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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Freigabe
und/oder Sperrung der Versorgung eines Elektromotors mit elektrischer
Energie nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Beim
Einsatz eines Elektromotors als Antriebsmittel bzw. als Stellglied
liegt häufig
ein Szenario zugrunde, bei welchem zumindest eine der beiden Drehrichtungen
des Elektromotors sicherheitsrelevanten Charakter aufweist und demnach
bezüglich ihrer
Ansteuerung besonderer Vorsicht und gegebenenfalls zusätzlicher
Absicherung bedarf. So sind beispielsweise aus der Automobiltechnik
elektrische Lenkungsverriegelungen bekannt, bei denen ein Elektromotor
zum Verschließen
bzw. Öffnen
der Verriegelung eines Lenkradschlosses eingesetzt wird. Dabei ist
diejenige Drehrichtung des Elektromotors, welche das Schließen der
Verriegelung bewirkt, besonders sicherheitsrelevant, da beispielsweise
ein ungewolltes Verriegeln der Lenkung im Fahrbetrieb zu schweren
Unfällen
führen
kann, wohingegen ein unbeabsichtigtes Öffnen des Lenkradschlosses
in der Regel weniger schwerwiegende Folgen nach sich zieht und daher
weniger sicherheitsrelevanten Charakter besitzt. Aus diesem Grunde
wurde bei aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen und Verfahren
Maßnahmen
zur zusätzlichen
Absicherung getroffen, die ein ungewolltes Betätigen des Elektromotors generell
unterbinden, sofern sicherheitsrelevante Anwendungsfälle betroffen
sind. So ist es zum Beispiel bekannt, die elektrische Energieversorgung als
Ganzes, beispielsweise die Batteriespannung selbst, zur Ansteuerung
des Elektromotors unabhängig
von dessen Drehrichtung mittels eines Steuergeräts prinzipiell nur dann anzuschalten,
wenn der Betrieb des Elektromotors sicherheitstechnisch insgesamt
unkritisch ist, wohingegen der Betrieb des Elektromotors beim Vorliegen
eines sicherheitskritischen Zustandes, beispielsweise während des
Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs, durch vollständige Abschaltung der Batteriespannung
grundsätzlich
unterbunden wird. Ein solches Vorgehen erfordert jedoch zusätzlich zur
eigentlichen Steuerung des Elektromotors eine relativ aufwändige Sicherheitsschaltung
zur grundsätzlichen
Freigabe der Batteriespannung. Diese Sicherheitsschaltung ist zudem
unabhängig
von der eigentlichen Schaltung zur Steuerung der Drehrichtung des
Elektromotors. Um daher mögliche
Fehler in der Steuerung des Elektromotors, beispielsweise einen
Kurzschluss aufgrund des Durchlegierens eines der in der Steuerungsschaltung
verwendeten Halbleiter, erkennen zu können, sind außerdem zusätzliche
Diagnoseeinrichtungen notwendig, wodurch der konstruktive Aufwand
für die
Erstellung einer zusätzlich
abgesicherten Elektromotorsteuerung weiter erhöht wird.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte
Vorrichtung zur Freigabe und/oder Sperrung der Versorgung eines
Elektromotors mit elektrischer Energie zu schaffen.
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Die
Lösung
des technischen Problems ergibt sich erfindungsgemäß aus den
Gegenständen
der Ansprüche
1 und 8. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben
sich aus den Unteransprüchen.
