Konstantstromquelle mit LM317 mit 2 Polrichtungen

OP (Firma: (keine)) #4968714
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Hallo,

ich habe folgenden Anwendungsfall in einem Oldtimerwagen: Eine Klappe im 
Heizungssystem wird mit einem Elektromotor gesteuert, der je nach 
Schalterstellung wahlweise +12 V oder -12 V bekommt. Der Motor läuft 
dann jeweils bis zum mechanischen Anschlag. Leider hat die Elektrik des 
Autos keine Endabschaltung, sodass der Motor fortwährend die Mechanik 
belastet (Plastikzahnräder). Durch den Motor fließen, solange der dreht, 
etwa 70 mA und in der Endposition etwas mehr als 200 mA.

Meine Idee ist die folgende: Ich löte die bekannte Strombegrenzung mit 
LM317 in das Kabel, damit auch am Endanschlag nicht mehr als 70 mA 
fließen. Da der Motor mit unterschiedlicher Polung betrieben wird, 
müsste ich die Strombegrenzung zweimal löten und entgegengesetzt 
einsetzen. Das kann natürlich nur funktionieren, wenn die 
LM317-Strombegrezung in "falscher" Richtung keinen Strom durchlässt und 
der LM317 nicht beschädigt wird. Zur Not noch eine Diode in Reihe.

Eleganter wäre eine Elektronik, die bei >= 150 mA abschaltet und erst 
dann wieder Strom durchlässt, wenn sich die Polung ändert. Ich habe 
keine Ahnung, wie man das realisieren könnte und wie groß der Aufwand 
wäre.

Was meint ihr?

Grüße
Andreas
Gast #4968722
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Andreas R. schrieb:
> Meine Idee ist die folgende:

Vergiss sie. So ein Motor braucht auch 200mA zum Anlaufen. Und so ein 
LM317 kostet 4V.

Baue Endschalter ein. Je nach mechanischen Gegebenheiten Taster, 
Hallsensoren, Reedschalter oder Lichtschranken.

Oder bau eine Zeitbegrenzung ein, die dem Motor nur 5 Sekunden Strom 
gibt.
OP (Firma: (keine)) #4968743
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Hallo MaWin,

> So ein Motor braucht auch 200mA zum Anlaufen. Und so ein
> LM317 kostet 4V.

Danke, das hatte ich übersehen!

> Oder bau eine Zeitbegrenzung ein, die dem Motor nur 5 Sekunden Strom
> gibt.

Das ist eine gute Idee, danke!

Ich kenne allerdings leider nur Verzögerungsschaltungen, die also bei 
einem Tastendruck eine gewisse Zeit Strom liefern (mit Kondensator und 
Transistor). Hier ist ja dauerhaft Spannung vorhanden, die nach x 
Sekunden unterbrochen werden soll. Hast Du dafür Links zu Schaltungen?

Grüße
Andreas
OP (Firma: (keine)) #4968769
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Hallo Old-Papa,

>> PS: Kann man das Problem nicht ganz einfach mit einer
>> selbstrückstellenden Sicherung lösen?
>
> Nö. Das wird dann irgendwann eine "selbstauslötende Sicherung"

Ich habe die selbstrückstellenden Sicherungen so begriffen, dass sie im 
ausgelösten Zustand – im Gegensatz zu Schmelzsicherungen – einen 
geringen Strom durchlassen (erheblich weniger als den Auslösestrom). 
Nehmen wir RXEF010, der bei 100 mA auslöst. Im Datenblatt steht, dass er 
im ausgelösten Zustand 0,38 Watt verbraucht. Dann wird er doch nur 
handwarm.

Wo ist mein Denkfehler?

Grüße
Andreas
Gast #4968797
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Die selbstrückstellende Sicherung ist ja unterbrochen (lässt nur noch 
einen geringen Strom durch), nachdem der Motor am Endanschlag angekommen 
ist.
Umpolen würde die selbstrückstellende Sicherung ja nicht zurücksetzen.
Was du also brauchst sind 2 selbstrückstellende Sicherungen in Reihe 
jeweils mit einer Schottky-Diode, unterschiedlich gepolt und diese 
beiden Stränge parallel.
OP (Firma: (keine)) #4968817
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Hallo Eskimo,

> Umpolen würde die selbstrückstellende Sicherung ja nicht zurücksetzen.
> Was du also brauchst sind 2 selbstrückstellende Sicherungen in Reihe
> jeweils mit einer Schottky-Diode[...]

