Beschreibung Schaltungsanordnung zur EMV-Entstörung eines Gleichstrommo- tors sowie Schaltmodul Die Erfindung geht aus von einer Schaltungsanordnung zur EMV- Entstörung eines Gleichstrommotors, wobei in die Versorgungs- leitung des Gleichstrommotors ein Dämpfungsglied geschaltet ist, beziehungsweise von einem Schaltmodul mit einem Dämp- fungsglied nach der Gattung der nebengeordneten Ansprüche 1 und 10.

Es ist schon bekannt, beispielsweise bei einem Gleichstrommo- tor (DC-Motor), dessen Läufer über Bürsten mit Strom versorgt wird, das am Kollektor entstehende Bürstenfeuer zu unterdrü- cken oder mindestens so zu dämpfen, dass die entstehende Störstrahlung unschädlich wird. Diese Entstörung zur Errei- chung einer elektromagnetischen Verträglichkeit-im folgen- den kurz als EMV-Entstörung bezeichnet-wird mittels eines Dämpfungsgliedes erreicht, das in der Regel aus mehreren e- lektronischen Bauteilen aufgebaut ist. Beispielsweise werden in die beiden Versorgungsleitungen zwei Y-Kondensatoren gegen das Motorgehäuse und zwei Längsdrosseln vorgeschaltet, um den Hochfrequenz-Widerstand zu erhöhen. Mit dieser Maßnahme kann zwar das Bürstenfeuer gedämpft werden, sie ist jedoch durch die Verwendung von vier Bauteilen relativ aufwendig und er- fordert einen nicht zu vernachlässigenden zusätzlichen Ein- bauraum, der bei vielen Anwendungen nicht vorhanden ist oder eine unerwünschte Einschränkung in der Konstruktion bedeutet.

Des Weiteren ist schon bekannt, insbesondere hochfrequente Störsignale, wie sie beispielsweise bei den Kabelverbindungen zwischen einem Computer und einem Monitor, Drucker, Datenlei- tungen oder dergleichen auftreten können, zur Entkopplung von leitungsgebundenen hochfrequenten Signalen EMV-Ferrite einzu- setzen. Derartige Ferrite werden beispielsweise von der Firma Würth Elektronik oder Vacuumschmelze vertrieben und sind in

verschiedenen Bauformen erhältlich. Diese Dämpfungsglieder sind allerdings nur für den Einsatz in Computer-und Daten- leitungen vorgesehen und können nur einen auf wenige Ampere begrenzten Gleichstrom übertragen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Schaltungsan- ordnung und ein Schaltmodul mit einem vereinfachten und kos- tengünstigeren Dämpfungsglied zu bilden. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche 1 bzw. 10 ge- löst.

Entgegen dem bekannten Stand der Technik wird bei der erfin- dungsgemäßen Schaltungsanordnung und dem Schaltmodul vorge- schlagen, als Dämpfungsglied ein Ferritmaterial zu verwenden.

Ein derartiges Bauteil ist wesentlich preiswerter erhältlich, als die vier Bauteile, die üblicherweise zur EMV-Entstörung verwendet werden. Hinzu kommt, dass sein Einbau leichter und schneller durchführbar ist, so dass die Herstellkosten für den DC-Motor günstiger sind. Als besonders vorteilhaft wird dabei angesehen, dass das Ferritmaterial des Dämpfungsgliedes auf Grund seiner konstruktiven und physikalischen Eigenschaf- ten wesentlich breitbandiger wirkt als ein herkömmliches Dämpfungsglied, so dass insbesondere auch hohe Stromspitzen mit hohen Frequenzen besser gedämpft werden können.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den nebengeordneten Ansprüchen 1 und 11 angegebenen Schal- tungsanordnung beziehungsweise Schaltmoduls gegeben. Als be- sonders vorteilhaft wird angesehen, dass das Dämpfungsglied einen Common Mode Ferrit aufweist. Dieses Material ist beson- ders für die Dämpfung hochfrequenter Störsignale ausgebildet, die durch das Bürstenfeuer des DC-Motors entstehen.

Eine optimale EMV-Entstörung wird erreicht, wenn das Dämp- fungsglied möglichst nahe am DC-Motor und damit an der Stör- quelle angeordnet wird. Dann werden die entstehenden Störsig-

nale direkt gedämpft, ohne dass sie sich in benachbarte Lei- tungen oder Schaltungsteile einkoppeln können.

