DE2736724A1 - Schutzschaltung fuer gleichstrommotor - Google Patents

Description

Daimler-Benz Aktionuocullcchaft Stuttgart, den 15-8.1977 UtUli EPT Dr.W/R

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Schutzschaltung f"" Gleichstrommotor

Die Erfindung betrifft eine Schutzschaltung für einen Gleichstrommotor mit einen in Reihe zua Ilotor liegenden, hei Uberstrom öffnenden Schaltkontakt.

Bei Gleichstrommotoren, wie sie vielfach in Kraftfahrzeugen, ■beispielsweise für Wischer, Pumpen, Ventilatoren usu., verwendet werden, steigt der Ilotorstrom in Abhängigkeit von der Belastung an. Dies bedeutet, daß die Ilotorwicklungen bei einer über das normale Maß hinausgehenden Belastung, insbesondere bei einer vollständigen Blockierung der Abtriebswelle, beispieleweise aufgrund von Lagerschäden o.dgl., bereits nach kurzer Zeit so heiß werden, daß sie verbrennen. Andererseits ist es nicht ohne weiteres möglich, die Belastung von Gleichstrommotoren mit eincia Überstrom mittels einer Sicherung zu vermeiden, beispielsweise mittels einer Schmelzsicherung oder mittels eines Bimetall-Sicherungsautomaten, da hierfür das Verhältnis von Anlaufstroci zu Dauerstroa bzw. liirzschlußstrom zu groß ist.

Ausgehend vom Stande der Technik liegt dir Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schutzschaltung für einen Gleichstrommotor anzugeben, mit deren Hilfe der Motorstromkreis unterbrochen werden kann, sobald aufgrund eines uberstromes ein Verbrennen der Motorwicklungen zu befürchten ist.

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Diese Aufgabe vrird bei einer Schutzschaltung der eingangs beschriebenen Art Gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß in Reihe zum Motor ein Serienwiderstand vorgesehen ist, daß ein Schv/ellwertglied vorgesehen ist, welches ein Ausgangssignal erzeugt, wenn die Spannung über dem Serienwiderstand einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt und daß ein Zeitßlied vorgesehen ist, mit dessen Hilfe der Schaltkontakt in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal des Schwellwertgliedes verzögert in seine Offenstellung schaltbar ist.

Erfindungsgemäß wird also an einem in Serie zum Gleichstrommotor liegenden Widerstand eine Spannung erzeugt, die dem Motorstrom proportional ist und diese Spannung wird dem Eingang eines Schwellwertßliodes zugeführt, dessen Ausgangssignale wiederum ein Zeitglied steuern, welches dann den Schaltkontakt im Motorstromkreis nach Ablauf einer vorgegebenen Verzögerungszeit öffnet.

Als günstig hat es sich erwiesen, wenn das Zeitglied derart ausgebildet ist, daß es den Schaltkontakt nur dann öffnet, wenn das Ausgagssignal des Schwellwertgliedes während der Gesamtdauer der eingestellten Verzögerungszcit vorhanden ist. Bei dieser Ausgestaltung kann vermieden v/erden, daß oinc kurzfristige überlastung, bei der die thermische Belastbarkeit der Ilotorwicklungen noch nicht überschritten wird, trotz des kurzfristigen Auftretend eines 'Überstroms nicht zum Ansprechen der Schutzschaltung führt.

Vorteilhaft ist es ferner, wenn optische einrichtungen zur Anzeige des Vorhandenseins des Ausgangssignals des Schwellwertgliedes vorgesehen sind, insbesondere wenn diese optischen Einrichtungen einen Oszillator zum Erzeugen intermittierender optischer Signale aufweisen. Der wesentliche Vorteil derartiger

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optischer Einrichtungen besteht darin, daß die Bedienungsperson, insbesondere der Lenker eines Kraftfahrzeuges bereits bei einem Ansprechen des Schwellwertgliedes, das, v/ie gesagt, nicht unbedingt zu einem Öffnen des Schaltkontaktes führen muß, eine Art Vorwarnung erhält, insbesondere in Form eines intermittierend aufleuchtenden Lichtsignals, so daß der drohende Ausfall eines möglicherweise wichtigen Aggregates frühzeitig angekündigt wird.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand einer Zeichnung noch näher erläutert und/oder sind Gegenstand von Schutzansprüchen. In der Zeichnung zeigen:

Pig. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Schutzschaltung und

Pig. 2 ein detailliertes Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform der Schutzschaltung gemäß Pig. 1.

