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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisches Relais, das einem
Gerät zugeordnet
ist, das dazu bestimmt ist, mit Gleichstrom, beispielsweise 12 V
oder mehr, betrieben zu werden.
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Derzeit
liefern Kraftfahrzeugbatterien einen 12 V-Gleichstrom und die in
Kraftfahrzeugen angeordneten elektrischen Geräte werden somit gewöhnlich mit
12 V-Gleichstrom betrieben. Diese Geräte, wie beispielsweise ein
Fensterhebermotor, werden im allgemeinen von einem Relais gesteuert,
das einen Schalter des Geräts
umschalten kann.
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Ein
Relais ist eine elektromagnetische Steuervorrichtung, die beaufschlagt
wird, um ein Öffnen oder
Schließen
eines Stromkreises hervorzurufen. Gewöhnlich enthält ein Relais eine Spule, die
einem mit einem Schalter verbundenen Magnet zugeordnet ist. Wird
an die Spule eine Steuerspannung angelegt, bewirkt das induzierte
Magnetfeld das Umschalten des Schalters. Ferner ermöglicht das
Relais auch, einen Lichtbogen aufzunehmen, der durch die Überspannung
an den Anschlussklemmen des Geräts
erzeugt wird, wenn die Stromversorgung unterbrochen wird. Der Lichtbogen
entspricht einer Entladung zwischen den Anschlussklemmen des Schalters,
wenn diese voneinander beabstandet und dabei von einem Strom durchflossen
werden. Aufgrund der kapazitiven oder induktiven Last des Geräts wird
nämlich
der Strom zum Versorgen des Geräts
nicht unmittelbar null, wenn der Schalter geöffnet wird. Diese Entladung
kann zwischen den Kontakten des Relais abgeleitet werden.
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Insbesondere
steuert das Relais im allgemeinen die Versorgung von Bürsten, die
mit einem Kollektor des Elektromotors in Kontakt gelangen können.
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1 zeigt
einen Gleichstrom-Elektromotor, beispielsweise einen Fensterhebermotor.
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Ein
Elektromotor 10 enthält
im allgemeinen ein Statorgehäuse
und einen Rotor 20, der im Stator drehbar gelagert ist.
Der Motor enthält
auch einen Kollektor 15, der gewöhnlich aus einem fest mit der Rotorwelle
verbundenen Ring besteht und an seinem Umfang eine Reihe von leitfähigen Lamellen
aufweist.
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Die
Lamellen des Kollektors 15 sind mit Wicklungen des Rotors
verbunden. Zumindest zwei diametral gegenüberliegende Lamellen werden nacheinander über zumindest
ein Bürstenpaar 11, 12 mit
elektrischem Strom versorgt. Die Bürsten sind im allgemeinen an
Bürstenhaltern 13 angeordnet,
die an einem Kollektorgehäuse
oder direkt an einer Leiterplatte 100 angeordnet sein können, die
eine Steuerelektronik für
den Motor enthält.
Die Bürsten
sind bezüglich
des Kollektors diametral gegenüberliegend angeordnet
und dazu bestimmt, einen Kontakt mit den Lamellen des Kollektors
im Laufe seiner mit der Rotorwelle fest erfolgenden Drehung herzustellen, um
die Rotorwicklungen nacheinander zu versorgen.
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Dazu
steuert ein Relais 1 die Stromversorgung der Bürsten 11, 12 über die
Bürstenhalter 13.
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2 zeigt
schematisch eine elektrische Anordnung des Motors aus 1.
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Ein
Gerät 10,
wie etwa ein Motor zum Betätigen
eines Fahrzeugschließteils,
wie beispielsweise ein Fensterhebermotor, muss mit Gleichstrom unter einer
vorbestimmten Versorgungsspannung Ua gespeist werden, die im allgemeinen
der von der Fahrzeugbatterie ausgegebenen Spannung entspricht, wie
beispielsweise 12 Volt.
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In 2 ist
der Motor 10 abgeschaltet, wobei die Anschlussklemmen 11 und 12 des
Motors, die den Bürsten
zum Versorgen des Kollektors aus 1 entsprechen,
mit dem gleichen Strompotentialpunkt verbunden sind. Der Motor wird
also in sich kurzgeschlossen. Die Anschlussklemmen 11, 12 des
Motors 10 sind mit Schaltern 3 und 4 verbunden,
die über das
Relais 1 gesteuert werden. Die Umschaltsteuerung des Relais 1 kann über eine
zugeordnete elektrische Anordnung 5 gewährleistet werden, wie beispielsweise über einen
Mikrokontroller.
