WO2007003451A1 - Schutzschaltung und verfahren zur überwachung der temperatur eines vorwiderstands - Google Patents

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WO2007003451A1
WO2007003451A1 PCT/EP2006/061660 EP2006061660W WO2007003451A1 WO 2007003451 A1 WO2007003451 A1 WO 2007003451A1 EP 2006061660 W EP2006061660 W EP 2006061660W WO 2007003451 A1 WO2007003451 A1 WO 2007003451A1
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switching
motor
temperature
switching means
series resistor
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PCT/EP2006/061660
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Inventor
Richard Vogt
Andreas Ewert
Michael Strupp
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H5/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal non-electric working conditions with or without subsequent reconnection
    • H02H5/04—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal non-electric working conditions with or without subsequent reconnection responsive to abnormal temperature
    • H02H5/042—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal non-electric working conditions with or without subsequent reconnection responsive to abnormal temperature using temperature dependent resistors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/08—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors
    • H02H7/085—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors against excessive load
    • H02H7/0852—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors against excessive load directly responsive to abnormal temperature by using a temperature sensor

Definitions

  • the invention relates to a protective circuit for at least one series resistor of a DC motor and a method for monitoring the temperature of the at least one series resistor according to the preamble of the independent claims.
  • the protection circuit according to the invention for at least one series resistor of a DC motor comprising at least a temperature-sensitive component for monitoring the temperature of the at least one series resistor and a switching means having a first and a second switching position, wherein in the first switching position of the switching means of the DC motor over the at least one series resistor is operable, the advantage that it does not come in an overload case to an automatic switching on and off of the DC motor and thus the switching means, the
  • the switching means switches to the second switching position by means of a switching signal dependent on the temperature-sensitive component in order to deactivate the DC motor.
  • a renewed switching of the switching means in the first switching position takes place only after switching off a supply voltage and / or by means of an additional control signal.
  • the manual reversibility of the overload circuit is achieved even at high currents> 15 A in an advantageous manner that after temporary disturbances, such as overloading of an engine cooling fan when passing through a water area or blocking a fan at cryogenic temperature and thus caused ice formation, the
  • DC motor can go back to normal operating mode without repair. Furthermore, it is easier to use and robust components, the advantage of waiving a cost-intensive and especially at high ambient temperatures error-prone sensor and evaluation.
  • the temperature-sensitive component is connected in series with the switching means.
  • the switching means in the second switching position bypasses the temperature-sensitive component, so that it can take almost no influence on the switching signal. In this way, an automatic switching on and off of the blocked DC motor is effectively and inexpensively avoided.
  • Switching means is a relay, wherein a relay coil, the relay is connected in series with the temperature-sensitive component and the relay coil spends a relay changeover contact in the first or second switching position.
  • the control signal advantageously leads to a bridging of the
  • the invention comprises a method for monitoring the temperature of a series resistor of a DC motor by means of a temperature-sensitive component and a switching means having a first and a second switching position, wherein in the first switching position of the switching means, the DC motor is operable via the at least one series resistor.
  • the method according to the invention offers the advantages already mentioned above in that, in the event of an overload, the switching means is switched to the second switching position by a switching signal dependent on the temperature-sensitive component in order to deactivate the DC motor, wherein the switching means only after switching off a supply voltage and / or by means of an additional
  • Control signal is switched again to the second switching position.
  • the temperature-sensitive component is bridged in an advantageous manner, wherein an alternative embodiment provides that the switching means is connected in series with a parallel circuit consisting of the series resistor and the temperature-dependent component.
  • FIG. 1 a first embodiment of the protection circuit according to the invention
  • FIG. 2 shows a second embodiment of the protection circuit according to the invention.
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of a protective circuit 10 for at least one series resistor 12 of a DC motor 14.
  • the series resistor 12 is for a first speed level A on the one hand with a supply potential V + a power source 16 and on the other via a changeover 18 a switching means 20, in particular via a Relaisumschaltitch 22 of a relay 24, which is in a first switching position 26 with the DC motor 14 connected.
  • the DC motor 14 is connected to a reference potential V_ of the power source 16.
  • the difference between the supply potential V + and the reference potential V_ is defined as a supply voltage U.
  • Relay 24 connected in a further series circuit, which is connected to the one with the supply potential V + and the other to the reference potential V_. Furthermore, there is an electrical connection between a second switching position 32 of the RelaisumschaltANDes 22 and a node 34, which is located between the temperature-sensitive device 28 and the relay coil 30 of the relay 24, the ability to connect the series resistor 12 and the temperature-sensitive device 28 in parallel. In this case, the resulting parallel circuit forms a series connection with the relay coil 30 of the relay 24, and the DC motor 14 is deactivated. If the relay changeover contact 22 is in the first switching position 26, the direct current motor 14 can be connected directly to the supply potential V + instead of in a first speed stage A even in a second speed stage B, ie without series resistor 12. In this case, one results opposite to the first
  • Speed step A higher speed of the DC motor 14.