Wie aus dem Blockschaltbild gemäß Fig. 1 deutlich wird, liegt erfindungsgemäß der Gleichstrommotor - nachstehend der Einfachheit halber nur als Motor 10 bezeichnet - zwischen Bezugspotential und einer positiven Speisespannung +V, und zwar in Reihe mit einem Serienwiderstand 12 und einem Schaltkontakt 14, welcher Bestandteil einer Relaisschaltung oder auch einer Halbleiterschaltung sein kann. Die Spannung über dem Serienwiderstand 12 liegt am Eingang einer Schwellwertschaltung 16, deren Ausgang mit einem Zeitglied 18 verbunden ist. Der Schaltkontakt 14 wird vom Ausgang des Zeitgliedes 18 gesteuert.

Die in Pig. 1 gezeigte Schaltung arbeitet wie folgt: Wenn durch den Motor 10 ein zuvor festgelegter überstrom fließt, dann ergibt sich über dem Serienwiderstand 12 ein entsprechender

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Spannungspegel, der die Schwellwertschaltung 16 zum Ansprechen bringt. Die Schwellwertschaltung 16 erzeugt daraufhin ein Ausgangssignal zu dem Zeitglied 18, wo nunmehr eine zuvor eingestellte Verzögerungszeit zu laufen beginnt, an deren Ende am Ausgang des Zeitgliedes 18 ein Signal erscheint, durch welches der Schaltkontakt 14 geöffnet wird. Auf diese Weise wird vermieden, daß die Motorwicklungen des Ilotors 10 wegen Überlastung vorbrennen.

In Weiterbildung der Ei-findung wird gleichzeitig dafür Sorge getragen, daß nicht jede kurzfristige überlastung des Motors 10 zu einem Ansprechen der Schutzschaltung führt. Dies erreicht man dadurch, daß man bei jeder Unterbrechung des Ausgangssignals der Schwellwertschaltung 16, d.h. bei jedem Absinken des Motorstromes 10 unter dem vorgegebenen Grenzwert, am Zeitglied 18 sofort wieder die Anfangsbedingungen herstellt, beispielsweise durch Löschen des Kondensators eines Zeitgliedes, so daß ein öffnen des Schaltkontaktes 14 nur dann erfolgt, wenn die Uberlastbedingung während des gesamten Verzögerungsintervalls des Zeitgliedes 18 erfüllt ist.

Es versteht sich, daß bei der Schaltung gemäß Fig. 1 zusätzlich Einrichtungen vorgesehen sind, die nach Beseitigung der Störung ein Schließen des Schaltkontaktes ermöglichen, sowie Einrichtungen, die ein gezieltes Ein- und Ausschalten des Ilotors 10 gestatten. Diese Einrichtungen wurden jedoch zur Verbesserung der Übersichtlichkeit dos Blockschaltbildes in Pig. 1 weggelassen.

Anders als die Fig. 1, die lediglich der Erläuterung des Prinzips der erfindungsgemäßen Schutzschaltung diente, zeigt Fig. 2 die Einzelheiten einer praktisch verwirklichten, bevorzugten Ausführungsform einer Schutzschaltung gemäß der Erfindung.

