des Sicherheitsabschaltsignals für die Motorsteuereinheit unterscheidet, wodurch Fehler, die nur einen der Signalpfade betreffen, kompensierbar sind. Die erste Sicherheitsschaltung und die Motorsteuereinheit sind bevorzugt in einem von der Netzspannung galvanisch getrennten Bereich angeordnet, der auch über Mindestkriechstrecken von der Netzspannung beabstandet ist.
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In einer Weiterbildung der Schaltung ist eine zweite Sicherheitsschaltung, beispielsweise als zweiter PEC, vorgesehen, die mit dem Eingangsanschluss verbunden ist, die in Serie mit der ersten Sicherheitsschaltung zwischen die Motorsteuereinheit und den Motor eingeschleift ist und die bei dem Abschaltpegel des Sicherheitsabschaltsignals ein durch die erste Sicherheitsschaltung aufgrund eines fehlerhaften Betriebs der erste Sicherheitsschaltung und/oder eines fehlerhaften Betriebs der Motorsteuereinheit aktiviertes Ansteuersignal unterbricht. Die zweite Sicherheitsschaltung schafft zusätzliche Redundanz, d. h. eine so genannte Zwei-Fehler-Sicherheit, da erst dann, wenn beide Sicherheitsschaltungen Fehler aufweisen, im Ergebnis keine zusätzliche Sicherheit mehr durch die Sicherheitsschaltungen gegeben ist. Alternativ oder zusätzlich kann für die Motorsteuereinheit und/oder deren Software eine erhöhte Sicherheitsklasse gelten. Die erste und die zweite Sicherheitsschaltung sind bevorzugt unabhängig voneinander realisiert.
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In einer Weiterbildung der Schaltung ist das Ansteuersignal ein pulsweitenmoduliertes Signal, wobei die Motorsteuereinheit dazu ausgebildet ist, ein Tastverhältnis des pulsweitenmodulierten Signals in Abhängigkeit von dem Motordrehzahlstellsignal einzustellen.
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In einer Weiterbildung der Schaltung sind die erste Sicherheitsschaltung und/oder die zweite Sicherheitsschaltung ansteuerbare Schaltmittel, beispielsweise Relais oder entsprechende Schalter, die bei dem Abschaltpegel des Sicherheitsabschaltsignals einen geöffneten Schaltzustand aufweisen. Auf diese Wiese wird der Ansteuersignalpfad von der Motorsteuereinheit zum Motor bzw. einem Motortreiber unterbrochen.
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In einer Weiterbildung der Schaltung umfasst bzw. ist die erste Sicherheitsschaltung ein NOR-Gatter, wobei ein erster Eingangsanschluss des NOR-Gatters mit dem Ansteuersignal beaufschlagt ist, ein zweiter Eingang des NOR-Gatters mit dem Sicherheitsabschaltsignal beaufschlagt ist und ein an einem Ausgang des NOR-Gatters ausgegebenes Signal zur Ansteuerung des Motors weiterverarbeitet wird. Es versteht sich, dass anstelle des NOR-Gatters auch andere Logikgatter als erste Sicherheitsschaltung dienen können, beispielsweise NAND-Gatter, die entsprechend zu beschalten sind. Bevorzugt ist bzw. umfasst die zweite Sicherheitsschaltung ein(en) Optokoppler, wobei ein erster Eingangsanschluss des Optokopplers mit dem Signal am Ausgang des NOR-Gatters beaufschlagt ist, ein zweiter Eingang des Optokopplers mit dem Sicherheitsabschaltsignal beaufschlagt ist und ein an einem Ausgang des Optokopplers ausgegebenes Signal zur Ansteuerung des Motors dient bzw. weiterverarbeitet wird.
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In einer Weiterbildung der Schaltung ist eine Motortreiberschaltung, insbesondere in Form eines Wechselrichters, vorgesehen, wobei ein erster Ausgangsanschluss des Optokopplers über einen ersten Pull-Up-Widerstand mit einer Versorgungsspannung verbunden ist, ein zweiter Ausgangsanschluss des Optokopplers mit einem Bezugspotential verbunden ist, und der erste Ausgangsanschluss mit einem Eingansanschluss der Motortreiberschaltung verbunden ist, wobei die Motortreiberschaltung in Abhängigkeit von dem an ihrem Eingangsanschluss anstehenden Signal ein Motorstellsignal erzeugt, mit dem der Motor beaufschlagt ist.