  • the DC motor 14 for example, a blower motor 36 of a fan 38, which drives a fan 40, so in this way a higher air flow and thus a higher cooling performance can be achieved.
  • the switching means 20 may also be advantageous if the switching means 20 has no influence on the second speed level B. This is the case, for example, if the second speed level B is to be used, inter alia, to make the blocked DC motor 14 passable again by briefly applying a high current. If this variant embodiment is to be used, then a connection 44 shown in dashed lines in FIG. 1, which bypasses the switching means 20, is required.
  • the relay coil 24 releases the relay changeover contact 22 so that it can return to its first switching position 26. After renewed application of the supply voltage U then a stepwise operation of the track motor 14 is possible.
  • the control signal C can also be used. This leads, for example, to a bridging of the relay coil 24, which then releases the relay changeover contact 22 into its first switching position 26.
  • the protective circuit according to the invention and the method according to the invention can also be used with three-stage and multi-stage drives with a corresponding number of series resistors.
  • the invention is not limited to the use of a relay 24 as switching means 20.
  • semiconductor devices such as transistors, gate turn-off thyristors (GTO) or the like.
  • the protection circuit is not limited to an NTC 42 as a temperature-sensitive device 28. Possible alternatives in this context are a temperature-dependent resistor with a positive temperature coefficient (PTC), a bimetal or similar, wherein the switching means 20 would be designed accordingly.
  • PTC positive temperature coefficient

Landscapes

  • Control Of Direct Current Motors (AREA)
  • Protection Of Generators And Motors (AREA)

Abstract

Vorgeschlagen werden eine Schutzschaltung (10, 100) für zumindest einen Vorwiderstand (12) eines Gleichstrommotors (14), mindestens umfassend ein temperatursensitives Bauelement (28) zur Überwachung der Temperatur (T) des zumindest einen Vorwiderstands (12) und ein Umschaltmittel (20) mit einer ersten (26) und einer zweiten Schaltposition (32), wobei in der ersten Schaltposition (26) des Umschaltmittels (20) der Gleichstrommotor (14) über den zumindest einen Vorwiderstand (12) betreibbar ist, sowie ein entsprechendes Verfahren zur Überwachung der Temperatur des zumindest einen Vorwiderstands. Die erfindungsgemäße Schutzschaltung (10, 100) und das erfindungsgemäße Verfahren sind dadurch gekennzeichnet, dass im Überlastfall das Umschaltmittel (20) durch ein von dem temperatursensitiven Bauelement (28) abhängiges Schaltsignal (S) in die zweite Schaltposition (32) schaltet, um den Gleichstrommotor (14) zu deaktivieren, und dass ein erneutes Umschalten des Umschaltmittels (20) in die erste Schaltposition (26) erst nach dem Abschalten einer Versorgungsspannung (U) und/oder mittels eines zusätzlichen Steuersignals (C) erfolgt. Weiterhin wird ein Gleichstrommotor (14), insbesondere ein Gebläsemotor (36), mit der erfindungsgemäßen Schutzschaltung (10, 100) vorgeschlagen.

Description

Schutzschaltung und Verfahren zur Überwachung der Temperatur eines Vorwiderstands
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Schutzschaltung für zumindest einen Vorwiderstand eines Gleichstrommotors sowie ein Verfahren zur Überwachung der Temperatur des zumindest einen Vorwiderstands nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.
Es ist bekannt, bei Gleichstrommotoren, insbesondere Gebläsemotoren, zur stufenweisen Drehzahlstellung zumindest einen Vorwiderstand einzusetzen. Um im Überlastfall - insbesondere bei Blockierung des Gleichstrommotors - eine Überhitzung des Vorwiderstands und damit eine Brandgefahr zu vermeiden, ist es weiterhin bekannt, temperaturgesteuerte Sicherungen (Mikrotemperatursicherung - MTS, Thermal Cut-Off Switch - TCO) zu verwenden, die im Strompfad des Gleichstrommotors eingebunden sind. Dabei wird das Ansprechen der Temperatursicherung durch die räumliche Nähe zum Vorwiderstand erreicht, so dass bei dessen Überhitzen und eventuell bei gleichzeitigem Ausfall eines Gebläseluftstroms im Falle eines blockierten Gleichstrommotors eine Auslöseschwelle der Temperatursicherung überschritten wird.