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Der
Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, dass durch die Anordnung
einer zusätzlichen Absicherungsinstanz
zur Sperrung einer sicherheitsrelevanten Drehrichtung eines Elektromotors
in einem zugehörigen
Versorgungspfad ein selektives Abschalten dieses Versorgungspfades
in einfacher Weise möglich
ist, ohne die Spannungsquelle selbst ausschalten zu müssen. Dies
wird erfindungsgemäß gelöst, indem
eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Freigabe und/oder Sperrung
der Versorgung eines Elektromotors mit elektrischer Energie vorgeschlagen
wird, wobei zur Steuerung der Drehrichtung des Elektromotors mindestens
zwei elektrische Versorgungspfade unterschiedlicher Stromrichtung
mit elektrischer Spannung beaufschlagbar sind, die in Abhängigkeit
der beabsichtigten Drehrichtung des Elektromotors jeweils durch
Betätigung
mindestens eines Versorgungsschaltmittels spannungsfrei schaltbar
sind, und in mindestens einem der elektrischen Versorgungspfade,
welcher eine sicherheitsrelevante Drehrichtung des Elektromotors
steuert, mindestens ein unabhängig
von den Versorgungsschaltmitteln schaltbares weiteres Schaltmittel
zur Sperrung der Spannungsversorgung lediglich dieses Versorgungspfades
vorgesehen ist. Auf diese Weise ergibt sich für sicherheitsrelevante Anwendungen
ein zusätzlicher
Sicherheitsgewinn hinsichtlich der Steuerung des Elektromotors in
mindestens einer zusätzlich
abzusichernden Drehrichtung, was bedeutet, dass zumindest eine sicherheitskritische
Drehrichtung des Motors durch ein weiteres Schaltmittel als zusätzliche
Absicherung zu einer ohnehin vorhandenen konventionellen Drehrichtungssteuerung
sperrbar ist. Die konventionelle Drehrichtungssteuerung erfolgt
dabei in bekannter Weise mittels diverser Versorgungsschaltmittel,
die in den betreffenden Versorgungspfaden des Elektromotors angeordnet
sind. Da es sich bei dem Elektromotor vorzugsweise und in der Regel
um einen Gleichstrommotor handelt, lassen sich die beiden möglichen
Drehrichtungen jeweils durch Beaufschlagung des Elektromotors mit Gleichstrom
unterschiedlicher, d.h. aus Sicht des Elektromotors entgegengesetzter
Stromrichtung ansteuern. Dabei ist sowohl vorstellbar, dass der
Elektromotor über
einen gemeinsamen Eingang für
beide Versorgungspfade ansteuerbar ist, als auch, dass er über zwei
getrennte Steuerungseingänge
verfügt. Bei
den Versorgungsschaltmitteln sowie dem weiteren Schaltmittel handelt
es sich in der Regel um konventionelle elektronische Bauteile, beispielsweise herkömmliche
Schalter, Unterbrecher, Relais, Transistoren oder dergleichen. Mit
Hilfe des weiteren Schaltmittels kann dann der sicherheitsrelevante Versorgungs-pfad
des Elektromotors unabhängig von
der Schaltstellung der Versorgungsschaltmittel gesperrt werden,
solange ein Betätigen
des Elektromotors in der korrespondierenden Drehrichtung unerwünscht oder
sogar unter allen Umständen
zu vermeiden ist. Durch die erfindungsgemäße Anordnung des weiteren Schaltmittels
fassen sich zudem Fehler in den Versor-gungsschaltmitteln, beispielsweise
ein Kurzschluss aufgrund eines fehlerhaften Schalters, besonders
leicht anhand von Strömen
im Bereich des weiteren Schaltmittels diagnostizieren. Ist ein Versorgungspfad
nämlich
nicht vom weiteren Schaltmittel gesperrt, so darf im Bereich des
weiteren Schaltmittels nur dann ein Strom messbar sein, wenn der
betreffende Versorgungspfad auch von den zugehörigen Versorgungsschaltmitteln
freigegeben wurde. Andernfalls kann auf das Vorliegen eines Problems
in diesem Versorgungspfad, beispielsweise das Vorhandensein eines
Kurzschlusses, geschlossen werden.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
sind die elektrischen Versorgungspfade als H-Brückenschaltung ausgebildet und
weisen einen gemeinsamen Teilabschnitt auf, in welchem der Elektromotor angeordnet
