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Die
vorliegende Erfindung hat zum Gegenstand einen Stellantrieb für das Klimaanlageventil
eines Kraftfahrzeugs.
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Im
allgemeinen umfaßt
eine Klimaanlage für ein
Kraftfahrzeug Ventile, die Klappen umfassen, deren Öffnung und
Schließung über elektrische
Schrittmotoren mit ständigem
Magneten angetrieben sind, die jeweils einem Untersetzungsgetriebe
zugeordnet sind.
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Diese
Klimaanlagen für
ein Kraftfahrzeug, die von der Art sein können wie diejenigen, die in
DE 4343385 und
FR 2731852 beschrieben sind, weisen zahlreiche
Nachteile auf. Neben den Problemen der Herstellungskosten hinsichtlich
des Leistungsverbrauchs und der Größe der verwendeten Motoren verursachen
die Bewegungen der Klappen bei der Öffnung und Schließung sowie
die besagten Motoren selbst Lärmbelastungen,
die schwer durch Schalldämpfungsmittel
beseitigt werden können,
da die Schallwellen durch die Lüftungsleitungen übertragen werden.
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Die
durch die Klappen und Motoren verursachten Geräusche sind hauptsächlich auf
die Merkmale der Motoren zurückzuführen, was
nachfolgend anhand der Beschreibung einer Konfiguration eines Stellantriebs
für das
Klimaanlageventil eines Kraftfahrzeugs dargelegt wird, wobei diese
Konfiguration die am öftesten
verwendete sei.
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In
diesem Stellantrieb für
ein Klimaanlageventil wird aus Gründen der Einfachheit und der
Herstellungskosten für
die Steuerelektronik eine Steuerung mit unveränderlicher Frequenz von ungefähr 200 Hz
ausgeführt.
Der Schrittmotor umfaßt
einen Rotor mit 6 Paaren von Polen, der also 24 unterschiedliche
Positionen oder Schritte pro Umdrehung einnehmen kann. Nun, bei
einem Schrittmotor entspricht jedem Speiseimpuls eine konstante
einfache Drehung von einem Schritt, so daß eine bestimmte Anzahl von
Impulsen eine entsprechende Anzahl von Schritten und also eine bekannte
Drehung des Rotors bewirkt. Deshalb beträgt der Winkelabstand, der von
dem Rotor zwischen 2 Schritten gefahren wird, 15°, so daß eine Steuerung mit unveränderlicher
Frequenz von 200 Hz zu einer Rotorgeschwindigkeit von 3000°/Sekunde
führt.
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Damit
diese Geschwindigkeit ausgenutzt werden kann, wird dem Motor ein
Untersetzungsgetriebe zugeordnet, dessen Zahnradgetriebe erlaubt, das
Ausgangsdrehmoment zu erhöhen
und die Amplitude des Winkelschrittes zu vermindern. Bei Verwendung
von einem Untersetzungsgetriebe mit einem Verhältnis von ungefähr 300 ist
die konstante Drehgeschwindigkeit der Klimaanlageklappe ungefähr 10°/Sekunde.
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Nun,
die Notwendigkeit eines Funktionierens in einer als "Start/Stopp" bezeichneten Betriebsart, das
heißt,
augenblicklich zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schritten des
Motors in seiner Startphase von 0 bis 200 Hz übergehen zu müssen, impliziert, den
Motor derart zu dimensionieren, daß er fähig sei, die Trägheit der
Klappe der besagten Klimaanlageklappe und die eigene Trägheit des
Rotors in einer Zeit von etwa 5 Millisekunden zu beschleunigen,
was der Dauer eines Schrittes entspricht.
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Nun,
in einer Betriebsart der Art "Start/Stopp" ist das Drehmoment
des Motors deutlich kleiner als jenes von demselben Motor, der in
dynamischer Betriebsart funktioniert, da bei dieser letzteren es
nicht erforderlich ist, die Trägheit
des Rotors und jene der Klimaanlageklappe augenblicklich zu beschleunigen.
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Infolgedessen,
um am Ausgang des Untersetzungsgetriebes das für die Bewegung einer Klimaanlageklappe
bei einem Funktionieren der Art "Start/Stopp" erforderliche Drehmoment
zu erreichen, ist es notwendig, den Motor überzudimensionieren.