Die WO-2004109902 Al zeigt eine Vorwiderstandsbaugruppe für einen Elektromotor, insbesondere für ein elektrisch angetriebenes Lüftergebläse in einem Kraftfahrzeug, umfassend einen Vorwiderstand zur Drehzahlsteuerung des Elektromotors in ein oder mehreren Drehzahlstufen mit einer ggf. in Reihe zum Vorwiderstand geschalteten Temperatursicherung, wobei ein reversibles
Schaltelement für mindestens eine der Drehzahlstufen integriert ist. Dabei ist das Schaltelement als ein reversibler
Thermoschutzschalter, als ein Halbleiter-Bauelement oder als ein temperaturabhängiger Widerstand mit positivem Temperaturkoeffizienten (PTC) ausgebildet. Weiterhin ist in der DE 69604435 T2 ein Regelkreis zur Regelung des Antriebs eines Gleichstrommotors offenbart, wobei die Temperatur eines PTC durch einen Überschussstrom erhöht wird, der sich infolge eines überlasteten Zustands des Gleichstrommotors ergibt. Als Folge erhöht der PTC seinen eigenen Widerstand und vermindert den durch eine Relaisspule fließenden Strom, so dass diese einen Relaiskontakt öffnet und den Gleichstrommotor stoppt.
Vorteile der Erfindung
Gegenüber dem Stand der Technik weist die erfindungsgemäße Schutzschaltung für zumindest einen Vorwiderstand eines Gleichstrommotors, mindestens umfassend ein temperatursensitives Bauelement zur Überwachung der Temperatur des zumindest einen Vorwiderstands und ein Umschaltmittel mit einer ersten und einer zweiten Schaltposition, wobei in der ersten Schaltposition des Umschaltmittels der Gleichstrommotor über den zumindest einen Vorwiderstand betreibbar ist, den Vorteil auf, dass es im Überlastfall nicht zu einem selbsttätigen Ein- und Ausschalten des Gleichstrommotors kommt und somit das Umschaltmittel, der
Gleichstrommotor sowie weitere elektrische Bauelemente vor Überlast und überhöhtem Verschleiß infolge eines periodischen Schaltens des blockierten Gleichstrommotors sowie den daraus resultierenden, hohen Schaltströmen geschützt werden. Dazu schaltet im Überlastfall das Umschaltmittel durch ein von dem temperatursensitiven Bauelement abhängiges Schaltsignal in die zweite Schaltposition, um den Gleichstrommotor zu deaktivieren. Ein erneutes Umschalten des Umschaltmittels in die erste Schaltposition erfolgt erst nach dem Abschalten einer Versorgungsspannung und/oder mittels eines zusätzlichen Steuersignals. Durch die manuelle Reversibilität der Überlastschaltung wird auch bei hohen Strömen > 15 A in vorteilhafter Weise erreicht, dass nach vorübergehenden Störungen, wie beispielsweise Überlastung eines Motorkühlgebläses bei Durchfahrt eines Wassergebiets oder Blockieren eines Gebläses bei Tieftemperatur und dadurch hervorgerufener Eisbildung, der
Gleichstrommotor ohne Reparatur wieder in den normalen Betriebsmodus übergehen kann. Weiterhin ergibt sich durch die Verwendung einfacher und robuster Bauelemente der Vorteil des Verzichts auf eine kostenintensive und insbesondere bei hohen Umgebungstemperaturen fehleranfällige Sensor- und Auswerteelektronik.
Um in vorteilhafter Weise die Reversibilität der erfindungsgemäßen Schutzschaltung manuell steuern zu können, ist das temperatursensitive Bauelement in Reihe mit dem Umschaltmittel verschaltet. Diesbezüglich ist es besonders vorteilhaft, wenn das Umschaltmittel in der zweiten Schaltposition das temperatursensitive Bauelement überbrückt, so dass es nahezu keinen Einfluss mehr auf das Schaltsignal nehmen kann. Auf diese Weise wird ein selbsttätiges Ein- und Ausschalten des blockierten Gleichstrommotors wirkungsvoll und kostengünstig vermieden.
In einer alternativen Ausgestaltungsform ist das Umschaltelement in Reihe mit einer aus dem Vorwiderstand und dem temperaturabhängigen Bauelement bestehenden Parallelschaltung verschaltet, so dass das Schaltsignal im Wesentlichen vom festen Widerstandswert des Vorwiderstands abhängt. Auch dies verhindert ein automatisches Umschalten des Umschaltelements in seine erste Schaltposition und demzufolge ein erneutes Aktivieren des Gleichstrommotors . Als Schaltsignal kann dabei sowohl ein Schaltstrom als auch eine Schaltspannung dienen.