Vielen Dank! So wird es gemacht! Der Aufwand ist ja überschaubar.

Grüße
Andreas
Gast #4968850
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Andreas R. schrieb:
> Hallo,
>
> ich habe folgenden Anwendungsfall in einem Oldtimerwagen: Eine Klappe im
> Heizungssystem wird mit einem Elektromotor gesteuert, der je nach
> Schalterstellung wahlweise +12 V oder -12 V bekommt. Der Motor läuft
> dann jeweils bis zum mechanischen Anschlag. Leider hat die Elektrik des
> Autos keine Endabschaltung, sodass der Motor fortwährend die Mechanik
> belastet (Plastikzahnräder). Durch den Motor fließen, solange der dreht,
> etwa 70 mA und in der Endposition etwas mehr als 200 mA.


Eskimo schrieb:
> also brauchst sind 2 selbstrückstellende Sicherungen in Reihe
> jeweils mit einer Schottky-Diode, unterschiedlich gepolt und diese
> beiden Stränge parallel.

@Eskimo  Warum eine Schottky-Diode? Da geht auch eine normale Diode z.B. 
1N4007

@Andreas  Könnte man evtl. an Stelle des Schalters einen "Kipptaster 
2-polig 6 Kontakte 4 x Schließer 3 Stellungen" nehmen?

http://www.ebay.de/itm/Miniatur-Kipptaster-2-polig-6-Kontakte-4-x-Schlieser-3-Stellungen-7747-/371229036868?hash=item566ef99144:g:eaMAAOSwpDdVD~fw
OP (Firma: (keine)) #4968856
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Hallo Fuchs,

> @Eskimo  Warum eine Schottky-Diode? Da geht auch eine normale Diode z.B.
> 1N4007

Eine Schottky-Diode hat doch weniger Spannungsabfall, oder? Vermutlich 
läuft der Motor aber auch mit 11 Volt an, sodass Schottky nicht zwingend 
nötig sein dürfte.

> @Andreas  Könnte man evtl. an Stelle des Schalters einen "Kipptaster
> 2-polig 6 Kontakte 4 x Schließer 3 Stellungen" nehmen?

Das geht nicht. Die Optik des Oldtimers soll keinesfalls verändert 
werden.

Ich will nur kleine, unauffällige Verbesserungen einbauen. Zum Beispiel 
bekommen Abblendlicht und Fensterheber Relais, damit der Strom nicht 
mehr die Kontakte in den Schaltern abbrennt. Ein Schalter bekam eine 
LED-Beleuchtung, weil die Originalbeleuchtung aus schwer zugänglichen, 
eingelöteten Glühlampen besteht.

Grüße
Andreas
Gast #4968875
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Fuchs schrieb:
> @Eskimo  Warum eine Schottky-Diode? Da geht auch eine normale Diode z.B.
> 1N4007

Geht natürlich auch.

Andreas R. schrieb:
> Eine Schottky-Diode hat doch weniger Spannungsabfall, oder?
Genau.

> Vermutlich
> läuft der Motor aber auch mit 11 Volt an, sodass Schottky nicht zwingend
> nötig sein dürfte.

Ja.
Ich hätte das "Schottky-" in () setzen sollen: (Schottky-)Diode
#4968963
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Hallo,
> Andreas R. schrieb:
> der je nach
> Schalterstellung wahlweise +12 V oder -12 V bekommt.
Das geht so ja eigentlichgar nicht.
- 12V liegt auf Masse Es muß sicher die Polarität am Motor 2-pol. 
gedreht werden.

Ist der Schalter mit Wechslerkontakten aufgebaut, welche die Polarität 
am Motor beim Umschalten umdrehen?
Wenn das so ist, kommt man an die einzelenen Schaltkontakte ran oder 
sind die im Schalter passend gebrückt?