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In einer Weiterbildung der Schaltung ist ein zweiter Pull-Up-Widerstand zwischen eine Versorgungsspannung und denjenigen Pol des Eingangsanschlusses eingeschleift, an dem das Sicherheitsabschaltsignal ansteht. Der zweite Pull-Up-Widerstand bewirkt einen definierten Signalpegel des Sicherheitsabschaltsignal bei geschlossenem bzw. geöffnetem Sicherheitsschaltkontakt und bei Kabelbruch etc.
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In einer Weiterbildung der Schaltung sind zwischen den Eingangsanschluss zum Anschließen des Sicherheitsschaltkontakts und die Motorsteuereinheit, die erste Sicherheitsschaltung und/oder die zweite Sicherheitsschaltung Widerstände eingeschleift.
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In einer Weiterbildung der Schaltung ist der Eingangsanschluss als Steckkontakt ausgebildet, wobei ein Kontaktabstand zwischen Kontakten des Steckkontakts mindestens 1,8 mm, bevorzugt mindestens 3,2 mm beträgt, wodurch die Wahrscheinlichkeit von fehlerhaften Signalen aufgrund von Kriechströmen reduziert wird.
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Das erfindungsgemäße Raumluft-Abzug-System, beispielsweise in Form einer Dunstabzugshaube bzw. eines Wrasenabzugs, umfasst einen Elektromotor, der einen Lüfter zum Raumluft-Abzug antreibt, einen Sicherheitsschaltkontakt und eine erfindungsgemäße, vorgenannte Schaltung, die mit dem Elektromotor und dem Sicherheitsschaltkontakt elektrisch verbunden ist.
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In einer Weiterbildung des Raumluft-Abzug-Systems ist der Elektromotor ein Einphasen-Wechselstrommotor mit Hilfsstrang bzw. ein so genannter Kondensatormotor.
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Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich alleine oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird. Die Unterteilung der Anmeldung in einzelne Abschnitte und Zwischen-Überschriften beschränkt die unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Hierbei zeigen schematisch:
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1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Raumluft-Abzug-Systems mit einer erfindungsgemäßen Schaltung zur Ansteuerung eines Lüftermotors und
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2 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Raumluft-Abzug-Systems mit einer erfindungsgemäßen Schaltung zur Ansteuerung eines Lüftermotors.
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1 zeigt eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Raumluft-Abzug-Systems mit einer erfindungsgemäßen Schaltung 100 zur Ansteuerung eines Elektromotors 10, der als Lüftermotor dient. Es versteht sich, dass Baugruppen des Raumluft-Abzug-Systems, die zur Beschreibung der Erfindung nicht erforderlich sind, in den Zeichnungen nicht dargestellt sind.
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Das gezeigte Raumluft-Abzug-System dient als Wrasenabzug und umfasst den Elektromotor 10 in Form eines Einphasen-Wechselstrommotors, der einen nicht gezeigten Lüfter zum Raumluft-Abzug antreibt. Weiter ist ein Sicherheitsschaltkontakt 30 vorgesehen, der an einem nicht gezeigten Fenster angebracht ist. Der Sicherheitsschaltkontakt 30 ist bei geöffnetem Fenster geschlossen und bei geschlossenem Fenster geöffnet. Das System umfasst ferner eine Schaltung 100, die mit dem Elektromotor und dem Sicherheitsschaltkontakt elektrisch verbunden ist.