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Außerdem steigen
bei einem konstant gehaltenen Spulenwiderstand die verfügbare mechanische
Kraft, das Drehmoment und der elektrische Stromverbrauch extrem
schnell mit der Versorgungsspannung. Nun, das Klimaanlageventil
ist entwickelt worden, um seine Funktion ebenfalls bei einer herabgesetzten
Batteriespannung von 8 Volt zu erfüllen, das heißt, das
für die
Bewegung der Klimaanlageklappe erforderliche Drehmoment muß bei einer Spannung
von 8 Volt erreicht werden können.
Aber die Spannung einer nicht geregelten Batterie variiert zwischen
8 und 14 Volt, derart, daß der
Motor meistens bei einer Spannung funktioniert, die höher als
8 Volt ist, was wegen der Erhöhung
der verfügbaren mechanischen
Kraft, des Drehmomentes und des elektrischen Stromverbrauchs, neben
der Zunahme des hervorgebrachten Lärms, für die Betriebsdauer des Ventils
schädlich ist,
da das, einerseits, im Bereich des Untersetzungsgetriebes ein übermäßiges Blockiermoment,
fähig,
die Verzahnung desselben zu beschädigen, und, andererseits, eine Übererhitzung der
Spulen des Motors verursacht.
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Außerdem erfordert
noch die Verwendung von Schrittmotoren im Bereich der Stellantriebe
für Klimaanlageventile
bei jedem Start eine Reinitialisierung, die durch das in Anschlag
Bringen der Ventilklappe erhalten wird. In der Betriebsweise "Start/Stopp" mit 200 Hz bringen
die Ventile einen charakteristischen Lärm hervor, wenn die Klappe
in Anschlag kommt, da der Schrittmotor noch seine Synchrongeschwindigkeit
hat und der Rotor beginnt, um die Anschlagposition herum zu vibrieren.
Da das Untersetzungsgetriebe leicht elastisch ist, kann der Motor
sogar Energie speichern, indem diese Art von Feder, die die Getriebe
bilden, gespannt wird, und man kann bei bestimmten Anwendungen den
Motor unter der Wirkung dieser Elastizität einige Dutzend Schritte rückwärts abfahren
sehen, wenn der Strom in den Spulen abgeschaltet worden ist.
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Die
vorliegende Erfindung hat zum Ziel, die verschiedenen oben erwähnten Nachteile
zu beseitigen, indem ein Stellantrieb für das Klimaanlageventil eines
Kraftfahrzeugs vorgeschlagen wird, der im Vergleich zu den bestehenden
Antrieben, während
er den durch die Anwendung erforderlichen Mindestforderungen genügt, weniger
Lärm beim
Funktionieren erzeugt, einen höheren
Wirkungsgrad hat und von geringerer Größe und Gewicht ist, was eine
nicht unbedeutende Ersparnis darstellt.
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Der
Stellantrieb für
das Klimaanlageventil eines Kraftfahrzeugs verwendet einen elektrischen Schrittmotor
mit ständigem
Magneten, fähig,
um eine mechanische Kraft zu liefern, die wenigstens 50 mW entspricht,
sowie ein Untersetzungsgetriebe, erlaubend, die Amplitude des Winkelschrittes
zu vermindern und das Ausgangsdrehmoment zu erhöhen, und er ist hauptsächlich dadurch
kennzeichnet, daß der
besagte Motor durch das folgende Verhältnis definiert ist: 10E-6 < γ2/Ro < 50E-6, wo
- γ die Konstante des Drehmomentes,
ausgedrückt
in Nm/At, proportional zum Magnetvolumen sei, und,
- Ro der charakteristische Koeffizient
des Kupfervolumens und der Länge
der durchschnittlichen Wicklung der Spulen, ausgedrückt in Ohm/tr2, sei, Ro = ρ·Lsp/(Scu·σ), seiend ρ die Widerstandsfähigkeit
des Kupfers, Lsp die Länge
der durchschnittlichen Wicklung einer Spule, Scu der Kupferquerschnitt
einer Spule und σ der
Füllfaktor
einer Spule;
und dadurch, daß er Mittel zur Steuerung der
Speisung des besagten Motors umfaßt, erlaubend, die Speisefrequenz
der Spulen fortschreitend zu beschleunigen, um zu einer Arbeitsfrequenz
des besagten Motors zu gelangen, die größer ist als die "Start/Stopp"-Anlauffrequenz.