Ein deutlicher Kostenvorteil ergibt sich dann, wenn das
Umschaltmittel ein Relais ist, wobei eine Relaisspule das Relais in Reihe mit dem temperatursensitiven Bauelement verschaltet ist und die Relaisspule einen Relaisumschaltkontakt in die erste oder zweite Schaltposition verbringt. In diesem Zusammenhang führt das Steuersignal in vorteilhafter Weise zu einer Überbrückung der
Relaisspule, so dass diese den Relaisumschaltkontakt zum erneuten Umschalten in die erste Schaltposition freigibt.
Um den Gleichstrommotor in mehreren Drehzahlstufen betreiben zu können, ist vorgesehen, dass in mindestens einer ersten
Drehzahlstufe der Gleichstrommotor über den zumindest einen Vorwiderstand und in einer weiteren Drehzahlstufe direkt mit der - A -
Versorgungsspannung verbunden ist. Dabei ist es von Vorteil, wenn für den Betrieb des Gleichstrommotors in der weiteren Drehzahlstufe kein Eingriff durch das Umschaltmittel erfolgt. Diese Maßnahme ermöglicht es, eine Blockierung des Gleichstrommotors - beispielsweise infolge eines verklemmten Gegenstands - durch kurzzeitige Beaufschlagung mit einem hohen Strom wieder zu eliminieren .
Weiterhin umfasst die Erfindung ein Verfahren zur Überwachung der Temperatur eines Vorwiderstands eines Gleichstrommotors mittels eines temperatursensitiven Bauelements und eines Umschaltmittels mit einer ersten und einer zweiten Schaltposition, wobei in der ersten Schaltposition des Umschaltmittels der Gleichstrommotor über den zumindest einen Vorwiderstand betreibbar ist. Das erfindungsgemäße Verfahren bietet die bereits weiter oben erwähnten Vorteile dadurch, dass im Überlastfall das Umschaltmittel durch ein von dem temperatursensitiven Bauelement abhängiges Schaltsignal in die zweite Schaltposition geschaltet wird, um den Gleichstrommotor zu deaktivieren, wobei das Umschaltmittel erst nach dem Abschalten einer Versorgungsspannung und/oder mittels eines zusätzlichen
Steuersignals erneut in die zweite Schaltposition umgeschaltet wird. In der zweiten Schaltposition wird in vorteilhafter Weise das temperatursensitive Bauelement überbrückt, wobei eine alternative Ausgestaltungsform vorsieht, dass das Umschaltmittel in Reihe mit einer aus dem Vorwiderstand und dem temperaturabhängigen Bauelement bestehenden Parallelschaltung verschaltet wird.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich durch die in den abhängigen Ansprüchen angegebenen Merkmale sowie aus der Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung.
Zeichnung
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren 1 und 2 beispielhaft erläutert, wobei gleiche Bezugszeichen in den Figuren auf gleiche Bestandteile mit einer gleichen Funktionsweise hindeuten. Es zeigen Fig. 1: ein ersten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schutzschaltung und
Fig. 2: ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schutzschaltung .
Beschreibung
In Figur 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer Schutzschaltung 10 für zumindest einen Vorwiderstand 12 eines Gleichstrommotors 14 gezeigt. Der Vorwiderstand 12 ist für eine erste Drehzahlstufe A zum Einen mit einem Versorgungspotential V+ einer Energiequelle 16 und zum Anderen über einen Umschaltkontakt 18 eines Umschaltmittels 20, insbesondere über einen Relaisumschaltkontakt 22 eines Relais 24, der sich in einer ersten Schaltposition 26 befindet, mit dem Gleichstrommotor 14 verbunden. Weiterhin ist der Gleichstrommotor 14 mit einem Bezugspotential V_ der Energiequelle 16 verbunden. Die Differenz zwischen dem Versorgungspotential V+ und dem Bezugspotential V_ sei definiert als eine Versorgungsspannung U.
