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Die Erfindung betrifft ein Verfahren für eine Blockiererkennung eines Lüftermotors, insbesondere eines Lüftermotors für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Steuerschaltung für einen Lüftermotor.
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Lüftermotoren, z. B. für Kraftfahrzeuge, werden üblicherweise durch eine Steuereinheit angesteuert. Zum stufenlosen Ansteuern generiert die Steuereinheit dazu periodische pulsweitenmodulierte Ansteuersignale, mit denen ein Feldeffektleistungstransistor angesteuert wird. Der Feldeffektleistungstransistor ist in Serie mit einem an die Steuerschaltung anschließbaren Lüftermotor zwischen zwei Versorgungsspannungspotenzialen geschaltet. Die Steuereinheit variiert ein Tastverhältnis des Ansteuersignals, so dass der Lüftermotor stufenlos gesteuert wird. Das Tastverhältnis gibt bei einem Pulsweitenmodulationssignal den Anteil an, während dem sich der Signalpegel während einer Periode des Ansteuersignals in einem High-Zustand befindet. Der High-Zustand steuert dabei den Feldeffektleistungstransistor so an, dass dieser durchgeschaltet ist und nahezu (ca 98%) die gesamte Versorgungsspannung an dem Lüftermotor anliegt. Bei einem Low-Pegel des Pulsweitenmodulationssignals wird der Feldeffektleistungstransistor vollständig gesperrt, so dass die Versorgungsspannung an dem Lüftermotor abgeschaltet wird.
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Während des Betriebs des Lüftermotors kann es zu Fehlern kommen, die eine Blockierung oder Schwergängigkeit des Lüftermotors hervorrufen.
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Durch die pulsweitenmodulierte Ansteuerung des Lüftermotors liegt an dem Lüftermotor eine von dem Tastverhältnis abhängige mittlere Spannung an, die einen Stromfluss in dem Motor bewirkt. Der Lüftermotor weist eine Strom-Spannungskennlinie auf, die die Stromwerte in Abhängigkeit von den Spannungswerten am Lüftermotor angibt. Eine Blockierung oder eine Schwergängigkeit des Lüftermotors kann erkannt werden, wenn der Strom im Vergleich zur angelegten Spannung deutlich von der Strom-Spannungskennlinie abweicht.
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Die Stromspannungskennlinie ist je nach Lüftermotor individuell unterschiedlich. Zudem ist die Kennlinie von weiteren Faktoren, wie beispielsweise der Temperatur des Lüftermotors, der Temperatur der Luft, dem Luftdruck, den Lüfterfertigungstoleranzen, der Geschwindigkeit des Fahrzeugs, der Einbaulage und anderem abhängig. Aus diesem Grunde wird, um eine Blockierung oder Schwergängigkeit des Motors sicher feststellen zu können, eine hohe Toleranz bezüglich der Strom-/Spannungskennlinie vorgesehen, so dass erst nach Überschreiten der großen Toleranzgrenze eine Blockierung oder Schwergängigkeit des Lüftermotors festgestellt wird.
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Dies hat zur Folge, dass unter Umständen nicht jede Schwergängigkeit des Lüftermotors erkannt wird, wenn beispielsweise die Stromerhöhung durch die Schwergängigkeit nicht über den Toleranzbereich hinausgeht.
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Aus
DE 196 12 596 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung bekannt, bei der eine Blockierung eines Elektromotors mittels eines Vergleichs des durch eine Wicklung des Motors fließenden Stroms und der aktuellen Betriebsspannung mit Referenzwerten erkannt wird. Die Referenzwerte werden nicht individuell für den zu prüfenden Lüftermotor erfasst.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren für eine Blockiererkennung eines Lüftermotors vorzusehen, bei dem in zuverlässiger Weise eine Schwergängigkeit und eine Blockierung des Lüftermotors erkannt werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch das Verfahren nach Anspruch 1 sowie die Steuerschaltung nach Anspruch 4 gelöst.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren für eine Blockiererkennung eines Lüftermotors vorgesehen. Der Lüftermotor weist im Normalbetrieb eine Strom-/Spannungskennlinie auf. Es wird eine Information über die Strom-/Spannungskennlinie des Lüftermotors bestimmt und die Information gespeichert. Eine Blockierung oder eine Schwergängigkeit des Lüftermotors wird erkannt, wenn der Strom durch den Lüftermotor von der bestimmten Information der Strom-/Spannungskennlinie im Normalbetrieb des Lüftermotors um einen Toleranzbetrag abweicht.