Oder hat der Motor selbst evtl. 2 Eingänge, auf die einfach umgeschaltet 
wird?

> Der Motor läuft
> dann jeweils bis zum mechanischen Anschlag. Leider hat die Elektrik des
> Autos keine Endabschaltung, sodass der Motor fortwährend die Mechanik
> belastet (Plastikzahnräder).
Ist das wirklich ein Problem. So eine statische Belastung sollte für die 
Zahnräder eigentlich recht unkritisch sein.

Je nachdem, wie das komkret ausgeführt ist (siehe Fragen oben) gibt es 
unterschiedliche Möglichkeiten, da was zu modifizieren.

Die sicherste Lösung währe wohl die Verwendung eines Timers, der den 
Strom nach einiger Zeit reduziert.
Das könnte leicht mit einem zusätzlichen Relais gemacht werden, das 
einen einfachen strombegrenzenden Reihenwiderstand für kurze Zeit 
überbückt.
Da steht dann aber die Frage, wie man den am besten tiggert, was 
wiederum von den konkreten Randbedingungen abhängig ist (siehe Fragen 
oben).

Lösungen mit selbstrückstellenden Sicherungen (Kaltleiter, z.B. 
Polyswitch) scheinen mir problematisch, weil der Unterschied von ca. 
70mA auf 200mA zu knapp ist. Immerhin muß sowas in einem sehr weiten 
Temperaturbereich von Minusgraden bis zu hohen Umgebungstemp. ca. 80°C 
funktionieren.

Eine Detektion des Motorstromes ist auch mit einigem elektronischen 
Aufwand verbunden.
Gruß Öletronika
#4968976
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Hallo,
> Andreas R. schrieb:
> Im Datenblatt steht, dass er
> im ausgelösten Zustand 0,38 Watt verbraucht.
> Dann wird er doch nur handwarm.
> Wo ist mein Denkfehler?
Da geht es wohl um Kaltleiter, oder?
Kaltleiter z.V. Polyswitche haben eine Sprungtemp. z.B. 120°C.
Bei Temp. weit darunter ist derInnenwiderstand klein (um 1 Ohm) und 
oberhalb der Sprungtemp. steigt er bis auch einige kOhm.
Dann hält er sich selber in diesem zustand. Um da wieder rauszukommen, 
muß der Stromfluss für einige Zeit (mind. paar sekunden) unterbrochen 
werden.

Ich halte diese Lösung für nicht sehr zuverlässig.
Diese Elemente haben eine Kennlinie, die auch von der Umgebungstemp. 
abhängig ist. Kann sein, dass es im Sommer geht aber im Winder dann 
nicht, weil der Strom von ca. 200mA bei Kälte nicht zum Auslösen reicht 
(im Fahrwind evtl. schon gar nicht).
Macht man es aber zu empfindlich, kann er auch im Sommer schon bei ca. 
70mA auslösen, weil das Fahrzeug sich in der Sonne auf über 70°C 
aufgeheizt hat und auch evtl. Motorwärme noch dazu kommt. Das wird eher 
eine Fummellösung.
Gruß Öletronika
Gast #4969549
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Der Umschalter kann bequem durch eine Transistor-Motor-Treiberstufe 
ersetzt werden. Diese kann dann direkt mit High- oder Low-Signalen 
angesteuert werden. Bei niederohmigen Motoren sollte noch ein 1k 
Widerstand vor dem Eingang geschaltet werden (R Motor x 
Transistorverstärkung = Eingangsimpedanz). Falls erforderlich wären der 
BD243 und BD244 sogar noch stärkere Transistoren.
Angehängte Dateien:
OP (Firma: (keine)) #4969580
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Hallo Ralf,

> Der Umschalter kann bequem durch eine Transistor-Motor-Treiberstufe
> ersetzt werden. Diese kann dann direkt mit High- oder Low-Signalen
> angesteuert werden. Bei niederohmigen Motoren sollte noch ein 1k
> Widerstand vor dem Eingang geschaltet werden (R Motor x
> Transistorverstärkung = Eingangsimpedanz). Falls erforderlich wären der
> BD243 und BD244 sogar noch stärkere Transistoren.

