Prüfaufbau zum Test der mech. Stabilität einer Lüftungsklappe mit LDR's

In der Firma, bei der ich als Elektriker/Elektroniker beschäftigt bin, testen wir Kfz-Komponenten, für die wir eigens Prüfstände bauen.

Aufgabe war es die Lebensdauer der Mechanik und Elektronik einer Lüftungsklappe zu testen. An dieser Lüftungsklappe war an den beweglichen Teilen ein Kabel befestigt, an dem zwei parallel geschaltete Leuchtioden (für Nachtdesign) befestigt waren. Die Klappen werden in einer Klimakammer pneumatisch im 2 sec. Takt ständig bewegt.
Der Taktgeber soll angehalten werden, wenn eine, oder beide Leuchtdioden nicht mehr brennen (weil Kabelbruch) - ebenso, wenn das Kabel einen Kurzschluß macht.
Der Test sollte möglichst schnell und mit geringstem Aufwand betrieben werden.
Der Taktgeber war ein fertiges Schaltgehäuse, das mit einer 24V Stromversorgung betrieben wurde. Das Takten und Zählen konnte nur durch Unterbrechnung der 24 Versorgungsspannung geschehen. Hierfür war ein potentialfreier Relaiskontakt erforderllich.

Nach ein paar kurzen Übelegungen und Blick in meine Bauteilekiste, überlegte ich mir eine einfache Transistorschaltung, die ein Relais nur dann anziehen lässt, wenn der richtige Strom von 4mA fließt - ansonsten soll das Relais abfallen und den Test stoppen.

Die Leuchtdiode der Lüftungsklappe wurde mit 12V (Kfz-Spannng) betrieben. Es galt also den Strom der Leuchtdioden zu messen. Die Tabelle im Schaltbild zeigt die verschiedenen Fehlermöglichkeiten, bei der das Relais abfallen soll.

Bei normalen Betrieb (Nr. 1) (beide LED's brennen) (Fall: Nr.1) fließt ein gesamter Strom IM = 4mA. Dadurch fällt am Widerstand R4 eine Spannung von ca 800mV ab, die den Transistor T1 über R7 ansteuert, dessen Kollektorstrom über R8 das Basispotential des PNP-Transistors T4 auf Masse zieht. Somit wird T4 voll durchgeschaltet. und steuert über R9 und R5 den Darlington -Transistor T2 an, der im Kollektorkreis das Relais bestromt. Die Diode D3 vernichtet negative Selbstinduktionsspannungen der Relaisspule, um den Transitor T2 zu schützen.

Im Fehlerfall (Nr. 2, bzw. 3 eine der beiden Leuchtdioden fällt aus) fließt ein kleinerer Strom (IM = 2 mA) Dadurch fällt an dem Widerstand R4 eine kleine Spannung von nur ca. 344mV ab. Das reicht nicht aus um den Transistor T1 anzusteuern. Somit wird auch T4 nicht angesteuert, dadurch bekommt der Darlingtontransistor T2 (der ja mindestens 1.2V Basisspannung braucht) nicht genügend Spannung an seiner Basis. In diesem Fall fällt das Relais ab.

Im Fehlerfall Nr. 4 (bzw. beide Leuchtdioden werden untebrochen) fließt kein Strom mehr, somit fällt auch keine Spannung am R4 ab. Daraus folgt, daß das Relais nicht angezogen wird.

Im Fehlerfall Nr. 5 (Kurzschluß) stehen an den Widerständen R3/R4 (UM=12 V) an. Somit fließt der maximale Strom, der durch die Widerstände R3 + R4 fließt. Hierbei fällt an R4 eine Spannung von ca. 7.7V ab. Das reicht damit über die Zener-Diode D1, die eine Durchbruchsspannung von 5,1V hat, ein Strom fließt, der über R6 einen genügend hohen Basisstrom an T3 fließen lässt, dessen Kollektorstrom über die Spannung zwischen R9 und R5 auf ein niedriges Potential herunterzieht. Somit kann T2 nicht mehr angesteuert werden. Auch wenn T1 und folglich T4 in diesem Fall voll durchschaltet.
Zudem ist T2 ein Darlingtontransistor, der eine Schwellenspannung von ca. 1.2V benötigt, um überhaupt durchzuschalten. Auch benötigt die Relaisspule selbst eine Mindestbestromung, damit die Federkraft des Relaiskontaktes überwunden wird. Somit entsteht hierbeit eine ausreichende Hysterese (Einschalt- und Ausschaltpunkt liegen etwas weiter auseinander) die die einwandfreie Funktion der Schaltung gewährleistet.

Die Schaltung, mit nur 4 Transistoren, wurde dann auf einer Lochrasterplatine aufgebaut.

c. by N. Müller