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Dadurch, dass beim Einstellen der Blockiererkennung des Lüftermotors zunächst die Strom-/Spannungskennlinie des individuellen Lüftermotors bestimmt wird und diese Information gespeichert wird, ist es möglich, den Toleranzbereich um die Strom-/Spannungskennlinie erheblich zu verkleinern, so dass eine Schwergängigkeit bzw. eine Blockierung einfacher und zuverlässiger detektiert werden kann. Insbesondere ist es vorteilhaft, das Einstellen der Blockiererkennung im eingebauten Zustand des Lüftermotors vorzunehmen, so dass insbesondere Einflussfaktoren wie Ansaugwiderstand der Luft durch Lüftermotor, Einbaulage und Ähnliches sich in der Strom-/Spannungskennlinie widerspiegeln.
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Vorzugsweise werden als Information mindestens zwei Strom-/Spannungswerte gemessen und die Strom-/Spannungskennlinie durch Interpolation zwischen den zwei Strom-/Spannungswerten angenähert. So kann auf einfache Weise näherungsweise eine Strom-/Spannungskennlinie erfasst werden, indem lediglich zwei Stromwerte für zwei verschiedene Betriebsspannungen des Lüftermotors erfasst werden.
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Die Information über die Strom-/Spannungslinie kann auch im laufenden Betrieb des Lüftermotors bestimmt werden und die Information abhängig von den Betriebszuständen eines Gesamtsystems, in dem der Lüftermotor betrieben wird, gespeichert werden. Insbesondere bei der Verwendung eines Lüftermotors zum Kühlen eines Verbrennungsmotors ist die Strom-/Spannungskennlinie wesentlich von den Temperaturen des Lüftermotors und des Verbrennungsmotors sowie der angesaugten Luft, der Drehzahl des Verbrennungsmotors oder Ähnlichem abhängig. Im laufenden Betrieb wird somit die Strom-/Spannungskennlinie abhängig von diesen Faktoren gespeichert, wobei der Toleranzbetrag umso kleiner gewählt werden kann, je genauer die Strom-/Spannungskennlinien in Abhängigkeit zu den die Strom-/Spannungskennlinie beeinflussenden Faktoren ermittelt worden ist.
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Vorzugsweise wird ein Strom-/Spannungswert im laufenden Betrieb des Lüftermotors erneut gemessen und die Strom-/Spannungskennlinie durch den Strom-/Spannungswert jeweils aktualisiert, wenn der neu gemessene Strom-/Spannungswert von einem durch die Strom-/Spannungskennlinie bestimmten Strom-/Spannungswert um weniger als einen bestimmten Toleranzwert abweicht. Auf diese Weise kann die Strom-/Spannungskennlinie ständig aktualisiert werden und sich somit Betriebszuständen des Lüftermotors sowie den alterungsbedingten Veränderungen des Lüftermotors und des Gesamtsystems angepasst werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Steuerschaltung für einen Lüftermotor vorgesehen. Die Steuerschaltung weist eine Auswerteeinheit mit einer Messeinheit und einer Speichereinheit auf, um eine Strom-/Spannungskennlinie des Lüftermotors zu erfassen und in der Speichereinheit zu speichern. Die Messeinheit ermittelt während des Normalbetriebs einen Strom-/Spannungswert, wobei die Auswerteeinheit so vorgesehen ist, um eine Blockierung oder eine Schwergängigkeit des Lüftermotors zu erkennen, wenn der ermittelte Strom-/Spannungswert von einem durch die Strom-/Spannungskennlinie vorgegebenen Wert um mehr als einen Toleranzbetrag abweicht.