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Es
ist bekannt, daß die
Motoren der Stellantriebe für
das Klimaanlageventil eines Kraftfahrzeugs ein dynamisches Drehmoment
aufweisen, das durch die folgende Formel gegeben sei:
wo:
- • Tth das in Nm ausgedrückte Drehmoment bei einer bestimmten
Geschwindigkeit ist;
- • te die in m·s ausgedrückte elektrische Zeitkonstante
ist;
- • ωe der in rad/s ausgedrückte elektrische Impuls ist;
- • α die in rd/s
ausgedrückte
mechanische Geschwindigkeit ist;
- • nio die Anzahl der Amperewindungen pro Spule bei
Null-Geschwindigkeit
ist;
- • K
ein Koeffizient ist, dessen Wert von der Speiseart und vom Motortyp,
ob zwei- oder dreiphasig, abhängig
ist.
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Diese
Formel kann ebenfalls wie folgt geschrieben werden:
wo Pe die elektrische Kraft
darstellt, die in einer Phase des Motors zerstreut wird.
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Es
sei bemerkt, daß jeder
der beiden Begriffe dieses Ausdrucks proportional zum Faktor γ2/Ro ist, das benutzt werden kann, um die Motoren
mit ständigem
Magneten zu definieren, da die Drehmomentkonstante γ proportional
zum Magnetvolumen ist, während
der Koeffizient Ro umgekehrt proportional zum
Kupfervolumen ist.
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Es
sei bemerkt, daß die
Motoren, die momentan in den Anwendungen für Klimaanlagen verwendet werden
und deren Speisefrequenz 200 Hz beträgt, einen Faktor γ2/Ro haben, dessen Wert benachbart von 100E-6 ist.
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Deshalb
ist es für
einen Stellantrieb nach der Erfindung, dessen Faktor γ2/Ro des Motors zwischen 100E-6
und < 50E-6 lieft, nur mit einer hohen Speisefrequenz,
die ungefähr
doppelt so groß ist
wie jene der momentan verwendeten Motoren, möglich, eine mechanische Kraft
zu erreichen, die wenigstens 50 mW entspricht.
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Selbstverständlich muß das Reduzierungsverhältnis proportional
geändert
werden.
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Da
die Drehmomentkonstante γ proportional zum
Magnetvolumen ist und der Ro-Koeffizient
umgekehrt proportional zum Kupfervolumen ist, führt die Senkung des Faktors γ2/Ro für
hinsichtlich der mechanischen Kraft identische Leistungen zu einer
wesentlichen Reduzierung des Magnet- und Kupfervolumens, wodurch
sich neben einer Auswirkung auf die Herstellungskosten auch eine
Gewichtsreduzierung und eine Senkung der Vibrationen und des Lärms infolge
der Reduzierung der Trägheit
des Motors darbieten.
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Außerdem erlaubt
in Anbetracht der Merkmale des Motors die hohe Speisefrequenz kein
klassisches Funktionieren der Art "Start/Stopp", es ist also unentbehrlich, über Steuermittel
eine fortschreitende Erhöhung
der Speisefrequenz ab einer genügend
niedrigen Frequenz durchzuführen,
um der Klappe zu erlauben, zu öffnen.
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Nach
einem zusätzlichen
Merkmal des Stellantriebs nach der Erfindung umfaßt er Mittel
zur Regulierung der Speiseleistung des Motors.
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Solche
Regulierungsmittel erlauben zum Beispiel, die durchschnittliche
Spannung angesichts des Motors bei einem konstanten Wert zu halten,
der vorzugsweise 8 Volt beträgt.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsart
des Stellantriebs nach der Erfindung ist der Motor dreiphasig in
Stern- oder Dreieckschaltung angeschlossen und durch sechs Transistoren
gesteuert.