ist. Mit Hilfe einer H-Brückenschaltung
ist es in besonders einfacher Weise möglich, Drehzahl und -richtung
eines Gleichstrommotors zu steuern. Eine herkömmliche H-Brückenschaltung
weist in der Regel zwei parallele, vorzugsweise jeweils mit einer Spannungsquelle
und einer Masse verbundene Leitungszweige auf, welche miteinander
durch eine Brücke
verbunden sind und somit einem stilisierten H ähneln. Die Brücke, durch
die die beiden parallele Zweige des stilisierten H's miteinander verbunden
sind, stellt den gemeinsamen Teilabschnitt der zwei elektrischen
Versorgungspfade dar, in welchem der Elektromotor angeordnet ist. Üblicherweise
sind in jedem der beiden parallelen Zweige jeweils zwei Versorgungsschaltmittel
angeordnet, von denen jeweils eines in Stromrichtung vor und in
Stromrichtung nach dem Elektromotor angeordnet und jeweils einem
der beiden Versorgungspfade zugeordnet ist.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das weitere
Schaltmittel in der H-Brückenschaltung
in einem Abschnitt desjenigen Versorgungspfades angeordnet, welcher
die sicherheitsrelevante Drehrichtung des Elektromotors steuert,
wobei der Abschnitt nicht zu dem gemeinsamen Teilabschnitt der Versorgungspfade
gehört.
Dies bietet den Vorteil, dass lediglich der sicherheitsrelevante
Versorgungspfad vom weiteren Schaltmittel kontrolliert und gegebenenfalls
gesperrt wird, während
der andere Versorgungspfad, dessen korrespondierende Drehrichtung
keine sicherheitsrelevanten Auswirkungen besitzt, vom weiteren Schaltmittel
unbeeinflusst bleibt. Somit lässt
sich der Schaltvorgang zur Sperrung bzw. Freigabe des sicherheitsrelevanten
Versorgungspfades in einfacher Weise steuern und koordinieren, ohne
dass der nicht sicherheitsrelevante Versorgungspfad berücksichtigt
werden muss.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das weitere
Schaltmittel in der H-Brückenschaltung
in dem gemeinsamen Teilabschnitt der Versorgungspfade angeordnet.
In diesem Falle kann das weitere Schaltmittel auf beide Versorgungspfade des
Elektromotors sperrend einwirken und muss – sofern keine parallel geschaltete
Freilaufdiode eingesetzt wird – dementsprechend
koordiniert und gesteuert werden. Das heißt, es besteht dann das Erfordernis,
das weitere Schaltmittel für
beide möglichen Versorgungspfade
aktiv zu steuern, d. h. entweder zu sperren oder freizugeben. So
ist beispielsweise dann beim Ansteuern eines nicht sicherheitsrelevanten Versorgungspfades
die Spannungsversorgung bevorzugt nicht durch das weitere Schaltmittel
aktiv zu kontrollieren und somit gegebenenfalls auch nicht zu unterbinden,
sondern lediglich im Falle des Vorliegens eines sicherheitsrelevanten
Versorgungspfades bei sicherheitskritischen Anwendungsfällen. Dafür ist jedoch
in der Regel ein erhöhter
Koordinationsaufwand, beispielsweise in Gestalt der Programmierung eines
zugeordneten Steuergeräts,
erforderlich, um das weitere Schaltmittel in beiden Richtungen korrekt zu
schalten. Diese Anordnung kann jedoch Vorteile bieten, wenn der
Elektromotor zum Beispiel für
unterschiedliche Anwendungen eingesetzt wird, bei denen die Sicherheitsrelevanz
der Versorgungspfade (bzw. der mit diesen korrespondierenden Drehrichtungen des
Elektromotors) in Abhängigkeit
der Anwendung variiert oder wechselt. Auch kann es hinsichtlich
des Einbaus des weiteren Schaltmittels vorteilhaft sein, dieses
in dem gemeinsamen Teilabschnitt der H-Brückenschaltung, d.h. schaltungstechnisch
in der Nähe des
Elektromotors, anzuordnen, da die in den parallelen Zweigen der
H-Brückenschaltung
positionierten Versorgungsschaltmittel häufig in vorgefertigten Endstufen
verbaut sind und der Einbau eines weiteren Schaltmittels dort mit
größeren Schwierigkeiten
bzw. weitaus höherem
Aufwand verbunden wäre.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist zur Freigabe