In einem zu der Reihenschaltung aus Vorwiderstand 12, sich in der ersten Schaltposition 26 befindendem Relaisumschaltkontakt 22 und Gleichstrommotor 14 parallelen Strompfad sind ein temperatursensitives Bauelement 28 und eine Relaisspule 30 des
Relais 24 in einer weiteren Reihenschaltung verschaltet, die zum Einen mit dem Versorgungspotential V+ und zum Anderen mit dem Bezugspotential V_ verbunden ist. Weiterhin besteht über eine elektrische Verbindung zwischen einer zweiten Schaltposition 32 des Relaisumschaltkontaktes 22 und einem Knotenpunkt 34, der sich zwischen dem temperatursensitiven Bauelement 28 und der Relaisspule 30 des Relais 24 befindet, die Möglichkeit, den Vorwiderstand 12 und das temperatursensitive Bauelement 28 parallel zu verschalten. In diesem Fall bildet die resultierende Parallelschaltung eine Reihenschaltung mit der Relaisspule 30 des Relais 24, und der Gleichstrommotor 14 ist deaktiviert. Befindet sich der Relaisumschaltkontakt 22 in der ersten Schaltposition 26, so kann der Gleichstrommotor 14 statt in einer ersten Drehzahlstufe A auch in einer zweiten Drehzahlstufe B direkt, d.h. ohne Vorwiderstand 12, mit dem Versorgungspotential V+ verbunden werden. In diesem Fall ergibt sich eine gegenüber der ersten
Drehzahlstufe A höhere Drehzahl des Gleichstrommotors 14. Handelt es sich bei dem Gleichstrommotor 14 beispielsweise um einen Gebläsemotor 36 eines Gebläses 38, der ein Lüfterrad 40 antreibt, so ist auf diese Weise ein höherer Luftstrom und damit eine höhere Kühlleistung erzielbar. Alternativ kann es aber auch von Vorteil sein, wenn das Umschaltmittel 20 keinen Einfluss auf die zweite Drehzahlstufe B nimmt. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn die zweite Drehzahlstufe B unter anderen dazu verwendet werden soll, den blockierten Gleichstrommotor 14 durch eine kurzzeitige Beaufschlagung mit einem hohen Strom wieder gangbar zu machen. Soll diese Ausführungsvariante angewendet werden, so ist eine in Figur 1 gestrichelt dargestellte Verbindung 44, die das Umschaltmittel 20 umgeht, erforderlich.
Im Folgenden soll nun die Funktionsweise der Schutzschaltung 10 näher erläutert werden, wobei davon ausgegangen wird, dass das temperatursensitive Bauelement 28 ein temperaturabhängiger Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten (NTC) 42 ist, der seinen Widerstandswert mit zunehmender Temperatur T des Vorwiderstands 12 verringert. Der Relaisumschaltkontakt 22 des
Relais 24 befinde sich zunächst - wie in Figur 1 dargestellt - in der ersten Schaltposition 26.
Kommt es zu einer Blockierung oder Schwergängigkeit des Gleichstrommotors 14, so steigt ein durch den Gleichstrommotor 14 und den Vorwiderstand 12 fließender Motorstrom IM stark an, und die Temperatur T des Vorwiderstands 12 nimmt aufgrund der in ihm umgesetzten Leistung deutlich zu. Da sich der NTC 42 in räumlicher Nähe zum Vorwiderstand 12 befindet, sinkt sein Widerstandswert mit zunehmender Temperatur T des Vorwiderstands 12, was zu einem Anstieg eines durch ihn fließenden Schaltstroms I3 führt, bis die Relaisspule 30 des Relais 24 anzieht und ein Umschalten des Relaisumschaltkontaktes 22 in die zweite Schaltposition 32 bewirkt. Der Gleichstrommotor 14 ist daraufhin ausgeschaltet, und der durch die Relaisspule 30 fließende Schaltstrom Is ist definiert durch den resultierenden Widerstandswert der Parallelschaltung aus Vorwiderstand 12 und NTC 42 sowie der dazu in Reihe geschalteten Relaisspule 30. Da der Schaltstrom Is deutlich geringer ist als der Motorstrom IM, kann sich der Vorwiderstand 12 abkühlen, wodurch der Widerstandswert des NTC 42 wieder ansteigt. Aufgrund der Parallelschaltung aus dem verhältnismäßig niederohmigen Vorwiderstand 12 und dem NTC 42 reicht der Schaltstrom I3 weiterhin aus, um die Relaisspule 30 und damit den Relaisumschaltkontakt 22 in seiner zweiten Schaltposition 32 zu halten. Somit erfolgt selbst nach Abkühlung des Vorwiderstands 12 kein automatisches Umschalten des Relaisumschaltkontakts 22, so dass ein selbsttätiges Ein- und Ausschalten des Gleichstrommotors 14 infolge eines zyklischen Wechsels zwischen Übertemperatur am Vorwiderstand 12, Abschalten des Gleichstrommotors 14, Rückgang der Temperatur T am Vorwiderstand 12 und Wiedereinschalten des Gleichstrommotors 14 wirkungsvoll und kostengünstig vermieden werden kann.