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Gemäß der Erfindung
beträgt
die Rotorgeschwindigkeit des Motors wenigstens 5400 Grade pro Sekunde,
während
das Reduzierungsverhältnis des
Untersetzungsgetriebes höher
als 540 ist.
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Die
Vorteile und Merkmale des Stellantriebs nach der Erfindung erhellen
deutlicher aus der folgenden Beschreibung, die sich auf die beigefügte Zeichnung
bezieht, die mehrere nicht einschränkende Ausführungsarten darstellt.
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Die
beigefügte
Zeichnung zeigt wie folgt:
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1,
die graphische Darstellung des verfügbaren Drehmomentes des Motors
von einem momentan verwendeten Stellantrieb für ein Klimaanlageventil bei
einem Funktionieren nach der Betriebsart "Start/Stopp".
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2,
die graphische Darstellung des dynamischen Drehmomentes und der
mechanischen Kraft desselben Motors bei einem Funktionieren in dynamischer
Betriebsart.
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3,
die graphische Darstellung des dynamischen Drehmomentes und der
mechanischen Kraft bei einem Funktionieren in dynamischer Betriebsart
für einen ähnlichen
Motor bei einer höheren Versorgungsspannung.
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4,
die graphische Darstellung der mechanischen Kraft in Abhängigkeit
von der Konstante des Drehmomentes eines ähnlichen Motors für verschiedene
Drehzahlen des Rotors.
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5,
die graphische Darstellung der Speisefrequenz bei der Arbeitsweise
der Art "Start/Stopp".
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6,
die graphische Darstellung der Speisefrequenz des Motors eines Stellantriebs
für das
Klimaanlageventil eines Kraftfahrzeugs nach der Erfindung.
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7,
eine perspektivische Ansicht im Aufriß einer ersten Ausführungsart
des Motors des Stellantriebs nach der Erfindung.
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8,
eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsart des Motors desselben
Stellantriebs.
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9,
eine perspektivische Ansicht im Aufriß einer dritten Ausführungsart
des Motors desselben Stellantriebs.
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10,
das Schema von der Steuerungsart des Motors, der in 9 beschrieben
ist.
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11,
die Darstellung der verschiedenen Speisesequenzen desselben Motors.
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Bezugnehmend
auf 1, kann man den Verlauf des verfügbaren Drehmomentes
bei einem augenblicklichen Übergang
von 0 Hz zu irgendeinem Geschwindigkeitswert, das heißt in der
Arbeitsweise "Start/Stopp", für einen Schrittmotor
mit ständigem Magneten
sehen, der die Stellantriebe für
das Klimaanlageventil eines Kraftfahrzeugs ausstattet, der einen
Standard darstellt und dessen Merkmale wie folgt sind: 24 Schritte/Umdrehung,
Speisefrequenz 200 Hz, Spannung 8 Volt und Widerstand der Spule 100
Ohm.
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Bezugnehmend
auf 2, kann man für denselben
Motor den Verlauf des verfügbaren
Drehmomentes für
beliebig angestellte Geschwindigkeit, das heißt in dynamischer Arbeitsweise,
sehen.
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Wenn
man diese zwei Graphiken vergleicht, wird man selbstverständlich merken,
daß bei
200 Hz das dynamische Drehmoment deutlich höher ist als das "Start/Stopp"-Drehmoment ist,
da sie beziehungsweise ungefähr
2 und 4 mNm betragen.
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Ein "Start/Stopp"-Drehmoment von 2
mNm am Ausgang eines Untersetzungsgetriebes von 1/300 hat einen
Wirkungsgrad von 70%, ein nützliches
Drehmoment von 420 mNm bei einer Spannung von 8 Volt, was dem Drehmoment
entspricht, das für ein
Klimaanlageventil bei dieser Versorgungsspannung erforderlich ist.
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Es
sei also bemerkt, daß dieser
Schrittmotor überdimensioniert
ist, um in der Betriebsart "Start/Stopp" mit 200 Hz funktionieren
zu können.