Eine besonders vorteilhafte Lösung wird auch darin gesehen, das Dämpfungsglied direkt auf einer gedruckten Schaltung an- zuordnen, die zur Ansteuerung des DC-Motors dient. Das Dämp- fungsglied kann dabei zusammen mit anderen elektronischen Bauelementen, die beispielsweise zur Steuerung des DC-Motors benötigt werden, vorgefertigt werden.

Eine weitere Miniaturisierung kann erzielt werden, wenn das Dämpfungsglied als SMD-Schaltung ausgebildet ist, mit der man eine besonders kleine Bauausführung erhält.

Vorteilhaft erscheint auch die Lösung, die gedruckte Schal- tung derart auszubilden, dass auch eine nachträgliche Bestü- ckung mit dem Dämpfungsglied möglich wird. Da nicht bei allen Motortypen oder Anwendungen eine EMV-Enstörung erforderlich ist, kann nach Bedarf das Dämpfungsglied auch nachträglich eingebaut werden. Dabei ist besonders günstig, dass dennoch eine einheitliche gedruckte Schaltung verwendet werden kann.

Das Dämpfungsglied ist besonders dafür ausgebildet, die am Kommutator des DC-Motors entstehenden Störsignale des Bürs- tenfeuers zu unterdrücken beziehungsweise zu dämpfen. Eine Einkoppelung in benachbarte Leitungen oder eine Funktionsstö- rung von benachbarten Schaltungsteilen kann damit wirksam un- terdrückt werden.

Eine besonders vorteilhafte Anwendung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung betrifft DC-Motoren, die zum Antrieb ei- ner Einrichtung oder eines Hilfsaggregates in einem Kraft- fahrzeug benötigt werden. Diese sind insbesondere solche DC- Motoren, die beispielsweise für eine Getriebesteuerung, einen Scheibenwischer, einen Fensterheber, eine Sitzverstellung o- der dergleichen benötigt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen : Figur 1 in schematischer Darstellung einen Stromlaufplan ei- nes DC-Motors mit einem herkömmlichen Dämpfungsglied, Figur 2 in schematischer Darstellung einen Stromlaufplan ei- nes DC-Motors mit einem erfindungsgemäßen Dämpfung- glied, Figur 3 eine erfindungsgemäße Ausführungsform des Dämpfungs- gliedes, Figur 4 ein erstes Diagramm mit zwei Störspannungskurven und Figur 5 ein zweites Diagramm mit drei Störspannungskurven.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird zunächst an Hand von Figur l erläutert, wie bisher bei einem DC-Motor (Gleich- strommotor) die durch das Bürstenfeuer entstehenden Störsig- nale unterdrückt beziehungsweise gedämpft wurden. Die schema- tische Darstellung von Figur 1 zeigt einen DC-Motor 1, bei dem in einem Gehäuse 5 ein Läufer 2 angeordnet ist, der meh- rere einzeln versorgte Stromwicklungen aufweist und in einem statischen Magnetfeld drehbar ausgebildet ist. Die Stromver- sorgung des Läufers 2 erfolgt über einen Kommutator, der mit- tels zwei gegenüberliegend angeordneter Bürsten 3 die Strom- wicklungen des Läufers 2 mit einem konstanten oder gepulsten Gleichstrom versorgt. Jede einzelne Stromwicklung des Läufers 2 ist mit zwei Kontaktflächen des Kommutators paarweise ver- bunden, über die die Bürsten 3 gleiten. Beim Übergleiten der Bürsten 3 zu benachbarten Kontaktflächen entsteht das uner- wünschte Bürstenfeuer, das insbesondere im hochfrequenten Be- reich Störsignale aussendet, die beispielsweise auf benach- barte Stromleitungen übertragen werden und elektronische Schaltungsteile empfindlich stören können. Diese als EMV-

Störung bezeichnete Störstrahlung wird üblicherweise mit ei- nem L/C-Glied gedämpft, das in der Regel aus zwei Kondensato- ren C und zwei Entstördrosseln L aufgebaut ist. Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, sind die beiden Kondensatoren C, zum Bei- spiel jeweils lOnF, in einer Y-Schaltung zwischen jeweils ei- ner Leitung 4 und dem Gehäuse 5 möglichst in der Nähe der Bürsten 3 geschaltet. In die Leitungen 4 ist jeweils eine Entstördrossel L, mit beispielsweise 7, uH, geschaltet. Dieses L/C-Glied ist möglichst in das Gehäuse 5 einzubauen, da eine Entstörung nahe an der Störquelle die beste Wirkung zeigt.