Die Erläuterung der erfindungsgemäßen Schutzschaltung bzw. des entsprechenden Verfahrens zur Selbsthaltung basierte bisher auf dem Schaltstrom I3. Statt des Schaltstroms I3 ist es aber auch möglich als Schaltsignal S von einer über der Relaisspule 30 abfallenden Schaltspannung U3 auszugehen. Nimmt die Temperatur T des Vorwiderstands 12 aufgrund der Blockierung des Gleichstrommotors 14 zu, so führt dies - wie bereits weiter oben geschildert - zu einer Verringerung des Widerstandswerts des NTC 42, und die über ihn abfallende Spannung nimmt ab. Als direkte Folge kommt es zu einem Anstieg der Schaltspannung U3 über der Relaisspule 30, bis diese anzieht und den Relaisumschaltkontakt 22 in die zweite
Schaltposition 32 verbringt. Da der resultierende Widerstandswert der Parallelschaltung aus Vorwiderstand 12 und NTC 42 maßgeblich vom niederohmigen Vorwiderstand 12 abhängt, bricht die Schaltspannung U3 über der Relaisspule 30 nicht ein, so dass diese den Relaisumschaltkontakt 22 weiterhin in der zweiten Schaltposition 32 hält. Um ein erneutes Umschalten des Relaisumschaltkontakt 22 in seine erste Schaltposition 26 zu bewirken, so dass der Gleichstrommotor 14 wieder mit den Drehzahlstufen A oder B betreibbar ist, müssen nun die Versorgungsspannung U und demzufolge die Energiequelle 16 abgeschaltet bzw. abgetrennt und/oder ein zusätzliches Steuersignal C an das Umschaltmittel 20 bzw. das Relais 24 angelegt werden.
Wird beispielsweise die Versorgungsspannung U abgeschaltet, gibt die Relaisspule 24 den Relaisumschaltkontakt 22 frei, so dass dieser wieder in seine erste Schaltposition 26 zurückkehren kann. Nach erneutem Anlegen der Versorgungsspannung U ist dann ein stufenweiser Betrieb des Gleisstrommotors 14 möglich. Alternativ oder ergänzend kann auch das Steuersignal C zur Anwendung kommen. Dieses führt beispielsweise zu einer Überbrückung der Relaisspule 24, die daraufhin den Relaisumschaltkontakt 22 in seine erste Schaltposition 26 freigibt.
In Figur 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schutzschaltung 100 gezeigt. Im Unterschied zu Figur 1 erfolgt die stufenweise Ansteuerung des Gleichstrommotors 14, der auch hier als Gebläsemotor 36 eines Gebläses 38 zum Antrieb eines Lüfterrads 40 ausgestaltet sein kann, nicht mehr unmittelbar durch eine direkte Verbindung der Drehzahlstufen A und B mit dem Gleichstrommotor 14, sondern über ein erstes 46 und ein zweites Drehzahlstufenrelais 48, die jeweils eine Relaisspule 50 bzw. 52 und einen
Relaisschaltkontakt 54 bzw. 56 aufweisen. Auf diese Weise ergeben sich weitestgehend getrennte Stromkreise für das Schalten der Drehzahlstufen A und B sowie die Versorgung des Gleichstrommotors 14. Da nunmehr der Vorwiderstand 12 ausschließlich im Versorgungsstromkreis des Gleichstrommotors 14 liegt, wird dieser im Falle eines Ausschaltens infolge einer Blockierung des Gleichstrommotors 14 nicht mehr durch einen Strom durchflössen. Somit ergibt sich der Vorteil eines schnelleren Abkühlens und einer geringeren Belastung des Vorwiderstands 12.
Für die folgende Erläuterung der Funktionsweise der erfindungsgemäßen Schutzschaltung 100 wird zunächst davon ausgegangen, dass sich der Relaisumschaltkontakt 22 des Relais 24 in seiner ersten Schaltposition 26 befindet, so dass der Gleichstrommotor 14 stufenweise über die Drehzahlstufen A oder B betreibbar ist. Wird nun die Drehzahlstufe A mit der Versorgungsspannung U verbunden, so dass sie am Versorgungspotential V+ liegt, fließt durch die Relaisspule 50 des Drehzahlstufenrelais 46 ein Strom, der ein Schließen des Relaisschaltkontakts 54 bewirkt. Daraufhin kann der Gleichstrommotor 14 mit der ersten Drehzahlstufe A über den Vorwiderstand 12 betrieben werden. Entsprechend ist ein Betrieb des Gleisstrommotors mit maximaler Drehzahl über die zweite Drehzahlstufe B sowie das Relais 48 mit der Relaisspule 52 und dem Relaisschaltkontakt 56 ohne Vorwiderstand 12 möglich. Im Folgenden wird jedoch von einem Betrieb in der ersten Drehzahlstufe A ausgegangen .