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Die Schaltung 100 dient zur Ansteuerung des Elektromotors 10 und umfasst einen Eingangsanschluss in Form eines Steckkontakts 20, wobei ein Kontaktabstand ”X” zwischen Kontakten des Steckkontakts 20 mindestens 1,8 mm, bevorzugt mindestens 3,2 mm beträgt. Der Eingangsanschluss bzw. der Steckkontakt 20 dient zum Anschließen des Sicherheitsschaltkontakts 30, wobei in Abhängigkeit von einem Schaltzustand des Sicherheitsschaltkontakts 30 an dem Eingangsanschluss 20 ein Sicherheitsabschaltsignal US mit einem Abschaltpegel bzw. einem Freigabepegel ansteht. Bei geöffnetem Sicherheitsschaltkontakt 30 weist das Sicherheitsabschaltsignal US aufgrund eines Pull-Up-Widerstands 82 einen Versorgungsspannungspegel VCC auf, was dem Abschaltpegel entspricht, da dieser Fall einem geschlossenem Fenster entspricht, bei dem aus Sicherheitsgründen der Betrieb des Lüftermotors 10 deaktiviert bleiben muss. Bei geschlossenem Sicherheitsschaltkontakt 30 weist das Sicherheitsabschaltsignal US einen Bezugsspannungspegel auf, vorliegend Massepotential, was dem Freigabepegel entspricht, da dieser Fall einem geöffnetem Fenster entspricht, bei dem der Betrieb des Lüftermotors 10 aktivierbar ist.
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Eine Motorsteuereinheit in Form eines Mikroprozessors 40 ist mit dem Eingangsanschluss 20 verbunden, d. h. empfängt das Sicherheitsabschaltsignal US, und empfängt ein Motordrehzahlstellsignal UD. Die Motorsteuereinheit bzw. der Mikroprozessor 40 ist dazu ausgebildet, ein Ansteuersignal in Form eines pulsweitenmodulierten PWM-Signals UM für den Motor 10 bzw. einen Motortreiber 70 zu erzeugen. Die Motorsteuereinheit 40 stellt ein Tastverhältnis des PWM-Signals UM in Abhängigkeit von dem Motordrehzahlstellsignal UD ein. Die Motorsteuereinheit 40 erzeugt in einem fehlerfreien Betrieb ein deaktiviertes Ansteuersignal bzw. PWM-Signal UM (dauerhaft auf Massepegel), das einem stillstehenden Motor 10 entspricht, wenn das Sicherheitsabschaltsignal US den Abschaltpegel aufweist, und ein aktiviertes Ansteuersignal UM, das einem bewegten Motor 10 entspricht, wenn das Sicherheitsabschaltsignal US den Freigabepegel aufweist und das Motordrehzahlstellsignal UD aktiv ist, d. h. einen Pegel aufweist, der einem aktiven bzw. sich drehendem Motor 10 entspricht.
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Eine erste Sicherheitsschaltung 50a ist mit dem Eingangsanschluss 20 verbunden und ist zwischen die Motorsteuereinheit 40 und den Motor 10 eingeschleift. Die erste Sicherheitsschaltung 50a ist als durch das Sicherheitsabschaltsignal US ansteuerbares Schaltmittel ausgebildet, das bei dem Abschaltpegel des Sicherheitsabschaltsignals US einen geöffneten Schaltzustand aufweist und bei dem Freigabepegel des Sicherheitsabschaltsignals US einen geschlossenen Schaltzustand aufweist. Daher deaktiviert bzw. unterbricht die erste Sicherheitsschaltung 50a ein durch die Motorsteuereinheit 40 aufgrund eines fehlerhaften Betriebs aktiviertes PWM-Motoransteuersignal UM, wenn das Sicherheitsabschaltsignal US den Abschaltpegel aufweist.
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Eine zweite Sicherheitsschaltung 60a ist ebenfalls mit dem Eingangsanschluss 20 verbunden und in Serie mit der ersten Sicherheitsschaltung 50a zwischen die Motorsteuereinheit 40 und den Motor 10 bzw. den Motortreiber 70 eingeschleift. Die zweite Sicherheitsschaltung 60a ist als durch das Sicherheitsabschaltsignal US ansteuerbares Schaltmittel ausgebildet, das bei dem Abschaltpegel des Sicherheitsabschaltsignals US einen geöffneten Schaltzustand aufweist und bei dem Freigabepegel des Sicherheitsabschaltsignals US einen geschlossenen Schaltzustand aufweist. Daher deaktiviert bzw. unterbricht auch die zweite Sicherheitsschaltung 60a ein durch die Motorsteuereinheit 40 bzw. die erste Sicherheitsschaltung 50a aufgrund eines fehlerhaften Betriebs aktiviertes Ansteuersignal UM, wenn das Sicherheitsabschaltsignal US den Abschaltpegel aufweist.