Für Gleichstrom ist dieses L/C-Glied niederohmig, während es für steil ansteigende und hochfrequente Signale relativ hoch- ohmig wirkt, wie später noch näher erläutert wird. Zur Dreh- zahl-und Drehmomentsteuerung ist der DC-Motor 1 über die Leitungen 4 mit einer Steuerschaltung verbunden, die häufig auf einer gedruckten Schaltung 6 (PCB-Platine, printed circu- it board) aufgebaut ist. Falls die Raumverhältnisse es zulas- sen, kann die PCB-Platine 6 am oder im Gehäuse 5 angeordnet sein.

Figur 2 zeigt in schematischer Darstellung ein Ausführungs- beispiel der Erfindung. An Stelle des L/C-Gliedes ist jetzt dem zuvor beschriebenen DC-Motor 1 ein Dämpfungsglied 7 vor- geschaltet, das mit einem Ferrit, insbesondere einem Common Mode Ferrit 9 (auch als CM-Choke, Common Mode Choke bezeich- net) ausgebildet ist. Derartige Ferrite sind in der Regel aus mehreren Schichten oder alternativ aus gesintertem Material aufgebaut, um eine möglichst hohe Impedanz zu erzielen. Dazu werden die beiden Leitungen 4 so um den Common Mode Ferrit 9 gewickelt, dass sich ihre Magnetfelder gegenseitig kompensie- ren. Common Mode Ferrite werden gemäß dem bekannten Stand der Technik nur zur Entkopplung von leitungsgebundenen Störungen im hochfrequenten Bereich empfohlen. Sie sind für verschiede- ne Anwendungsfälle als einbaufertiges Bauelement beispiels- weise auch als SMD-Bauelement handelsüblich, um die Montage auf einer gedruckten Schaltung zu erleichtern. Diese Bauele-

mente werden typischerweise für Meßsignalaufnehmer, Monitor- leitungen, Drucker-und Mauskabel, Datenübertragungsleitungen und ähnliches verwendet. Die Ferrite sind als Blockkerne, Flachbandkabelferrite, Ferrithülsen, Ferritringe, Ferritper- len und Ferritbrücken erhältlich.

Bei dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel wird dagegen gemäß Figur 2 vorgeschlagen, einen derartigen Common Mode Ferrit 9 so zu modifizieren, dass das Dämpfungsglied 7 zur Entstörung des DC-Motors 7, insbesondere zur Dämpfung seines Bürstenfeuers verwendet werden kann. Dazu wird eine Schal- tungsanordnung vorgeschlagen, bei der das Dämpfungsglied 7 auf eine entsprechend vorbereitete PCB-Platine 6 nahe am oder falls möglich im Gehäuse 5 des DC-Motors 1, also in der Nähe der Bürsten 3 eingebaut werden kann.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird auch darin gesehen, das Dämpfungsglied 7 beispielsweise als SMD-Bauteil (surface mounted device) auszuführen und nur bei Bedarf auf der PCB-Platine 6 zu montieren.

Vorzugweise ist die PCB-Platine 6 ist so ausgeführt, dass sie zusammen mit dem Gehäuse 5 des DC-Motors 1 als kompaktes Schaltmodul 10 in einem gemeinsamen Gehäuse verbaut werden kann. Die PCB-Platine 6 enthält zusätzlich eine Steuerschal- tung, die beispielsweise mit einer PWM-Schaltung (Pulswei- tenmodulation) zur Drehzahl-, Drehmoment-und/oder Wegsteue- rung des DC-Motors 1 ausgebildet ist. Derartige Schaltmodule 10 sind dann beispielsweise in einem Kraftfahrzeug zur Steue- rung verschiedener Einrichtungen und Hilfsaggregate wie Scheibenwischer, Fensterheber, Sitzverstellung und/oder zur Getriebesteuerung verwendbar. Insbesondere für den letzten Fall muss das Dämpfungsglied 7 für sehr hohe Spitzenströme, zum Beispiel bis 40A ausgelegt sein. Bei handelsüblichen Com- mon Mode Ferriten 9 betragen die Spitzenströme in der Regel nur wenige Ampere, so dass eine entsprechende Modifikation

erforderlich ist, um auch bei sehr großen Strömen die ge- wünschten Dämpfungsmaßnahmen erzielen zu können.

Vorteilhaft ist weiterhin, dass das Dämpfungsglied 7 mit dem Common Mode Ferrit 9 wesentlich kleiner ausgeführt werden kann, als dies bei dem üblichen L/C-Glied der Fall ist. Da- durch ist der Raumbedarf geringer, so dass auch das Gehäuse 5 des DC-Motors 1 entsprechend kleiner und kostengünstiger aus- geführt werden kann. Hinzu kommt, dass die Dämpfung wirkungs- voller und breitbandiger ausgelegt werden kann, wie später noch an Hand von Vergleichsdiagrammen gezeigt wird.