einer der beiden Drehrichtungen des Elektromotors eine parallel
zum weiteren Schaltmittel geschaltete Diode vorgesehen, deren Durchlassrichtung
der Stromrichtung desjenigen Versorgungspfades entspricht, welcher
zum Betrieb des Elektromotors in einer stets freizugebenden Drehrichtung
dient. Die Diode dient dabei als Freilaufdiode für die „ungefährliche", d. h. nicht sicherheitsrelevante der
beiden Drehrichtungen des Elektromotors, welche somit durch das
weitere Schaltmittel nicht mehr beeinflusst, d. h. gesperrt werden
kann. Das weitere Schaltmittel wirkt durch das Vorhandensein der
parallel geschalteten Diode somit nur noch auf denjenigen Versorgungspfad,
welcher die sicherheitsrelevante Drehrichtung des Elektromotors
steuert, während
das Verfahren des Motors in die nicht sicherheitsrelevante Drehrichtung
mit Hilfe der Freilaufdiode unabhängig vom Zustand des weiteren Schaltmittels
möglich
ist. Auf diese Weise wird der notwendige Koordinationsaufwand zur
Steuerung des weiteren Schaltmittels erheblich reduziert und die
betreffende Steuerungsschaltung vereinfacht.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die Versorgungsschaltmittel
und/oder das weitere Schaltmittel als Halbleiterschalter ausgebildet.
Dabei kann es sich beispielsweise um handelsübliche Transistoren handeln,
welche sich einfach und präzise
steuerungstechnisch koordinieren lassen und einen kostengünstigen
sowie Platz sparenden Einbau ermöglichen.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der mindestens
eine Halbleiterschalter als bipolarer und/oder Feldeffekt-Transistor
ausgebildet. Bipolare Transistoren bieten beispielsweise gegenüber Feldeffekt-Transistoren
Geschwindigkeitsvorteile hinsichtlich ihrer Schaltfrequenz, während Feldeffekt-Transistoren
(FET) bei niedrigen Frequenzen den Vorteil einer praktisch leistungslosen
Ansteuerung bieten und sich wesentlich verlustärmer und damit auch kühler betreiben
lassen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
näher erläutert. In
den zugehörigen
Zeichnungen zeigen
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1 ein
Prinzipschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Freigabe
und/oder Sperrung der Versorgung eines Elektromotors mit elektrischer
Energie,
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2 ein
Prinzipschaltbild einer alternativen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Freigabe und/oder Sperrung der Versorgung eines Elektromotors
mit elektrischer Energie und
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3 ein
Prinzipschaltbild einer weiteren alternativen Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Freigabe und/oder Sperrung der Versorgung eines Elektromotors
mit elektrischer Energie.
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1 zeigt
schematisch ein Prinzipschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Freigabe und/oder Sperrung der Versorgung eines Elektromotors
mit elektrischer Energie. Dabei ist ein als Gleichstrommotor ausgebildeter
Elektromotor 15 vorgesehen, der beispielsweise eine elektrische
Lenkungsverriegelung eines Kraftfahrzeugs betreibt. Die beiden möglichen
Drehrichtungen des Elektromotors 15 lassen sich jeweils
durch Beaufschlagung des Elektromotors 15 mit Gleichstrom
unterschiedlicher, d.h. aus Sicht des Elektromotors 15 entgegengesetzter Stromrichtung
ansteuern. Der Elektromotor 15 ist hierfür durch
zwei elektrische Versorgungspfade unterschiedlicher Stromrichtung über einen
gemeinsamen Eingang ansteuerbar, d.h. mit elektrischer Energie speisbar,
wobei die Versorgungspfade je nach gewünschter Drehrichtung des Elektromotors 15 mit elektrischer
Spannung UB von einer Spannungsquelle 10 beaufschlagbar
sind. Der Elektromotor 15 ist dabei in einer als solcher
bereits aus dem Stand der Technik bekannten H-Brückenschaltung 1a angeordnet.