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Um
den Motor 10 einzuschalten, d. h. die Anschlussklemme 11 des
Motors mit dem Versorgungspotential Ua und die andere Anschlussklemme 12 mit der
Masse zu verbinden, ist es erforderlich, dass der eine Schalter 4 umgeschaltet
wird. Die Drehrichtung des Motors 10 bestimmt sich je nachdem,
welche Anschlussklemme 11 bzw. 12 des Motors mit
der Spannung Ua über
die Umschaltung des einen entsprechenden Schalters 3 bzw. 4 verbunden
wird, wobei die andere Anschlussklemme 12 bzw. 11 des
Motors mit der Masse verbunden wird.
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Das
Relais 1 und der Mikrokontroller 5 sowie die Anschlussklemmen
zum Versorgen der Bürsten 121, 12 können an
einer Leiterplatte 100 integriert sein, die dem Motor 10 zugeordnet
ist, wie in 1 und 3 dargestellt
ist.
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3 zeigt
eine Leiterplatte 100 mit einem Relais 1. In an
sich bekannter Weise kann das Relais 1 zwei Spulen 6, 7 enthalten,
die jeweils einem Magneten zugeordnet sind, der mit einem der Schalter 3, 4 verbunden
ist. Eine Steuerung des Mikrokontrollers 5 ermöglicht es,
einen Strom an die eine oder andere Spule 6, 7 anzulegen,
um ein Magnetfeld zu induzieren, mit dem einer der Schalter 3, 4 über einen
der Magnete betätigt
werden kann.
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3 zeigt
auch Bürstenhalter 13,
die einerseits mit den Bürsten 11, 12 für die Stromversorgung des
Motors und andererseits mit elektrischen Verbindungsstiften 14 verbunden
sind, die an der Leiterplatte 100 angeordnet sind. Jeder
Verbindungsstift 14 der Bürstenhalter ist elektrisch
mit einem Schalter 3, 4 zum Steuern des Relais 1 über eine
Leiterbahn 16 der Leiterplatte 100 und einem Verbindungsstift 17 im Relais 1 verbunden.
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Trotz
Eingliederung in einer gleichen Leiterplatte 100 bleiben
das Relais 1 und die Bürstenhalter 13 separate
Teile, die es erforderlich machen, elektrische Verbindungen zwischen
diesen vorzusehen.
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Bei
bestimmten Anwendungen werden jedoch immer kleinere Gleichstrom-Elektromotoren verwendet.
Eine maximale Eingliederung ist somit wünschenswert, um einen minimalen
Bauraum zu erreichen und das Zusammenfügen der verschiedenen Teile
weitestgehend zu erleichtern.
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Damit
besteht ein Bedarf an maximaler Eingliederung der elektrischen Teile
an einer Leiterplatte, die einem Gleichstrom-Elektromotor zugeordnet ist.
Insbesondere besteht ein Bedarf, bestimmte elektrische Verbindungen
zwischen diesen verschiedenen Teilen wegzulassen und die Anzahl
an Verbindungsstiften zu minimieren.
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Dazu
schlägt
die Erfindung eine elektrische Steuervorrichtung zum Umschalten
eines Geräts
vor, das mit Gleichstrom unter einer vorbestimmten Versorgungsspannung
betrieben wird, wobei die Vorrichtung ein elektromechanisches Relais
aufweist, enthaltend:
- – einen Umschalter für das Gerät,
- – zumindest
zwei Bürstenhalter,
die Kontakte des Umschalters bilden.
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Gemäß einem
Merkmal enthält
der Umschalter zwei Schalter, die jeweils einen aus einem Bürstenhalter
bestehenden Kontakt enthalten.
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Gemäß einer
Ausführungsform
sind die Schalter induktive Schalter.
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Bei
einer Ausführungsform
enthält
der Schalter zwei Kontaktstifte für jeden Stift zur Leistungsversorgung
des Geräts.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
enthält
der Umschalter einen einzigen Kontaktstift für zumindest einen der Stifte
zur Leistungsversorgung des Geräts.