Figur 3 zeigt einen Stromlaufplan für das Dämpfungsglied 7, das als Bauteil mit wenigstens zwei Eingangs-und zwei Aus- gangsklemmen ausgebildet ist. Es weist einen Common Mode Fer- rit 9 auf, um den die beiden Stromleitungen so gewickelt sind, dass sich die Störpegel der beiden Ströme ICOM gegensei- tig kompensieren. Für steile Stromflanken und hochfrequente Ströme beziehungsweise Spannungen ist dieses Dämpfungsglied 7 hochohmig, während es für Gleichstrom niederohmig ist, so dass der Gleichstrom praktisch ungehindert zum DC-Motor 1 fließen kann.

Anaand der Figuren 4 und 5 wird die Wirkungsweise der erfin- dungsgemäßen Schaltungsanordnung näher erläutert. Figur 4 zeigt ein erstes Diagramm, bei dem auf der x-Achse die Sig- nalfrequenz in Hz und auf der y-Achse die Amplitude (Level in dBuV) aufgetragen sind. Die dargestellten Kurven stellen Ein- zelfälle dar, die für einen bestimmten DC-Motor 1 ausgelegt sind. Die Segmente der Kurve a (dünne Linie) zeigen an Hand eines Messprotokolls das Bürstenfeuer des DC-Motors 1, wenn keine EMV-Enstörung durchgeführt wird. Hier ist erkennbar, dass insbesondere bei niedrigen Frequenzen die Störstrahlung besonders hoch ist, mit zunehmender Frequenz etwas fällt und im Frequenzbereich 6 bis ca. 120 MHz wieder ansteigt.

Zum Vergleich hierzu zeigen die Segmente der Kurve b (fette Linie) den Fall, wenn der gleiche DC-Motor 1 mit dem erfin- dungsgemäßen Dämpfungsglied 7 beschaltet ist. Bei dieser bei- spielhaften Auslegung des Common Mode Ferrit 9 ist im unteren Frequenzbereich bis ca. 2 MHz kein wesentlicher Unterschied zur Kurve a erkennbar. Bei höheren Frequenzen ab ca. 6 MHz ist der Störpegel der Kurve b jedoch deutlich reduziert. Wäh- rend der Störpegel der Kurve a einen Pegel zwischen ca. 30 bis 50 dBpV aufweist, liegt der Pegel bei der Kurve b nur im Bereich von ca 10 bis 30 dBpV. Ähnliches ist im Frequenzbe- reich 25 bis 120 MHz erkennbar. Dieses ist eine deutliche Re- duzierung des Störpegels gegenüber dem nichtentstörten Fall der Kurve a.

Figur 5 zeigt ein zweites Diagramm mit einer ähnlichen Ska- lierung, wie sie bereits zu Figur 4 beschrieben wurde. Hier wird jedoch der Frequenzbereich auf der x-Achse im Intervall ab ca. 5 MHz bis ca. 120 MHz betrachtet. Das Diagramm zeigt drei unterschiedliche Messkurven c, d, e. Die Segmente der Kur- ve c geben den Fall wieder, wenn der DC-Motor 1 ohne Dämp- fungsglied 7 beschaltet ist. Die Segmente der Kurve d zeigen den Störpegelverlauf, wenn der DC-Motor 1 mit einem konventi- onellen L/C-Glied mit L= 7pH und C=lOnF beschaltet wurde. Die fett gezeichneten Segmente der Kurve e zeigen den Fall, wenn der DC-Motor 1 mit dem erfindungsgemäßen Common Mode Ferrit 9 beschaltet wurde. Aus den Kurvenabschnitten in den vier dar- gestellten Frequenzbereichen ist erkennbar, dass der Störpe- gel bei der Kurve e insgesamt niedriger ist als bei den Kur- ven c und d. Insbesondere ist ersichtlich, dass im mittleren Frequenzbereich zwischen 25 und 35 MHz der Störpegel der Kur- ve e deutlich niedriger verläuft als bei der Kurve d, die der Bestückung mit dem konventionellen L/C-Glied entspricht. Die- ser Frequenzbereich kann sich natürlich verschieben, wenn das Dämpfungsglied 7 anders dimensioniert wird.

Zu diesen Vorteilen kommt hinzu, dass die Bauweise mit dem Common Mode Ferrit 9 wesentlich kleiner ausgeführt werden kann als mit dem konventionellen L/C-Glied, so dass sich dar- aus weitere konstruktive Vorteile ergeben, wie bereits er- wähnt wurde.