Dazu sind die elektrischen Versorgungspfade des Elektromotors 15 so
miteinander verschaltet, dass sie eine so genannte „H-Brücke", d.h. einen gemeinsamen
Teilabschnitt 3 aufweisen, in welchem der Elektromotor 15 angeordnet
ist. Die H-Brückenschaltung 1a weist
dabei zwei parallele, jeweils mit einer Spannungsquelle 10 und
einer Masse 12 verbundene Leitungszweige 4a, 4c bzw. 4b, 4d auf,
welche miteinander durch die „Brücke", d.h. den gemeinsamen
Teilabschnitt 3 der zwei elektrischen Versorgungspfade,
verbunden sind und somit insgesamt einem stilisierten H ähneln. In
jedem der beiden parallelen Leitungszweige 4a, 4c bzw. 4b, 4d sind
jeweils zwei als bipolare Transistoren ausgebildete Versorgungsschaltmittel 2a, 2c bzw. 2b, 2d angeordnet,
von denen jeweils eines in Stromrichtung vor und in Stromrichtung
nach dem Elektromotor 15 angeordnet und jeweils einem der
beiden Versorgungspfade zugeordnet ist. Die konventionelle Drehrichtungssteuerung
des Elektromotors 15 erfolgt dabei in bekannter Weise mittels
der miteinander korrespondierenden Versorgungsschaltmittel 2a, 2d bzw. 2b, 2c,
die in den betreffenden Versorgungspfaden des Elektromotors 15 angeordnet
sind. Die „Verschlussrichtung" des Elektromotors 15,
d.h. diejenige Drehrichtung, die die elektrische Lenkradverriegelung
schließend betätigt, wird
dabei durch einen Versorgungspfad angesteuert, der durch die Leitungszweige 4b, 3, 4c gebildet
wird. Die „Öffnungsrichtung" des Elektromotors 15,
d.h. diejenige Drehrichtung, die die elektrische Lenkradverriegelung öffnend betätigt, wird
dabei durch einen Versorgungspfad angesteuert, der durch die Leitungszweige 4a, 3, 4d gebildet
wird. Die Versorgungspfade sind hierzu in Abhängigkeit der beabsichtigten
Drehrichtung des Elektromotors 15 jeweils durch Betätigung der
beiden jeweils miteinander korrespondierenden Versorgungsschaltmittel 2a, 2c bzw. 2b, 2d spannungsfrei
schaltbar, beispielsweise mit Hilfe eines hierfür geeigneten Steuergeräts (nicht dargestellt).
Damit der Elektromotor 15 sich in der Verschlussrichtung
drehen kann, müssen
zumindest die Versorgungsschaltmittel 2b und 2c geschlossen bzw.
durchgeschaltet sein, während
die Versorgungsschaltmittel 2a und 2d geöffnet, beziehungsweise
im Sperrzustand geschaltet sein müssen. Damit der Elektromotor 15 sich
in der Öffnungsrichtung drehen
kann, müssen
zumindest die Versorgungsschaltmittel 2a und 2d geschlossen
bzw. durchgeschaltet sein, während
die Versorgungsschaltmittel 2b und 2c geöffnet, beziehungsweise
im Sperrzustand geschaltet sein müssen. Dabei ist das Verfahren
des Elektromotors 15 in Verschlussrichtung der Lenkungsverriegelung
besonders sicherheitsrelevant, da ein ungewolltes Verriegeln beispielsweise
im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs zu schwerwiegenden Unfällen führen kann.