Leider verstehe ich Deine Schaltung nicht. Wo wird der andere Pol des 
Motors angeschlossen?

Grüße
Andreas
#4969597
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Andreas R. schrieb:
> Hallo Ralf,
>
>> Mit der Fahrzeugkarosserie (Masse).
>
> Aber dann kann ich die Drehrichtung des Gleichstrommotors nicht
> umdrehen. Oder übersehe ich etwas?

Nein, du siehst das ganz richtig. Tatsächlich wird der Motor mit 
dieser Schaltung sich weder in die eine noch in die andere Richtung 
drehen. Von einem kurzen Zucken vielleicht mal abgesehen.

Die Schaltung ist schlicht Unsinn.
Gast #4969605
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Wenn sich der 4700µF Kondensator über den Motor auflädt, dreht sich der 
Motor rechts herum, beim Umschalten kann sich der Kondensator über den 
Motor entladen (der Strom fließt anders herum) und dadurch dreht sich 
der Motor links herum.
Gast #4969613
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Axel S. schrieb:
> Nein, du siehst das ganz richtig. Tatsächlich wird der Motor mit
> dieser Schaltung sich weder in die eine noch in die andere Richtung
> drehen. Von einem kurzen Zucken vielleicht mal abgesehen.

In der Aufgabenstellung ist das so gewollt, dass sich der Motor nur kurz 
dreht, damit er keinen weiteren Strom verbraucht (sogar nur 70mA statt 
200mA, damit läuft er dreimal so lange). Wahrscheinlich muss die 
Kapazität des Kondensators noch verkleinert werden.
Die mechanische Typ 2 Steckerverriegelung an den E-Auto Ladesäulen 
funktioniert nach dem gleichen Prinzip.
Gast #4969636
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In dem Video läuft der Motor doch schon ca. 3 Sekunden lang. 
Wahrscheinlich müsstest Du dann tatsächlich einen Goldcap mit 22000µF in 
die Schaltung einbauen, oder eine elegantere Schaltung verwenden ohne 
Kondensator. Z.B. eine zeitgesteuerte Schaltung mit Monoflop und 
Vollbrücken-Motortreiber mit zusätzlicher Polyfuse oder elektronischer 
Strombegrenzung damit es in den Endpositionen nicht so ruckelt. Am 
besten bei den Erklärungsansätzen weiter oben im Thread wieder 
einsteigen.
#4969819
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Ralf schrieb:
> Axel S. schrieb:
>> Nein, du siehst das ganz richtig. Tatsächlich wird der Motor mit
>> dieser Schaltung sich weder in die eine noch in die andere Richtung
>> drehen. Von einem kurzen Zucken vielleicht mal abgesehen.
>
> In der Aufgabenstellung ist das so gewollt, dass sich der Motor nur kurz
> dreht

Dann hättest du vielleicht besser mal ausrechnen sollen, wie kurz der 
Motor in Reihe mit 4700µF "drehen" wird. Ein Motor braucht beim Anlaufen 
genau so viel Strom wie beim Blockieren, hier also 200mA. Wenn du einen 
4700µF Kondensator mit 200mA lädst, dann ist er in nicht mal. 0.3s auf 
12V. Die Zeit, in der der Motor genug Strom und genug Spannung kriegt, 
dürfte bei ca. 0.1s liegen.

Zu mehr als einem Zucken wird das nicht reichen. Die ganze Idee mit dem 
in Reihe geschalteten Kondensator ist Blödsinn.
Gast #4969911
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Jetzt musst Du nur noch 0,3 Sekunden x 5 rechnen (5 Tau) das wären dann 
sogar 1,5 Sekunden bis der Kondensator richtig leer ist. Der Motor 
benötigt nur zum Anlaufen 200mA, danach angeblich nur noch 70mA. Das 
kommt also auf jeden Fall mit einer Sekunde hin. Der TO benötigt aber 
laut Video 3 Sekunden und dass kommt mit 4700µF in der Tat nicht mehr 
hin. Da gebe ich Dir Recht. Zumal die Spannung am Kondensator mit der 
E-Funktion abnimmt (37% weniger nach einer Sekunde).
#4969968
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Ralf schrieb:
> Jetzt musst Du nur noch 0,3 Sekunden x 5 rechnen (5 Tau)