Bei der Schaltung gemäß Fig. 2 liegt der Motor 10 wieder zwiichen

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Bezugspotential und Speisespannung +V, wobei der Motor jedoch mit Hilfe des üblichen Widerstandssymbols angedeutet ist, da die erfindungsgemäße Schutzschaltung im Prinzip für die Überwachung einer beliebigen Last, beispielsweise auch eines Heizwiderstandes, eingesetzt werden kann. In Reihe zum Motor 10 liegt der Serienwiderstand 12. Die Spannung über dem Serienwiderstand 12 wird der Schwellwertschaltung 16 zugeführt, welche beim betrachteten Ausführungsbeispiel als Trigcerschaltung mit einem Transistor 20 ausgebildet ist. Die Basis des Transistors 20 ist einerseits über die Serienschaltung eines Widerstandes 22 und einer Diode 24 mit dem lastseitigen Ende des Serienwiderstandes 12 verbunden und andererseits über die Serienschaltung zweier Widerstände 26, 28, von denen letzterer gleichzeitig der Kollektorviderstand eines ausgangsseitigen Treibertransistors 30 ist, mit Speisespannung +V verbunden. Der Kollektor des eingangsseitigen Transistors 20 der Schwellwertschaltung ist also über einen Kollektorifiderstand 32 mit Speisespannung +V verbunden und außerdem mit der Basis des ausgangsseitigen Transistors 30, und zwar über die Serienschaltung einer Zenerdiode 34 und zweier Widerstände 36, 38, deren gemeinsamer Verbindungspunkt über einen Kondensator 40 an Speisespannung +V liegt. Die Quitter der Transistoren 20 und 30 liegen auf Bezugspotential. Außerdem ist der Eoaitter-Kollektor-Strecke des ausgangsseitigen Transistors 30 eine Zenerdiode 41 parallelgeschaltet, die der Spannungsstabilisierung für das Zoitglied 42 an dessen Anschluß 4 dient.

Man erkennt, daß bei der Schwellwertschaltung 16 gemäß Fic. 2 die Ansprechschwelle für das Durchschalten des eingangsseitigen Transistors 20 durch den Widerstand 22 der Serienschaltung 22 bis 28 mit der in Durchlaßrichtung gepolten Diode 24 festgelegt werden kann, wobei mit der Diode 24 bei richtiger Wahl derselben die Temperaturdrift der Basis-Emitter-Spannung des Transistors 20 nahezu kompensiert werden kann. Außerdem schützt die Diode

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die Bnois-iiaittor-ütroclco des Transistors 20 gegen Spannungsnpitzen. Der Widerstanu 2G iient, ob'./ohl er auch den Schwellwert beeinflußt, im wesentlichen der Rückkopplung und damit der Stabilisierung der Schwellwertschaltung. Weiterhin erkennt man, daß dir· Schwellwertschaltung 16 bereits in sich für eine ge- \/isse Verzögerung oorpt, da .3er ausgangsseitige Transistor 30 für den durch die Zenordiode ',1 oine definierte Ilollektorßaitter-Spannung vorgegeben ist, crct dann durchschaltet und an seinem Kollektor ein Ausgangssignal für das Zoitglied 18 erzeugt, wenn nach dem Durchschalten des eingangsseitigen Transistors 20 eine durch das RC-Glied 38, 40 und die ZenerspannuAc der vor seiner Basis liegenden, in lieihe mit dem Widerstand 36 geschalteten Zenerdiode 34 vorgegebene Zeit verstrichen ist. Auf diese Weise wird ein unnötiges Ansprechen der Leuchtdiode 60 vermieden, wenn sich beispielsv/eise bei Wischermotoren bei Richtungswechsel des Wischerarmes kurzfristige Stromspitzen ergeben.

Das Zeitglied ist, wie Fig. 2 zeigt, vorzugsxveise eine geeignete, handelsübliche integrierte Schaltung, beispielsweise vom Typ ZN 1034 E (Ferranti), mit einer geeigneten äußeren Beschaltung, auf welche im Rahmen der vorliegenden Anmeldung, da entsprechende integrierte Schaltungen und ihre äußere Beschaltung bekannt sind, nicht näher eingegangen werden soll.

Der Ausgang des Zeitgliedec 18 ist über einen Vorwiderstand 44 mit der Basis eines Schalttransistors 46 verbunden, der in Serie mit einem Relais R und einem Widerstand 4β zwischen Bezugspotential und Speisespannung +V liegt. Das Relais R, dem eine Freilaufdiode 50 parallel geschaltet ist, besitzt einen Ruhekontakt R1_t der dem Schaltkontakt 14 nebst zugehörigen Schalteinrichtungen in Fig. 1 entspricht. Weiterhin besitzt das Relais R einen Arbeitskontakt R2, der bei Ansteuerung des Relais· durch das Zeitglied 18 schließt und dabei einen Selbsthaltekreis für das Relais R schafft. In Serie zu dem Arbeitskontakt R2 ist eine Löschtaste

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52 vorgesehen, bei deren Betätigung; der Selbsthaltokreis für das Relais R unterbrochen wir<1, so daß die Schaltung wieder in den Ausgangszustend zurückkommt, wobei in bekannter Weise Maßnahmen getroffen werden können, die eine vorzeitige Betätigung dor Löschtaste 52 verhindern.