Kommt es infolge einer Blockierung oder Schwergängigkeit des Gleichstrommotors 14 zu einer Erhöhung des Motorstroms IM, so steigt die Temperatur T des Vorwiderstands 12 an. Da sich - wie bereits in Figur 1 - das als NTC 42 ausgebildete, temperatursensitive Bauelement 28 in räumliche Nähe zum Vorwiderstand 12 befindet, verringert sich infolge der steigenden Temperatur T sein Widerstandswert, und der durch die in Reihe zum NTC 42 verschalteten Relaisspule 30 des Relais 24 fließende Schaltstrom Is nimmt zu. Daraufhin zieht die Relaisspule 30 an und bewirkt ein Umschalten des Relaisumschaltkontakts 22 in die zweite Schaltposition 32, die elektrisch verbunden ist mit einem Knotenpunkt 34 zwischen der Reihenschaltung aus Relaisspule 30 und NTC 42. Durch das Umschalten des Relaisumschaltkontakts 22 in die zweite Schaltposition 32 wird zum Einen der Gleichstrommotor 14 ausgeschaltet, da die Relaisspule 50 des Drehzahlstufenrelais 46 den Relaisschaltkontakt 54 zum Öffnen freigibt, und zum Anderen wird der NTC 42 überbrückt, so dass die Relaisspule 30 des Relais 24 unmittelbar mit dem
Versorgungspotential V+ und dem Bezugspotential V_ verbunden ist. Kommt es nun zu einer Abkühlung des Vorwiderstands 12 und zu einer daraus resultierenden Erhöhung des Widerstandswerts des NTC 42, so hat dies keinen Einfluss auf den Schaltstrom Is, und die Relaisspule 30 hält den Relaisumschaltkontakt 22 weiter in der zweiten Schaltposition 32. Ein erneutes Umschalten ist - wie bereits zu Figur 1 geschildert - erst nach dem Abschalten der Versorgungsspannung U und/oder mittels eines zusätzlichen Steuersignals C möglich. Dabei kann zum Beispiel das Steuersignal C ein Überbrücken der Relaisspule 30 des Relais 24 bewirken, so dass die Relaisspule 30 den Relaisumschaltkontakt 22 zu dessen Verbringung in die erste Schaltposition 26 freigibt. Damit der Relaisumschaltkontakt 22 im Falle eines Überbrückens der Relaisspule 30 wieder in die erste Schaltposition 26 zurückkehren kann, weist das Relais 24 eine nicht gezeigte Vorrichtung, wie beispielsweise eine Feder, einen Metallstreifen oder dergleichen auf, die durch das Verbringen des Relaisumschaltkontakts 22 in die zweite Schaltposition 32 vorgespannt wird.
Um schließlich eine Überlastung der Relaisspulen 30, 50, 52 zu vermeiden, kann zwischen dem Relaisumschaltkontakt 22 und dem Bezugspotential V_ ein entsprechend dimensionierter Widerstand 58 angeordnet sein. Sein Widerstandswert muss derart gewählt werden, dass er ein Selbsthalten der Relaisspule 30 durch den Schaltstrom Is gewährleistet.
Es sei abschließend noch darauf hingewiesen, dass die gezeigten Ausführungsbeispiele weder auf die Figuren 1 und 2 noch auf die beschriebenen Bauelemente beschränkt ist. So können die erfindungsgemäße Schutzschaltung und das erfindungsgemäße Verfahren auch bei drei- und mehrstufigen Ansteuerungen mit einer entsprechenden Anzahl von Vorwiderständen zum Einsatz kommen. Ebenso ist ein Einsatz in Verbindung mit mehreren Gleichstrommotoren, beispielsweise bei einem Doppelgebläse, denkbar. Weiterhin sei angemerkt, dass die Erfindung nicht auf die Verwendung eines Relais 24 als Umschaltmittel 20 beschränkt ist. Bei entsprechender Auslegung ist es ebenso möglich, Halbleiterbauelemente, wie Transistoren, Gate-Turn-Off-Thyristoren (GTO) oder dergleichen, einzusetzen. Schließlich ist die Schutzschaltung nicht auf einen NTC 42 als temperatursensitives Bauelement 28 beschränkt. Als mögliche Alternativen seien in diesem Zusammenhang ein temperaturabhängiger Widerstand mit positivem Temperaturkoeffizienten (PTC) , ein Bimetall oder Vergleichbares genannt, wobei das Umschaltmittel 20 entsprechend auszugestalten wäre.