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Auf diese Weise wird eine Steuerschaltung geschaffen, die zur Inbetriebnahme des Lüftermotors eine Strom-/Spannungskennlinie des Lüftermotors im eingebauten Zustand erfassen kann. Da Lüftermotoren sowohl individuell voneinander abweichen als auch durch unterschiedliche Einbaulagen oder Einbau in unterschiedliche Motoren unterschiedliche Strom-/Spannungskennlinien aufweisen, ist es sinnvoll, die Strom-/Spannungskennlinie individuell zu ermitteln und eine Schwergängigkeit oder eine Blockierung des Lüftermotors anhand einer Abweichung des Strom-/Spannungswertes um einen Toleranzbetrag zu erkennen.
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Während bei bisherigen Lüftermotoren eine standardisierte Strom-/Spannungskennlinie eines durchschnittlichen Lüftermotors angenommen wurde, wobei der Toleranzbetrag so groß gewählt wurde, dass erst bei einer erheblichen Abweichung von der durchschnittlichen Strom-/Spannungskennlinie eine Schwergängigkeit oder eine Blockierung des Lüftermotors erkannt wird, ist es nun möglich, schon bei einer leichten Abweichung der Strom-/Spannungskennlinie, z. B. bei einer leichten Schwergängigkeit des Lüftermotors eine Fehlermeldung zu generieren. Aufgrund dieser Fehlermeldung kann dann die Ursache der Schwergängigkeit bzw. der Blockierung gefunden werden und somit weiterer Schaden von dem Lüftermotor bzw. von dem Gesamtsystem, in das der Lüftermotor eingebaut ist, abzuwenden.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Kalibriereinheit in der Speichereinheit die Strom-/Spannungskennlinie abhängig von Betriebsdaten des Gesamtsystems, in der der Lüftermotor angeordnet ist, speichert. Auf diese Weise kann bei der Überprüfung des Betriebszustandes des Lüftermotors auf eine Strom-/Spannungskennlinie zurückgegriffen werden, die der Strom-Spannungskennlinie im Normalbetrieb des Gesamtsystems entspricht.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Steuerschaltung gemäß einer ersten Ausführungsform; und
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2 ein Stromkennliniendiagramm für einen beispielhaften Lüftermotor.
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In 1 ist eine erfindungsgemäße Steuerschaltung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Die Steuerschaltung 1 dient der Ansteuerung des anschließbaren Lüftermotors 2 über die Schalteinrichtung 3. Die Schalteinrichtung 3 ist mit einem Lüftermotor und einer Drosselspule 4 in Serie geschaltet. Die Drosselspule 4 dient als Tiefpassfilter. Die Schalteinrichtung 3 ist vorzugsweise als ein Sense-Feldeffektransistor ausgebildet, an dessen Gate-Anschluss zur Steuerung des Lüftermotors 2 ein pulsweitenmoduliertes Ansteuersignal S angelegt ist. Das pulsweitenmodulierte Ansteuersignal S wird in der Ansteuerschaltung 1 von einer Pulsweitenmodulationsschaltung 5 generiert.
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Eine erste Versorgungsspannung VBAT ist mit einem ersten Anschluss der Drosselspule 4 und ein zweiter Anschluss der Drosselspule 4 mit einem ersten Anschluss des anschließbaren Lüftermotors 2 verbunden. Ein zweiter Anschluss des Lüftermotors 2 ist mit einem ersten Anschluss des Sense-Feldeffekttransistors 3 verbunden. Ein zweiter Anschluss des Sense-Feldeffekttransistors 3 ist mit einem zweiten Versorgungsspannungspotenzial VGND vorzugsweise mit einem Massepotenzial verbunden. Ein Stromausgang des Sense-Feldeffekttransistors 3 stellt einen Strom zur Verfügung, der proportional zu dem durch den Sense-Feldeffekttransistor 3 zwischen einem Drain-Anschluß und einem Source-Anschluß des Sense-Feldeffekttransistors 3 fließenden Motorstrom ist. Der Stromausgang ist mit einer Messschaltung 13 verbunden, um den proportional zum Motorstrom verlaufenden Messstrom als Messwert der Steuerschaltung zur Verfügung zu stellen.