In der Tat liegt die durch die Klimaanlageanwendung erforderliche
mechanische Kraft bei 420 mNm × 10°/Sekunde,
das heißt
50 mW, und in 2 wird mit unterbrochenem Zug
die in Watt ausgedrückte
mechanische Kraft dargestellt, die durch den Motor bei einer bei
200 Hz angestellten Geschwindigkeit immer für eine Versorgungsspannung
von 8 Volt geliefert werden kann. Man kann feststellen, daß bei 200
Hz die Kraft 220 mW beträgt,
das heißt
etwa zweimal so groß wie
die für
die Anwendung erforderliche Kraft, wenn man einen Wirkungsgrad von
70% des Untersetzungsgetriebes berücksichtigt.
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Bezugnehmend
auf die 3 kann man eine graphische Darstellung
sehen, die jener in 2 ähnlich ist, betreffend einen
identischen Motor mit Ausnahme der Tatsache, daß seine Versorgungsspannung
14 Volt beträgt.
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Wenn
man diese zwei graphischen Darstellungen vergleicht, kann man feststellen,
daß für einen konstant
gehaltenen Widerstand der Spule die verfügbare mechanische Kraft, das
Drehmoment und der elektrische Stromverbrauch schnell mit der Versorgungsspannung
ansteigen.
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Wie
zuvor dargelegt wurde, ist der Motor vorgesehen, um mit einer abgeschwächten Batterie
von 8 Volt zu funktionieren, die allerdings ständig eine viel höhere Versorgungsspannung
liefert, derart, daß die übermäßigen Leistungen
des Motors, wenn die Spannung höher
als 8 Volt ist, nicht genutzt werden und also nicht notwendig sind,
wobei sie außerdem für die Betriebsdauer
des Ventils schädlich
sind und Quelle von zusätzlichen
Lärmbelastungen
sind.
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Bezugnehmend
auf 4, kann man eine graphische Darstellung sehen,
die für
einen zweiphasigen 8-Volt-Motor die mechanische Kraft in Abhängigkeit
von der Konstante γ des
Drehmomentes des Motors für
verschiedene Geschwindigkeiten, also für verschiedene Speisefrequenzen
zeigt, wobei die Kurven A, B, und C die Geschwindigkeiten von 600, 400
bzw. 200 Schritte/Sekunde darstellen. Es erhellt deutlich aus dieser
Darstellung, daß je
größer die Drehmomentkonstante γ ist, desto
kleiner ist die Drehzahl, bei der man die Höchstleistung erhält.
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Man
kann ebenfalls feststellen, daß es
möglich
ist, am Ausgang der Motoren mechanische Kräfte zu erhalten, die mit sehr
unterschiedlichen Drehmomentkonstanten bei unterschiedlichen Drehzahlen sehr
benachbart sind.
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Deshalb,
wenn man der Ansicht ist, daß die für die Anwendung
notwendige mechanische Kraft benachbart von 50 mW ist, daß der Wirkungsgrad des
Untersetzungsgetriebes nah bei 0,5 liegt, und daß Eisenverluste berücksichtigt
werden müssen, liegt
die im Bereich des Motors erforderliche mechanische Kraft bei 0,15
Watt, ungeachtet der Versorgungsspannung. Man kann sehen, daß diese
mechanische Kraft im Bereich des Motors durch einen Motor mit einer
Drehmomentkonstante von 2,5E-5 Nm/At erhalten
werden kann, der mit 600 Schritten/Sekunde dreht, sowie durch einen
Motor mit einer Konstante des Drehmomentes von 4E-5
Nm/At, der mit 200 Schritten/Sekunde dreht und der den momentan
verwendeten Motoren entspricht.
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Der
Stellantrieb für
das Klimaanlageventil eines Kraftfahrzeugs nach der Erfindung umfaßt einen Motor,
dessen Rotorgeschwindigkeit höher
als 5400 Grade pro Sekunde ist, sowie ein Untersetzungsgetriebe,
dessen Reduzierungsverhältnis
folglich und vorzugsweise höher
als 540 ist.
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Außerdem weiß man durch
das Verhältnis
daß das Drehmoment eines Motors
bei einer bestimmten Geschwindigkeit proportional zum Faktor γ
2/R
o ist, daher wird der Motor des Stellantriebs
für das
Klimaanlageventil nach der Erfindung durch einen Faktor γ
2/R
o definiert, der zwischen 10
E-6
und 50
E-6 liegt.