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Gemäß einem
Merkmal enthält
die Vorrichtung ferner einen Mikrokontroller, der einen Zustand des
Umschalters des Relais steuern kann.
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Gemäß einer
Ausführungsform
steuert der Mikrokontroller zumindest eine Spule, die einen Schalter
betätigen
kann.
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Gemäß einer
Ausführungsform
weisen zwei Spulen einen gemeinsamen Kontaktstift auf.
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Gemäß einer
Ausführungsform
weist die Spule einen Kontaktstift auf, der mit einem Stift zur Leistungsversorgung
des Geräts
zusammenfällt.
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Die
Erfindung betrifft auch einen Motor zum Betätigen eines Fahrzeugschließteils,
enthaltend:
- – einen Kollektor,
- – eine
Leiterplatte, die eine erfindungsgemäße Steuervorrichtung enthält,
wobei
die Bürstenhalter
Bürsten
aufweisen, die mit dem Kollektor in Kontakt gelangen können.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich beim Lesen der
nachfolgenden näheren
Beschreibung von erfindungsgemäßen Ausführungsformen,
die sich nur beispielhaft verstehen und sich auf die Zeichnungen
beziehen, worin zeigt:
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1,
die bereits beschrieben wurde, ein Schema eines Gleichstrom-Elektromotors aus
dem Stand der Technik,
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2,
die bereits beschrieben wurde, ein Schema einer elektrischen Anordnung
des Motors aus 1,
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3,
die bereits beschrieben wurde, ein Schema einer Leiterplatte des
Motors aus 1,
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4 ein
Schema einer Leiterplatte nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
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5 ein
Schema einer Leiterplatte nach einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung,
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6 ein
Schema einer Leiterplatte nach einer dritten Ausführungsform
der Erfindung,
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7 ein
Schema einer Leiterplatte nach einer vierten Ausführungsform
der Erfindung, und
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8 ein
Schema einer Leiterplatte nach einer fünften Ausführungsform der Erfindung.
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Eine
elektrische Steuervorrichtung zum Umschalten eines Geräts, das
mit Gleichstrom unter einer vorbestimmten Versorgungsspannung betrieben wird,
enthält
ein elektromechanisches Relais. Erfindungsgemäß enthält das Relais einen Umschalter
für das
Gerät und
zumindest zwei Bürstenhalter,
die Kontakte des Umschalters bilden.
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Somit
werden die Stromleitungen zwischen Relais und Bürstenhalter sowie die Verbindungsstifte des
Relais mit diesen Leitungen weggelassen, da ein Bürstenhalter
selbst einen Kontakt des Umschalters bildet.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von 4 bis 8 beschrieben,
die fünf
Ausführungsformen
der Erfindung darstellen.
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Erfindungsgemäß werden
ein offener Zustand bzw. ein geschlossener Zustand eines Schalters
des Relais als Zustände
definiert, die einem Versorgungsstromdurchfluss durch das Gerät bzw. einer Unterbrechung
des Durchflusses von Strom durch das Gerät entsprechen. Diese Unterbrechung
im Versorgungsstromdurchfluss durch das Gerät kann entweder durch Kurzschließen des
Geräts
selbst oder aber durch Öffnen
des Stromkreises erfolgen.
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4 zeigt
eine Leiterplatte 100 mit einem Relais 1. Das
Relais 1 kann zwei Spulen 6, 7 enthalten,
die jeweils einem mit einem Schalter 3, 4 verbundenen
Magneten zugeordnet sind.
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4 zeigt
auch die mit den Bürsten 11, 12 verbundenen
Bürstenhalter 13 für eine Stromversorgung
des Motors. Erfindungsgemäß bilden
die Bürstenhalter 13 auch
Kontakte der Schalter 3, 4 des Relais 1.
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Somit
können
die an der Leiterplatte 100 angeordneten elektrischen Verbindungsstifte 14 sowie die
Verbindungsstifte 17 im Relais 1 und die Verbindungsleitungen 16 der
Leiterplatte 100 weggelassen werden.