Zusätzlich zu den Schaltkreisen der Jchaltung gemäß Fig. 1 sind bei der Überwachungsschaltung gemäß Fig. 2 noch optische Hinrichtungen in Form einer Anzeigocinhcit 54 vorgesehen, die als astabilder Multivibrator ausgebildet ist und im Kollektorkreis eines der Transistoren 56, 58 eine Leuchtdiode 60 aufweist. Der astabile Multivibrator 54 schwingt, solange ihm vom Kollektor des ausgabeseitigen Treibertransistors 30 der Schwellwertschaltung über die Leitung 62, welche eine Entkoppe lungs diode 64 enthält, eine entsprechende Steuerspannung zugeführt wird. Während dieser Zeit blinkt die Leuchtdiode 60 mit der Frequenz des astabilen Multivibrators. Die Kathode der Leuchtdiode 60 ist außerdem über eine Entkoppelungsdiode 66 und die Serienschaltung des Kontaktes E2 und der Löschtaste 52 bei erregtem Relais R direkt mit Bezugsspannung verbunden, so daß sie bei diesem Betriebszustand der überwachungsschaltung unabhängig davon, ob ein Ausgangssignal der Schwellwertschaltung auf der Leitung 62 vorhanden ist oder nicht, dauernd brennt.

Aus der vorstehenden Beschreibung wird deutlich, daß die erfindungsgemäße Überwachungsschaltung, wenn sie hinsichtlich der Ansprechschwelle der Schwellwertschaltung und hinsichtlich der Verzögerung des Zeitgliedes auf einen bestimmten Anwendungsfall eingestellt ist, eine sichere Bewertung des Temperatur-Zeit-Diagrammes von Motorwicklungen ermöglich. Dabei erfolgt die Überwachung anders als bei den bekannten Bimetallschutzeinrichtungen, extern, d.h. ohne daß direkte Eingriffe in den Motor erforderlich wären, wobei weit engere Toleranzen eingehalten v/erden können, als

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dien derzeit mitteln Bimetallon möglich ist, deren Annprochchnr.'ktji'ifitil: i:iuii in Abhängickoit von mcch^uischon Toleranzen, Uh(jebangstoniperaturcn und AltfM^jji^serccheiruinpjen orhoblich ändern kann.

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ORIGINAL

Claims (1)

1. Ansprüche

   Schutzschaltung für einen Gleichstrommotor mit; einem in. Reihe zum Ilotor liegenden, "bei überstrom öffnenden odu-ltkontakt, dadurch gekennzeichnet, duß in Reihe zuia Ilotoi· (10) ein Serienwiderstand (12) vorgesehen ist, daß ein Schwellwertglied (16) vorgesehen ist, welches ein Ausgangssignal erzeugt, wenn die Spannung über dem Seriemiiderstand (12) einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt, und daß ein Zeitglied (10) vorgesehen ist, mit dessen Hilfe der Schaltkontakt (14) in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal des Schwellwertgliedes (16) verzögert in seine Offenstellung schaltbar ist.

   Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitglied (18) derart ausgebildet ist, daß es den

   Schaltkontakt

   nur dann öffnet, wenn das Ausgangssignal

   des Schwellwertgliedes (16) während der Gesamtdauer der eingestellten Verzögerungszeit vorhanden ist.

   Schutzschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß optische Einrichtungen (54) zur Anzeige des Vorhandenseins des Ausgangssignals des Schwellwertgliedes (16) vorgesehen sind.

   Schutzschaltung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Einrichtungen einen Oszillator zum Erzeugen intermittierender optischer Signale aufweisen.

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   5. Schutzschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltkontakt (14-) über ein dem Ausgang des Zeitgliedes (13) nachgeschalteten Heiais (R) betütigbar ist.

   G. Schutzschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltkontakt über eine dem Aus gang des Zeitgliodec (10) nvichgeschaltete Halbleiterschaltung betätigbar ist.

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