Zur zusätzlichen
Absicherung des betreffenden Versorgungspfades, der die sicherheitsrelevante
Drehrichtung des Elektromotors 15 steuert und durch die
Leitungszweige 4b, 3, 4c gebildet wird,
ist ist der H-Brückenschaltung 1a in
dem gemeinsamen Teilabschnitt 3 der elektrischen Versorgungspfade
ein unabhängig
von den Versorgungsschaltmitteln 2a, 2b, 2c, 2d schaltbares,
ebenfalls als bipolarer Transistor ausgebildetes weiteres Schaltmittel 5a zur
Sperrung der Spannungsversorgung lediglich des betreffenden sicherheitsrelevanten
Versorgungspfades vorgesehen. Das weitere Schaltmittel 5a ist
ebenfalls vorzugsweise mit Hilfe eines hierfür geeigneten Steuergeräts (nicht
dargestellt) schaltbar. Zur Gewährleistung,
dass lediglich der sicherheitsrelevante Versorgungspfad durch das
weitere Schaltmittel 5a kontrollierbar ist, ist zur Freigabe
der nicht sicherheitsrelevanten Drehrichtung des Elektromotors 15 eine
parallel zum weiteren Schaltmittel 5a geschaltete Diode 6 vorgesehen,
deren Durchlassrichtung der Stromrichtung desjenigen Versorgungspfades
entspricht, welcher zum Betrieb des Elektromotors 15 in
der stets freizugebenden „Öffnungs"-Drehrichtung dient
und durch die Leitungszweige 4a, 3, 4d gebildet
wird. Die Diode 6 dient also dabei als Freilaufdiode für die „ungefährliche", d. h. nicht sicherheitsrelevante
der beiden Drehrichtungen des Elektromotors 15, welche
somit durch das weitere Schaltmittel 5a nicht mehr beeinflusst,
d. h. insbesondere nicht gesperrt werden kann. Mit Hilfe dieses weiteren
Schaltmittels 5a kann dann der sicherheitsrelevante Versorgungspfad
des Elektromotors 15 unabhängig von der Schaltstellung
der Versorgungsschaltmittel 2a, 2b, 2c, 2d gesperrt
werden, solange ein Betätigen
des Elektromotors 15 in der korrespondierenden Drehrichtung
unerwünscht
ist, zum Beispiel weil ein sicherheitskritischer Zustand (Fahrbetrieb
des Fahrzeugs oder dergleichen) vorliegt. Somit ist durch die Anordnung
einer zusätzlichen
Instanz – nämlich des
weiteren Schaltmittels 5a – zur Sperrung der sicherheitsrelevanten
Drehrichtung des Elektromotors 15 in dem zugehörigen Versorgungspfad
ein selektives Abschalten dieses Versorgungspfades in einfacher
Weise möglich,
ohne die Spannungsquelle 10 selbst ausschalten zu müssen.
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2 zeigt
schematisch ein Prinzipschaltbild einer alternativen Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Freigabe und/oder Sperrung der Versorgung eines Elektromotors
mit elektrischer Energie. Der Aufbau ist dabei dem in 1 gezeigten
prinzipiellen Aufbau weitestgehend vergleichbar, weswegen gleiche
Bezugszeichen auch gleiche oder gleich wirkende Komponenten bezeichnen.
Zwar ist in der in 2 gezeigten Vorrichtung in dem
gemeinsamen Teilabschnitt 3 der elektrischen Versorgungspfade
in der H-Brückenschaltung 1b ein
unabhängig
von den Versorgungsschaltmitteln 2a, 2b, 2c, 2d schaltbares,
als Relais ausgebildetes weiteres Schaltmittel 5b zur Sperrung
der Spannungsversorgung eines sicherheitsrelevanten Versorgungspfades
vorgesehen, welches vorzugsweise mit Hilfe eines hierfür geeigneten
Steuergeräts
(nicht dargestellt) schaltbar ist. Jedoch ist im Unterschied zu
der in 1 gezeigten Vorrichtung hier keine parallel zum
weiteren Schaltmittel 5b geschaltete Diode vorgesehen.