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Da
das Beschleunigungsdrehmoment, das notwendig ist, um die Trägheit des
Rotors und die Trägheit
der Klappe zu beschleunigen, bei einer hohen Speisefrequenz größer ist
als das Drehmoment, das an einem Motor solcher Größe in der
Arbeitsweise "Start/Stopp" verfügbar ist,
ist es notwendig, eine andere Betriebsart zu definieren.
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In 5 ist
die Speisefrequenz in der Arbeitsweise der Art "Start/Stopp" gezeigt, die mit jener der gewählten Arbeitsweise,
die in 6 gezeigt ist, zu vergleichen ist.
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Diese
Betriebsart, die als "Ramping-Art" bezeichnet wird,
erlaubt, eine fortschreitende Beschleunigung der Frequenz bis zur
erforderlichen Frequenz zu implementieren, und zwar ab einer Frequenz,
die dem Motor erlaubt, das Beschleunigungsdrehmoment zu liefern,
das notwendig ist, um die Trägheit des
Rotors und die Trägheit
der Klappe zu beschleunigen, das heißt, daß die Arbeitsweise vor der
Beschleunigung einer Betriebsart vom Typ "Start/Stopp" ähnelt.
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Diese
Arbeitsweise weist einen weiteren Vorteil bei der Reinitialisierung
auf. In der Tat, wenn bei einem Motor von einem Stellantrieb nach
der Erfindung, der über
eine "Start/Stopp"-Geschwindigkeit funktioniert,
die Klappe den Anschlag anstoßt,
verliert der Motor automatisch seine Synchrongeschwindigkeit. Bei
dem Verlust des Synchronismus bei hoher Geschwindigkeit gegen den
Anschlag wird das an den bestehenden Stellantrieben festgestellte
Phänomen
von Einschalten und Abprall sehr vermindert, denn der Rotor kann
nicht synchron abfahren, da die Erregungsfrequenz höher als
die "Start/Stopp"-Geschwindigkeit
und das zur Zeit des Anstoßes
anliegende dynamische Drehmoment geringer ist.
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In
Anbetracht des kleinen Ausmaßes
des im Stellantrieb nach der Erfindung verwendeten Motors ist es
angemessen, die elektrische, dem Motor aufgedrängte Eingangsleistung zu kontrollieren,
um die Versorgungsspannung sich zwischen 8 und 14 Volt nicht verändern zu
lassen und um die Joule'sche Kraft,
die in den Spulen des Motors zerstreut wird, zu begrenzen.
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Der
Stellantrieb nach der Erfindung umfaßt also ein Mittel von bekanntem
Typ, erlaubend, den Wert der Versorgungsspannung festzustellen,
und mittels einer Zerhacktechnik den Prozentsatz dieser, auf die
Spulen des Motors angewendeten Spannung zu regulieren. Beispielsweise
sei das Verhältnis 100%
für eine
Versorgungsspannung von 8 Volt und 57% für eine Versorgungsspannung
von 14 V.
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Diese
Zerhacktechnik erlaubt außerdem, den
Strom beim Sperren zu reduzieren; in der Tat, wenn keine Funktion
zur Bewegung der Klappe erforderlich ist, kann ein begrenzter relativer
Einschaltkoeffizient, zum Beispiel 10%, angewendet werden, um das
Ventil in Position zu halten.
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Außerdem erlaubt
diese Technik auch während
der Beschleunigungs- und Abbremsphasen, die zeitlich sehr begrenzt,
ungefähr
50 ms, sind, einen relativen Einschaltkoeffizienten von 100% anzuwenden
und erneut mit einem normalen relativen Einschaltkoeffizienten während der
Bewegungen mit konstanter Geschwindigkeit zu fahren.
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Der
Schrittmotor mit ständigem
Magneten eines Stellantriebs für
das Klimaanlageventil eines Kraftfahrzeugs nach der Erfindung kann
von verschiedenen Typen sein, von denen einige in 7, 8 und 9 dargestellt
sind.