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Das Ansteuersignal S wird von der Pulsweitenmodulationsschaltung 5 bereitgestellt, die sich in der Steuerschaltung 1 befindet. Die Pulsweitenmodulationsschaltung 5 generiert das Ansteuersignal S entsprechend einem über eine Datenschnittstelle 6 von einem Netzwerk, z. B. einem CAN-Netzwerk/LIN-Netzwerk bzw. über eine PWM-Schnittstelle empfangenen Vorgabewert.
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Das Ansteuersignal S ist pulsweitenmoduliert, d. h. es ist periodisch und weist eine Taktlänge auf, während der ein erster Pegel für eine bestimmte Zeit angenommen wird und für den Rest der Zeit der Taktlänge ein zweiter Pegel angenommen wird. Der erste Pegel ist vorzugsweise ein Pegel, mit dem die Schalteinrichtung 3 durchgeschaltet werden kann, vorzugsweise ein High-Pegel. Der zweite Pegel sperrt die Schalteinrichtung 3 und ist vorzugsweise ein Low-Pegel.
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Das Verhältnis zwischen der Länge des ersten Pegels zur gesamten Taktlänge ist als das Tastverhältnis TV definiert. Durch die freie Wahl des Tastverhältnisses TV lässt sich der Lüftermotor 2 nahezu stufenlos ansteuern.
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Damit beim Ausschalten der Schalteinrichtung 3 keine Spannungsspitzen durch den Lüftermotor 2 in den Anschlussleitungen induziert werden, ist eine Freilaufdiode 7 vorgesehen, die eine auftretende Spannungsspitze an dem zweiten Anschluss des Lüftermotors 2 an den ersten Anschluss des Lüftermotors 2 ableitet.
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Um Leitungsstörungen aufgrund des schaltenden Sense-Feldeffekttransistors 3 auf Versorgungsspannungsleitungen zu reduzieren, ist die Drosselspule 4 und ein Entstörelektrolytkondensator 8 vorgesehen. Der Entstörelektrolytkondensator 8 ist mit einem ersten Anschluss mit dem ersten Anschluss des Lüftermotors 2 und mit einem zweiten Anschluss mit dem zweiten Versorgungsspannungspotenzial VGND, d. h. vorzugsweise dem Massepotenzial, verbunden. Die Drosselspule 4 und der Elektrolytkondensator 8 bilden einen Tiefpassfilter.
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Die Steuerschaltung 1 dient einerseits dazu, den Lüftermotor 2 gemäß einem Vorgabewert anzusteuern und andererseits den Betriebszustand des Lüftermotors zu überprüfen. Dazu ist der zweite Anschluss des Lüftermotors 2 mit einer in der Steuerschaltung 1 befindlichen Tiefpassfilterschaltung 9 verbunden. Die Tiefpassfilterschaltung 9 glättet zum einen das an dem zweiten Anschluss des Lüftermotors 2 anliegende Spannungssignal und transformiert es mit Hilfe eines Spannungsteilers in einen Spannungsbereich, der in den Messbereich von einer mit der Filterschaltung 9 verbundenen Messschaltung 10 liegt. Die Tiefpassfilterschaltung 9 empfängt einen von dem Messwandler 13 umgewandelten Stromwert, der im Wesentlichen proportional zum Motorstrom ist. Die Tiefpassfilterschaltung 9 führt ebenfalls eine Tiefpassfilterung auf dem von dem Motorstrom abhängigen Strommesswert durch.
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Die Tiefpassfilterschaltung 9 ist mit einer Messschaltung 10 verbunden, die den gefilterten Spannungswert und den von dem Motorstrom abhängigen gefilterten Stromwert empfängt und misst. Der Spannungswert und der Stromwert werden einer Auswerteeinheit 11 zur Verfügung gestellt.
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Die in der Messschaltung 10 gemessene Spannung ist im Wesentlichen proportional zu dem Tastverhältnis TV des Ansteuersignals S und hängt von der an dem Lüftermotor 2 angelegten Versorgungsspannung VBAT – VGND ab. Die Messschaltung 10 weist vorzugsweise einen AD-Wandler auf, der die gemessene Spannung digitalisiert. Der digitalisierte Spannungswert und der digitalisierte Stromwert werden an die Auswerteschaltung 11 weitergegeben, die während des Normalbetriebs überprüft, ob der Lüftermotor 2 ordnungsgemäß betrieben wird, oder ob ein Fehler vorliegt. Der Betriebszustand, der durch die Auswerteschaltung 11 ermittelt wurde, kann über die Datenschnittstelle 6 an einen Datenbus ausgegeben werden.