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In 4 ist
der Motor ausgeschaltet, da die Bürsten 11 und 12 elektrisch
mit dem gleichen Strompotentialpunkt verbunden sind. Der Motor ist
damit in sich kurzgeschlossen und die Schalter 3 und 4 befinden
sich jeweils gemäß der vorangehend
angegebenen Definition in einem sogenannten offenen Zustand.
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Um
den Motor einzuschalten, muss eine Bürste 11 mit dem Versorgungspotential
Ua und die andere Bürste 12 mit
der Masse verbunden werden, es ist also erforderlich, dass der eine
Schalter 4 in einen geschlossenen Zustand an einer Versorgungsklemme
umgeschaltet wird.
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Das
Umschalten der Schalter 3, 4 kann über einen
Mikrokontroller 5 gewährleistet
werden. Der Mikrokontroller 5 legt eine Steuerspannung
an, die dazu bestimmt ist, die eine oder andere Spule 6, 7 des
Relais 1 zu versorgen, um das Umschalten des einen oder
anderen Schalters 3, 4 hervorzurufen.
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Der
Mikrokontroller 5 kann auch den Wert der Versorgungsspannung
Ua messen, um Sicherungsschaltungen zu aktivieren, beispielsweise
in dem Falle, dass ein Moment auf den Rotor des Motors erfasst wird,
das höher
ist als ein vorbestimmter Schwellwert. Ferner kontrolliert der Mikrokontroller 5 den
Betriebszustand des Motors 10. Insbesondere ist der geschlossene
bzw. offene Zustand der über
das Relais 1 gesteuerten Schalter 3, 4 dem
Mikrokontroller bekannt.
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5 bis 8 zeigen
Ausführungsvarianten
der Steuervorrichtung aus 4. Gleiche
Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 5 bilden
die Bürstenhalter 13 weiterhin
die Kontakte der Schalter 3, 4 des Relais 1.
Zudem kann ein zusätzlicher
Stift weggelassen werden, indem ein einziger Stift als Massekontakt
für die
beiden Schalter 3, 4 verwendet wird.
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In 6 bilden
die Bürstenhalter 13 weiterhin
die Kontakte der Schalter 3, 4 des Relais 1.
Zudem kann ein zusätzlicher
Stift weggelassen werden, indem ein einziger Stift als Versorgungskontakt
Ua für
die beiden Schalter 3, 4 verwendet wird.
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In 7 bilden
die Bürstenhalter 13 weiterhin
die Kontakte der Schalter 3, 4 des Relais 1.
Zudem kann ein zusätzlicher
Stift weggelassen werden, indem ein einziger Stift als Versorgungskontakt
zum Steuern eines der Stifte der beiden Spulen verwendet wird.
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In 8 bilden
die Bürstenhalter 13 weiterhin
die Kontakte der Schalter 3, 4 des Relais 1.
Zudem kann ein zusätzlicher
Stift weggelassen werden, indem ein einziger Stift als Versorgungskontakt
zum Steuern eines der Stifte der beiden Spulen verwendet wird, wie
in 7, wobei dieser einziger Stift zudem den Massekontaktstift
für die
Schalter 3, 4 bildet.
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Anzumerken
ist, dass in sämtlichen
dargestellten Beispielen die Massekontaktstifte und Versorgungskontaktstifte
beliebig vertauscht werden können,
insbesondere bei 8, in welcher der einzige Versorgungskontaktstift
zum Steuern eines der Stifte der beiden Spulen auch den Versorgungskontaktstift
für die
Schalter 3, 4 bilden kann.
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Ferner
können
die verschiedenen dargestellten Vereinfachungen durch Weglassen
der Stifte beliebig kombiniert werden.
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Erfindungsgemäß wird somit
ein elektrisches Bauteil erhalten, das aus einem mit Bürstenhalter versehenen
Relais besteht. Ein derartiges Bauteil ermöglicht eine bessere Integration
der elektrischen Teile bei einem minimierten Platzbedarf im Elektromotor.
Daneben wird die Montage des Motors durch diese Integration erleichtert.
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Selbstverständlich ist
die vorliegende Erfindung nicht auf die beispielhaft beschriebenen
Ausführungsformen
beschränkt.
So kann das Relais der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung nur einen Schalter
enthalten, dessen beide Kontakte aus den beiden Bürstenhaltern
gebildet werden. Ebenso kann die Versorgungsspannung Ua von einer
12 V-Spannung verschieden sein.