Claims

Patentansprüche
1. Schutzschaltung (10, 100) für zumindest einen Vorwiderstand (12) eines Gleichstrommotors (14), mindestens umfassend ein temperatursensitives Bauelement (28) zur Überwachung der Temperatur (T) des zumindest einen Vorwiderstands (12) und ein Umschaltmittel (20, 24) mit einer ersten (26) und einer zweiten Schaltposition (32) , wobei in der ersten Schaltposition (26) des Umschaltmittels (20) der Gleichstrommotor (14) über den zumindest einen Vorwiderstand (12) betreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Überlastfall das Umschaltmittel (20) durch ein von dem temperatursensitiven Bauelement (28) abhängiges Schaltsignal (S) in die zweite Schaltposition (32) schaltet, um den Gleichstrommotor (14) zu deaktivieren, und dass ein erneutes Umschalten des Umschaltmittels (20) in die erste Schaltposition (26) erst nach dem Abschalten einer Versorgungsspannung (U) und/oder mittels eines zusätzlichen Steuersignals (C) erfolgt.
2. Schutzschaltung (10, 100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das temperatursensitive Bauelement (28) in Reihe mit dem Umschaltmittel (20) verschaltet ist.
3. Schutzschaltung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Umschaltmittel (20) in der zweiten Schaltposition (32) das temperatursensitive Bauelement (12) überbrückt.
4. Schutzschaltung (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Umschaltmittel (20) in der zweiten Schaltposition (32) eine in Reihe mit dem Umschaltmittel (20) verschaltete, aus dem Vorwiderstand (12) und dem temperaturabhängigen Bauelement (28) bestehende Parallelschaltung bewirkt.
5. Schutzschaltung (10, 100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Umschaltmittel (20) ein Relais (24) ist, wobei eine Relaisspule (30) des Relais (24) in
Reihe mit dem temperatursensitiven Bauelement (28) verschaltet ist und die Relaisspule (30) einen Relaisumschaltkontakt (22) in die erste (26) oder zweite Schaltposition (32) verbringt.
6. Schutzschaltung (10, 100) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersignal (C) zu einer Überbrückung der Relaisspule (30) führt, so dass diese den Relaisumschaltkontakt (22) zum erneuten Umschalten in die erste Schaltposition (26) freigibt.
7. Schutzschaltung (10, 100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltsignal (S) ein Schaltstrom (I3) oder eine Schaltspannung (U3) ist.
8. Schutzschaltung (10, 100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das temperatursensitive Bauelement (28) ein NTC (42) ist.
9. Schutzschaltung (10, 100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichstrommotor (14) in mehreren Drehzahlstufen (A, B) betreibbar ist, wobei in mindestens einer ersten Drehzahlstufe (A) der Gleichstrommotor (14) über den zumindest einen Vorwiderstand (12) und in einer weiteren Drehzahlstufe (B) direkt mit der Versorgungsspannung (U) verbunden ist.
10. Schutzschaltung (10, 100) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass für den Betrieb des Gleichstrommotors (14) in der weiteren Drehzahlstufe (B) kein Eingriff durch das Umschaltmittel (20) erfolgt.
11. Gleichstrommotor (14), insbesondere Gebläsemotor (36), mit einer Schutzschaltung (10, 100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10.
12. Verfahren zur Überwachung der Temperatur (T) zumindest eines Vorwiderstandes (12) eines Gleichstrommotors (14) mittels eines temperatursensitiven Bauelements (28) und eines Umschaltmittels (20) mit einer ersten (26) und einer zweiten Schaltposition (32) , wobei in der ersten Schaltposition (26) des Umschaltmittels (20) der Gleichstrommotor (14) über den zumindest einen Vorwiderstand (12) betreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Überlastfall das Umschaltmittel (20) durch ein von dem temperatursensitiven Bauelement (28) abhängiges Schaltsignal (S) in die zweite
Schaltposition (32) geschaltet wird, um den Gleichstrommotor (14) zu deaktivieren, und dass das Umschaltmittel (20) erst nach dem Abschalten einer Versorgungsspannung (U) und/oder mittels eines zusätzlichen Steuersignals (C) erneut in die erste Schaltposition (26) umgeschaltet wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Umschaltmittel (20) in der zweiten Schaltposition (32) das temperatursensitive Bauelement (28) überbrückt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Umschaltmittel (20) in der zweiten Schaltposition (32) in Reihe mit einer aus dem Vorwiderstand (12) und dem temperaturabhängigen Bauelement (28) bestehenden Parallelschaltung verschaltet wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichstrommotor (14) in mehreren Drehzahlstufen (A, B) betreibbar ist, wobei in mindestens einer ersten Drehzahlstufe (A) der Gleichstrommotor (14) über den zumindest einen Vorwiderstand (12) und in einer weiteren Drehzahlstufe (B) direkt mit der Versorgungsspannung verbunden wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass in der weiteren Drehzahlstufe (B) des Gleichstrommotors (14) nicht durch das Umschaltmittel (20) in den Betrieb des Gleichstrommotors (14) eingegriffen wird.
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