Das hast du also auch nicht begriffen. Die 5 tau sind für diese 
Anwendung irrelevant. Denn es geht ja nicht darum, den Kondensator 
möglichst voll zu bekommen, sondern darum, wie lange Strom fließt und 
vor allem auch wieviel Spannung dabei noch am Motor anliegt. Schon nach 
einem halben tau (140ms) ist der Strom auf 60% des Anfangswerts 
abgesunken und die Spannung am Motor auf 7V gefallen. Nach einem tau 
sind es 36% vom Strom bei nicht mal mehr 4.5V.

> Der Motor benötigt nur zum Anlaufen 200mA

Und was meinst du: läuft der Motor nach einer Zehntelsekunde schon mit 
Nenndrehzahl?

> Das kommt also auf jeden Fall mit einer Sekunde hin.

Nein. Probiere es aus, wenn du es nicht glaubst.

Die einfachste Lösung für das Problem des TE sind zwei Endschalter.
Die nächstbeste ist ein Stromsensor (Shunt, Sense-FET, ein paar 
Windungen Draht um einen Reedkontakt) mit Abschaltung des Stroms.
Das wird aber schwierig bipolar auszulegen, weswegen man es vor dem 
Polwender einschleifen müßte.
Gast #4970006
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Ich hab das schon vor einem Jahr ausprobiert , klappt super. Im Anhang 
ist ein Ladesäulen-Verriegelungs-Actuator für Typ 2 Stecker, für den 
reichen sogar 2200µF. Der Verriegelungsstift braucht sich allerdings nur 
5mm bewegen. Für das Problem des TO's ist Deine Lösung mit Endschalter 
(Mikrotaster mit einer Diode überbrückt) sicherlich besser.
Angehängte Dateien:
OP (Firma: (keine)) #4970076
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Hallo Michael,

> Der Motor wird überhaupt ncht blockiert, der springt über und ruiniert
> das Zahnrad. Da MÜSSEN Endschalter rein.

So dramatisch ist das nicht. Es hat immerhin knapp 30 Jahre bzw. 225.000 
km gehalten. Ich habe die Motorhalterung leicht gebogen und die weiße 
Plastikzahnscheibe ganz vorsichtig mit der Feile bearbeitet. Jetzt 
springt es nicht mehr über. Eine neue (sic!) Plastikzahnscheibe habe ich 
bestellt.

Jetzt möchte ich die mechanische Belastung verringern, ohne allzugroßen 
Aufwand zu betreiben. Ich werde die selbstrückstellenden Sicherungen 
ausprobieren. Mit LEDs parallel zu ihnen kann ich feststellen, ob sie 
auslösen. Eventuell zusätzlich einen kleinen Widerstand in Reihe, damit 
der Motor insgesamt weniger Kraft hat.

Grüße
Andreas
OP (Firma: (keine)) #4970283
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Hallo Eskimo,

> RXEF010 ist zu stark.
> Habe es grad mit einer PFRA010 probiert.
> Bei 200mA löst sie minutenlang garnicht aus.

Danke!

Ich habe RXEF010 und RXEF005 bestellt; letzterer sollte bei 6 Sekunden 
über 0,1 A auslösen. Da der Motor nur drei Sekunden läuft, könnte ich ja 
eine noch kleinere Sicherung nehmen. Deswegen habe ich soeben die 
JK250-040U bestellt, die 40 mA sicher durchlassen und bei 80 mA sicher 
auslösen. Das Diagramm zu den Auslösezeiten im Datenblatt ist alles 
andere als präzise. Aber so genau muss ja gar nicht sein.

Grüße
Andreas
Gast #4970330
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Bei mäßiger Überlast brauchen die Teile etliche Sekunden,
um auf Auslöse-Temperatur zu kommen.
Kommt der Anwendung bei dir ja entgegen.
Wird mit der 40-mA-Variante sicherlich gehen.
Wahrscheinlich auch mit 25 oder 30mA.