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Signalpfade des Sicherheitsabschaltsignals US zu der ersten Sicherheitsschaltung 50a, der zweiten Sicherheitsschaltung 60a und dem Motorsteuereinheit 40 unterscheiden sich, d. h. verlaufen über unterschiedliche Bereiche einer nicht gezeigten Leiterplatte, auf der die Schaltung 100 verwirklicht ist. Dies reduziert das gleichzeitige Auftreten von Fehlern zusätzlich. In die entsprechenden Signalpfade sind, wie gezeigt, Widerstände 83a, 83b, 84a, 84b, 85a, 85b eingeschleift, wobei ein Widerstandswert des Pull-Up-Widerstands 82 sehr viel kleiner ist als Widerstandswerte der Widerstände 83a, 83b, 84a, 84b, 85a, 85b, wodurch möglich Kurzschlüsse, exemplarisch dargestellt an Orten 90, nicht zu einem Versagen der Sicherungsmechanismen führen, wenn sie nicht gleichzeitig in jedem Signalpfad auftreten.
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2 zeigt eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Raumluft-Abzug-Systems mit einer erfindungsgemäßen Schaltungsvariante 200 zur Ansteuerung des Lüftermotors 10. Bei der in 2 gezeigten Ausführungsform sind lediglich die Sicherheitsschaltungen 50b und 60b verglichen mit der in 1 gezeigten Ausführungsform anders realisiert. Die Beschreibung übereinstimmender Merkmale kann daher unterbleiben.
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Die erste Sicherheitsschaltung ist als ein NOR-Gatter 50b gebildet, wobei ein erster Eingangsanschluss des NOR-Gatters 50b mit dem Ansteuersignal UM beaufschlagt ist, ein zweiter Eingang des NOR-Gatters 50b mit dem Sicherheitsabschaltsignal US beaufschlagt ist und ein an einem Ausgang des NOR-Gatters ausgegebenes Signal an die zweite Sicherheitsschaltung 60b ausgegeben wird. Wenn das Sicherheitsabschaltsignal US einen Abschaltpegel, d. h. einen High-Pegel entsprechend logisch ”1” aufweist, ist ein Signal am Ausgang des NOR-Gatters dauerhaft logisch ”0”, wodurch ein durch die Motorsteuereinheit 40 möglicherweise fälschlich aktiviertes PWM-Ansteuersignal UM deaktiviert bzw. unterbrochen wird.
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Die zweite Sicherheitsschaltung ist als Optokoppler 60b gebildet, wobei ein erster Eingangsanschluss des Optokopplers 60b mit dem Signal am Ausgang des NOR-Gatters 50b beaufschlagt ist und ein zweiter Eingang des Optokopplers mit dem Sicherheitsabschaltsignal US beaufschlagt ist.
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Ein erster Ausgangsanschluss des Optokopplers 60b ist über einen Pull-Up-Widerstand 81 mit einer Versorgungsspannung VCC verbunden und ein zweiter Ausgangsanschluss des Optokopplers 60b ist mit einem Bezugspotential verbunden. Der erste Ausgangsanschluss ist mit einem Eingansanschluss der Motortreiberschaltung 70 verbunden. Die Motortreiberschaltung 70 dient als Wechselrichter und erzeugt in Abhängigkeit von dem an ihrem Eingangsanschluss anstehenden Signal ein Motorstellsignal.
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Wenn an dem zweiten Eingang des Optokopplers 60b das Sicherheitsabschaltsignal US mit dem Abschaltpegel, d. h. mit einem High-Pegel, ansteht, ist ein Signal am Ausgang des Optokopplers 60b dauerhaft auf Masse gezogen, wodurch ein durch die Motorsteuereinheit 40 und/oder die erste Sicherheitsschaltung 50b möglicherweise fälschlich aktiviertes PWM-Ansteuersignal UM deaktiviert bzw. unterbrochen wird, d. h. die Motortreiberschaltung 70 wird mit dem Massepegel beaufschlagt, wodurch diese den Motor 10 deaktiviert.
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Die gezeigten Ausführungsformen ermöglichen eine einfache und kostengünstige Sicherheitsabschaltung mittels Sicherheitsschaltkontakten bei Raumluft-Abzug-Systemen.