Mit Hilfe dieses weiteren Schaltmittels 5b können daher – zumindest
theoretisch, jedoch praktisch nicht zwingend notwendig – beide
Versorgungspfade des Elektromotors 15 unabhängig von der
Schaltstellung der Versorgungsschaltmittel 2a, 2b, 2c, 2d gesperrt
werden, was dazu führt,
dass beide Drehrichtungen des Elektromotors 15 durch das weitere
Schaltmittel 5b beeinflusst, d. h. gesperrt werden können. Dementsprechend
muss der Schaltzustand des weiteren Schaltmittels 5b dann
gemäß der Spezifikation
der Drehrichtungen des Elektromotors 15 und deren konkreter
Anwendungen koordiniert und gesteuert werden. Das heißt, es besteht
das Erfordernis, das weitere Schaltmittel 5b für beide möglichen
Versorgungspfade, nämlich
sowohl den von den Leitungszweigen 4a, 3, 4d als
auch den von den Leitungszweigen 4b, 3, 4c gebildeten
Versorgungspfad, aktiv zu steuern, d. h. entweder zu sperren oder
freizugeben. Vorzugsweise ist dabei beim Vorliegen eines nicht sicherheitsrelevanten
Versorgungspfades dessen Spannungsversorgung nicht durch das weitere
Schaltmittel 5b aktiv zu unterbinden, sondern eine aktive
Kontrolle – und
gegebenenfalls Sperrung – durch
das Schaltmittel 5b erfolgt dann lediglich im Falle des
Vorliegens mindestens eines sicherheitsrelevanten Versorgungspfades,
und zwar nur für
dessen individuelle Spannungsversorgung. Hierfür ist in der Regel ein erhöhter Koordinationsaufwand
von Seiten des dem weiteren Schaltmittel 5b zugeordneten
Steuergeräts
(nicht dargestellt) erforderlich, um das weitere Schaltmittel 5b in
beiden Drehrichtungen des Elektromotors 15 korrekt zu schalten.
Diese Anordnung ist insbesondere denkbar, wenn der Elektromotor 15 beispielsweise
für mehrere
Anwendungen unterschiedlicher Art eingesetzt wird, bei denen die
Sicherheitsrelevanz der Versorgungspfade (bzw. der mit diesen korrespondierenden
Drehrichtungen des Elektromotors 15) in Abhängigkeit
der Anwendung variiert oder wechselt. Vorstellbar ist auch, dass
zumindest zeitweise – auch in
Abhängigkeit
von weiteren äußeren Bedingungen, wie
z.B. der Geschwindigkeit oder sonstiger Betriebszustände eines
Fahrzeugs – beide
Versorgungspfade sicherheitsrelevanten Charakter aufweisen und im
Falle eines sicherheitskritischen Betriebszustands dann beide getrennt
voneinander vom weiteren Schaltmittel 5b zusätzlich abgesichert
und gegebenenfalls gesperrt werden können. Anstelle eines Relais
kann auch jedes andere Schalterelement verwendet werden, was einen
Stromfluss in beide Richtungen erlaubt, also auch geeignete Halbleiterbauelemente.
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3 zeigt
schematisch ein Prinzipschaltbild einer weiteren alternativen Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Freigabe und/oder Sperrung der Versorgung eines Elektromotors
mit elektrischer Energie. Der Aufbau ist dabei dem in 1 und 2 gezeigten
prinzipiellen Aufbau weitestgehend vergleichbar, weswegen gleiche Bezugszeichen
auch gleiche oder gleich wirkende Komponenten bezeichnen. Zwar ist
in der in 3 gezeigten Vorrichtung in der
H-Brückenschaltung 1c ein
unabhängig
von den Versorgungsschaltmitteln 2a, 2b, 2c, 2d schaltbares,
als bipolarer Transistor ausgebildetes weiteres Schaltmittel 5c zur
Sperrung der Spannungsversorgung eines sicherheitsrelevanten Versorgungspfades
vorgesehen, welches vorzugsweise mit Hilfe eines hierfür geeigneten
Steuergeräts
(nicht dargestellt) schaltbar ist. Jedoch ist im Unterschied zu
den in 1 und 2 gezeigten Vorrichtungen das
weitere Schaltmittel 5c nicht in dem gemeinsamen Teilabschnitt 3 der
elektrischen Versorgungspfade angeordnet. Vielmehr ist das weitere
Schaltmittel 5c in der H-Brückenschaltung 1c in einem
durch den Leitungszweig 4a gebildeten Abschnitt desjenigen
Versorgungspfades angeordnet, welcher die sicherheitsrelevante Drehrichtung
des Elektromotors 15 steuert und durch die Leitungszweige 4a, 3, 4d gebildet
wird, wobei der betreffende durch den Leitungszweig 4a gebildete
Abschnitt nicht zu dem gemeinsamen Teilabschnitt 3 der
beiden Versorgungspfade gehört.