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Die Auswerteschaltung 11 weist einen Initialisierungseingang auf, an den ein Initalisierungssignal INIT angelegt werden. Gemäß dem Initialisierungssignal INIT wird die Strom-/Spannungskennlinie des Lüftermotors 2 vermessen und in einer Speichereinheit 12 gespeichert. Die Strom-/Spannungskennlinie kann anhand von wenigen Strom-/Spannungswerten, d. h. zum gleichen Zeitpunkt gemessenen Stromwerten und Spannungswerten, die an dem Lüftermotor 2 anliegen, bestimmt werden. Anhand von zwei Strom-/Spannungswerten kann beispielsweise eine Stromkennlinie interpoliert werden, wobei die Genauigkeit der Strom-/Spannungskennlinie erhöht werden kann, je mehr Strom-/Spannungswerte vermessen werden. Um verschiedene Strom-/Spannungswerte zu messen, ist es möglich, dass die Auswerteeinheit der Pulsweitenmodulationseinheit 5 Ansteuersignale S vorgibt, die während des Initialisierungsvorganges verschiedene Ansteuerstufen des Lüftermotors 2 vorgibt. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass mehr als zwei oder für jedes mögliche Tastverhältnis Strom-/Spannungswerte in die Speichereinheit 12 gespeichert werden.
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Die Auswerteeinheit 11 kann dann während des laufenden Betriebs des Lüftermotors 2 die erfassten Strom-/Spannungswerte mit den jeweils gespeicherten Strom-/Spannungswerten gemäß der Strom-/Spannungskennlinie des Lüftermotors 2 vergleichen und einen Fehler feststellen, sobald der gemessene Strom-/Spannungswert von dem durch die Strom-/Spannungskennlinie vorgegebenen Strom-/Spannungswert um mehr als einen bestimmten Toleranzbetrag abweicht. Der bestimmte Toleranzbetrag kann vergleichsweise klein gewählt werden, z. B. im Bereich von wenigen Prozent des Motorstroms wie 0–10%. Insbesondere bei einer Abweichung des Motorstroms über den Toleranzbetrag hinaus wird eine Schwergängigkeit bzw. eine Blockierung des Lüftermotors 2 festgestellt. Ein solcher Betriebszustand kann dann über die Datenschnittstelle 6 anderen Systemkomponenten mitgeteilt werden.
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Das Erfassen der Strom-/Spannungskennlinie des Lüftermotors 2 in der Speichereinheit 12 hat den Vorteil, dass die Strom-/Spannungskennlinie unabhängig von dem Tastverhältnis erfasst wird und lediglich die Betriebsparameter des Lüftermotors 2 bzw. die Betriebsparameter des in das Gesamtsystem eingebauten Lüftermotors 2 angibt. Dies ist insbesondere deshalb vorteilhaft, da ein bestimmtes Tastverhältnis Tv bei verschiedenen Lüftermotoren bzw. bei verschiedenen Gesamtsystemen zu unterschiedlichen Strom-/Spannungswerten führen kann.
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Da sich die Betriebsbedingungen des Gesamtsystems im Verlauf des Betriebes ändern können, z. B. die Temperatur beim Betreiben des Lüftermotors 2 an einem Verbrennungsmotor sowie Luftdruck, Temperatur der angesaugten Luft usw. kann sich die Strom-/Spannungskennlinie abhängig von den Betriebsbedingungen ändern. Diesbezüglich kann vorgesehen sein, dass während der Initialisierungsphase in der Speichereinheit 12 die Strom-/Spannungskennlinien für mehrere Betriebsbedingungen abgespeichert werden, wobei beim Vergleichen des jeweils gemessenen Strom-/Spannungswert mit den in der Speichereinheit 12 gespeicherten Strom-/Spannungswerten die entsprechende Strom-/Spannungslinie gemäß den Betriebsparametern des Gesamtsystems gewählt wird.