Grüße vom Eskimo
OP (Firma: (keine)) #4970728
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Hallo Jörg,

> Bitte Bedenke bei der Einfachlösung mit zwei PTC`s, daß nach Auslösung
> einer Richtung dieselbe erst nach Abkühlung des PTC wieder angefahren
> werden kann.

Danke für den Hinweis. Daran hatte ich tatsächlich nicht gedacht. Es ist 
allerdings kein Beinbruch, es geht um die Klappe "die ganze Luft auf die 
Windschutzscheibe".

Grüße
Andreas
Gast #4971551
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Hier eine Schaltung mit einstellbarer Überstromabschaltung. Beim Drücken 
des Tasters 1 oder 2 geht das jeweilige Relais in Selbsthaltung, das 
andere Relais wird dabei verriegelt. Wenn der Motor die Endposition 
erreicht hat, fällt eine erhöhte Spannung am 4R7 Ohm Widerstand ab, T1 
schaltet und T2 sperrt und die Steuerspannung für die Relais wird 
abgeschaltet (Relais fällt in die Ruheposition zurück). Der 1000µF 
Kondensator lässt einen kurzzeitigen Motoranlaufstrom zu. Der 100µF 
Kondensator mit den 470 Ohm Widerständen wirkt als Tiefpass gegen 
Stromspitzen (Schmutz auf der Zahnstange). Mit dem 100 Ohm Trimmer wird 
der Auslösestrom eingestellt.
Gast #4971580
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Wem das zu aufwendig ist, der kann auch die elektronischen Bauelemente 
weglassen und einfach statt T1 einen Reedkontakt (Conrad Best.-Nr. 
506951) mit 25 Windungen Kupferlackdraht umwickeln (L1), Die Spule L1 
ersetzt jetzt den 4R7 Ohm Widerstand. Der Auslösestrom bei 25 Windungen 
beträgt 250mA. Je weniger Windungen, desto höher der Auslösestrom. Die 
Spule kann auch in die Plusleitung gelegt werden, das hätte den Vorteil, 
dass Spule und Reedkontakt einseitig verbunden werden können. Diese Idee 
ist weiter oben im Thread bereits von Axel Schwenke angesprochen worden. 
Vorteil der beiden Schaltungen: Es fließt nach erreichen der Endposition 
kein Strom mehr.
OP (Firma: (keine)) #4971718
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Hallo Ralf,

> Hier eine Schaltung mit einstellbarer Überstromabschaltung.

Danke für die Mühe. Leider kann ich sie so nicht benutzen, weil der 
Originalschalter des Oldtimers kein Taster ist. Ich habe ein Signal, 
dass auf zwei Drähten 12 Volt liefert, wobei die Polung von der 
Schalterstellung abhängt.

Grüße
Andreas
Gast #4971814
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War keine Mühe (hat sogar Spaß gemacht).
Du kannst die Taster durch Optokopplertransistoren ersetzen (Emitter 
zeigt zum Relais). Am Eingang kann jetzt die Polarität gewechselt 
werden.

Insgesamt ist die Schaltung dann doch wieder aufwendiger geworden. 
Deshalb ist Deine Lösung mit 25mA Polyfuse einfacher und reicht 
wahrscheinlich vollkommen aus.

Gruß
Angehängte Dateien:
OP (Firma: (keine)) #4985656
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Hallo,

die Teile sind inzwischen angekommen und ich konnte ein wenig probieren:

Die RXEF005 haben schon bei Raumtemperatur 25 Ohm. Beim ersten Test ohne 
Diode in Reihe läuft der Motor zwar an, hat aber zu wenig Kraft.

Die RXEF010 haben bei Raumtemperatur nur 3 Ohm, auch mit einer Diode in 
Reihe  hat der Motor ausreichend Kraft. Im blockierten Zustand fließen 
dann allerdings "nur" 200 mA, die nicht ausreichen, um die Sicherung 
auszulösen.

Einen Versuch war es wert.

Grüße
Andreas

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