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In 7 ist
ein zweiphasiger Motor 1 mit Stanzblech mit einem Außendurchmesser
von 20 mm, 24 Schritte/Drehung, dargestellt, der bei 400 Hz arbeitet
und mit einem Untersetzungsgetriebe 2 verbunden ist, dessen
Reduzierungsverhältnis
nahe bei 600 liegt. Zum Vergleich verwendet man momentan, um dieselbe
Funktion auszuüben,
einen gleichartigen Motor, der bei 200 Hz arbeitet, aber einen Durchmesser
von 35 mm hat.
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In 8 ist
ein zweiphasiger Motor 10 mit ständigem Magneten, 20 Schritte/Umdrehung
dargestellt, der bei 400 Hz arbeitet und mit einem Untersetzungsgetriebe 20 verbunden
ist, dessen Reduzierungsverhältnis
nahe bei 720 liegt.
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In
Anbetracht nun der 9 kann man die bevorzugte Ausführungsart
des Motors mit Untersetzung eines Stellantriebs nach der Erfindung
sehen. Er umfaßt
einen dreiphasigen Motor 11 mit ständigem Magneten, 30 Schritte/Umdrehung,
der 5 Paare von Polen am Rotor besitzt, bei 450 Hz arbeitet und mit
einem Untersetzungsgetriebe 21 verbunden ist, dessen Reduzierungsverhältnis bei
540 liegt.
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Der
dreiphasige Drehstrommotor erlaubt für eine gleiche Art der digitalen
Umschaltung der Phasen zwei gespeiste Phasen, eine höhere Auflösung als
die der in den 7 und 8 dargestellten
Motoren, die Auflösungsmodi
von 24 bzw. 20 Schritten pro Umdrehung erlaubt, während der
in 9 dargestellte Motor eine Auflösung von 30 vollständigen Schritten
pro Umdrehung hat. Der Lärm
und die Vibrationen des Motors beim Funktionieren werden also vermindert.
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Andererseits
kann der Modus der digitalen Umschaltung der Phasen des Drehstrommotors
mittels mit nur sechs Transistoren ausgeführt werden, während für die zweipoligen
zweiphasigen Motoren (der Strom fließt in der Spule der einen Phase
in beide Richtungen) acht Transistoren notwendig sind.
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Bezugnehmend
auf 10, kann man sehen, daß die bevorzugte Steuerungsart
zum Beispiel darin besteht, den Drehstrommotor in "Sternschaltung" anzuschließen, indem
die Phasen A, B, C paarweise nacheinander versorgt werden, gemäß einer
in 11 beschriebenen Sequenz. Eine bei einem Drehstrommotor
verwendete Speisung der Art "2 phases
ON" erlaubt einen
Drehmomentgewinn von 20% im Vergleich zu derselben, bei einem zweiphasigen
Motor verwendeten Steuerungsart. Dies ist auf den vektoriellen Aufbau
der Summe des Drehmomentes jeder Phase zurückzuführen, die bei einem Drehstrommotor
1,732 Mal das Drehmoment von „1 phase
ON", und bei einem
zweiphasigen Motor 1,414 Mal das Drehmoment von "1 phase ON" gibt. Außerdem ist die Veränderung
des Drehmomentes zwischen 2 Phasenumschaltungen bei einem Drehstrommotor
kleiner als bei einem zweiphasigen Motor, was immerhin zu weniger
Veränderung
der Geschwindigkeit des Rotors beim Funktionieren führen wird.
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Das
Steuern eines Stellantriebs für
das Klimaanlageventil eines Kraftfahrzeugs durch einen Drehstrommotor
bringt also, im Vergleich zu einem zweiphasigen Motor, folgendes
bei:
- – weniger
Lärm und
Vibrationen dank der Reduzierung der Welligkeit des Drehmomentes
und der Erhöhung
der Auflösung,
- – eine
weniger kostspielige elektronische Steuerung,
- – einen
besseren Wirkungsgrad zufolge der Erhöhung des verfügbaren Drehmomentes
für die
gleiche elektrische Eingangskraft.
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Andererseits
erfordert ein solcher Drehstrommotor nur drei Speiseleiter, während ein
zweipoliger zweiphasiger Motor vier solche erfordert.