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Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass die in der Speichereinheit 12 gespeicherte Strom-/Spannungskennlinie regelmäßig aktualisiert wird, wenn der während des Betriebs ermittelte Strom-/Spannungswert in einem vorbestimmten Toleranzfenster um einen durch die bisherige Strom-/Spannungskennlinie vorgegebenen Strom-/Spannungswert liegt. D. h., bei Alterung oder aus sonstigen Gründen sich verändernder Strom-/Spannungskennlinie kann ein veränderter Strom-/Spannungswert in der Speichereinheit gespeichert werden und somit eine Nachjustierung der bisher gespeicherten Strom-/Spannungskennlinien erfolgen.
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Die Nachjustierung hat den Vorteil, dass nicht eine Schwergängigkeit oder Blockierung des Lüftermotors 2 erkannt wird, wenn die Strom-/Spannungskennlinie im Laufe der Zeit immer weiter von der ursprünglichen Strom-/Spannungskennlinie des Lüftermotors bzw. des Gesamtsystems abweicht und irgendwann der Toleranzbetrag überschritten wird. Dies würde in fehlerhafter Weise zu einem Erkennen einer Blockierung oder Schwergängigkeit führen, obwohl sich lediglich die Strom-/Spannungskennlinie im Laufe der Zeit aus vielfältigen Gründen geändert hat, ohne dass sich daraus Probleme beim Betrieb des Lüftermotors 2 ergeben. Das Toleranzfenster, in dem ein Strom-/Spannungswert liegen muss, um zu einer Aktualisierung der Strom-/Spannungskennlinie zu führen, kann entsprechend dem Toleranzbetrag eingestellt sein, kann aber auch kleiner sein, so dass eine Änderung des Spannungswertes, die außerhalb des Toleranzfensters liegt, aber nicht um mehr als den Toleranzbetrag von der Strom-/Spannungskennlinie abweicht, nicht zu einer Aktualisierung der gespeicherten Strom-/Spannungskennlinie führt.
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Die Faktoren, die die Strom-/Spannungskennlinie eines Lüftermotors beeinflussen, sind zum einen abhängig von dem Lüftermotor selbst, dessen Temperatur, der Temperatur der angesaugten Luft, dem Luftdruck, den Lüfterfertigungstoleranzen und Ähnlichem. Die Strom-/Spannungskennlinie ist jedoch auch von Systembedingungen, wie beispielsweise der Geschwindigkeit des Fahrzeugs, der Einbaulage des Lüfters, der Variante des Verbrennungsmotors und Ähnlichem abhängig. Diese Faktoren bewirken eine sehr individuelle Strom-/Spannungskennlinie für jeden Lüftermotor, selbst bei baugleichen Lüftermotoren. Die Auswerteeinheit 12 kann über die Datenschnittstelle 6 relevante Fahrzeugdaten zum Zeitpunkt der Messung der Strom-/Spannungswerte empfangen, so dass eine laufende Nachkalibrierung der Strom-/Spannungskennlinie erfolgen kann.
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Eine Blockierung oder Schwergängigkeit des Lüftermotors 2 kann hervorgerufen werden durch Ereignisse wie beispielsweise Lagerdefekt, Wasserdurchfahrt, Lüfter- oder Zargenbruch oder Ähnliches. Eine Blockierung des Lüfters führt immer zu einer relativ schnellen Änderung des gemessenen Stromwertes, die relativ zum Referenzwert, der in der Speichereinheit 12 gespeichert ist, bewertet wird und zur Abschaltung führen wird. Auf diese Weise können Fertigungstoleranzen, Messtoleranzen und die Toleranzen aufgrund der Umgebungsbedingungen des Gesamtsystems weitgehend minimiert werden, so dass auch schon leichte Schwergängigkeiten des Lüftermotors 2 zuverlässig detektiert werden können und es nicht notwendig ist, eine allzu große Toleranzschwelle für Lüftermotoren vorzusehen, die unter Umständen zu einer Nicht-Erkennung einer Schwergängigkeit oder einer Blockierung des Lüftermotors 2 führen können.