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Somit
kann lediglich der durch die Leitungszweige 4a, 3, 4d gebildete
sicherheitsrelevante Versorgungspfad vom weiteren Schaltmittel 5c kontrolliert
und gegebenenfalls gesperrt werden, während der andere durch die
Leitungszweige 4b, 3, 4c gebildete Versorgungspfad,
dessen korrespondierende Drehrichtung keine sicherheitsrelevanten
Auswirkungen besitzt, vom weiteren Schaltmittel 5c unbeeinflusst
bleibt. Auf diese Weise lässt
sich der Schaltvorgang zur Sperrung bzw. Freigabe des sicherheitsrelevanten
Versorgungspfades in einfacher Weise steuern und koordinieren, ohne
dass der nicht sicherheitsrelevante Versorgungspfad berücksichtigt
werden muss. Zudem ist hier keine parallel zum weiteren Schaltmittel 5c geschaltete
Diode vorgesehen, da dieser bei ausschließlicher Anordnung in lediglich
einem der beiden Versorgungspfade keine sinnvolle Funktion mehr
zukommt. Da außerhalb
des gemeinsamen Teilabschnitts 3 keine „Freilaufrichtung" hinsichtlich des
Stromflusses bzw. der Drehrichtungen des Elektromotors 15 existiert,
kann hier auf eine Freilaufdiode verzichtet werden. Dabei sei nur
ergänzend
angemerkt, dass das zusätzliche
Schaltmittel in irgendeinem der Leitungszweige 4a-4d angeordnet sein
kann.
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Es
ist zudem zumindest in der Theorie auch eine nicht einzeln dargestellte,
jedoch prinzipiell mit 3 vergleichbare erfindungsgemäße Ausführungsform
vorstellbar, bei der beide Versorgungspfade sicherheitsrelevanten
Charakter aufweisen. In diesem Falle ist dann denkbar, dass in beiden
Versorgungspfaden jeweils ein weiteres Schaltmittel in jeweils einem
Abschnitt 4a, 4b beider Versorgungspfade angeordnet
ist, wobei der jeweilige betreffende Abschnitt 4a, 4b nicht
zu dem gemeinsamen Teilabschnitt 3 der beiden Versorgungspfade
gehört.
Somit können
beide Versorgungspfade dann vom jeweiligen weiteren Schaltmittel
getrennt voneinander kontrolliert und gegebenenfalls gesperrt werden.
Allerdings sind dann in dieser Ausführungsform zwei als weitere
Schaltmittel dienende Transistoren, die dann vorzugsweise auch jeweils
mittels eines Steuergeräts
koordiniert werden müssen,
erforderlich.
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- 1a,
1b, 1c
- H-Brückenschaltung
- 2a,
2b, 2c, 2d
- Versorgungsschaltmittel
- 3
- gemeinsamer
Teilabschnitt
- 4a,
4b, 4c, 4d
- Leitungszweige
- 5a,
5b, 5c
- weiteres
Schaltmittel
- 6
- Diode
- 10
- Spannungsquelle
- 12
- Masse
- 15
- Elektromotor