DE19809628A1 - Antriebseinrichtung zum Bewegen eines Bauteils wie Fensterscheibe, Schiebedach eines Fahrzeugs - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Antriebseinrichtung nach der Gattung des Hauptanspruches.

Durch die Druckschriften DE 30 34 118 C2 und DE 31 36 746 C2 sind Verfahren bekannt zur elektronischen Überwachung von Öffnungs- und Schließvorgängen insbesondere von Fenstern und Schiebedächern, die von Antriebseinrichtungen, die Elektromotoren und Getriebe aufweisen, bewegt werden. Beispielsweise können solche Getriebe aus einem Schneckengetriebe und einem Hebelgetriebe oder einem Schneckengetriebe und einem Zugmittelgetriebe zusammengesetzt sein. Verfahrensgemäß ist der Elektromotor an eine Überwachungsschaltung angeschlossen, die ihrerseits an eine digitale Signale abgebende Sensorik angeschlossen ist. Die digitale Sensorik kann in oder am Elektromotor oder am Getriebe oder beispielsweise am Bewegungsweg einer Fensterscheibe angeordnet sein. Beispielsweise besteht eine solche digitale Signale abgebende Sensorik aus einem Hall-Sensor und einem relativ zum Hall-Sensor bewegten permanentmagnetischen Element, beispielsweise einem Polrad auf einer Welle des Elektromotors oder des Getriebes. Die Überwachungsschaltung ist eingerichtet zum Messen von Zeitabständen zwischen beispielsweise ansteigenden Flanken aufeinanderfolgender Signale aus der digitalen Sensorik, zum Bilden eines Referenzwertes nach dem Einschalten des Elektromotors, zum Speichern dieses Referenzwertes und zum wiederholten Messen von Zeitabständen zwischen zwei digitalen Signalen und Vergleichen der gemessenen Zeit mit dem Referenzwert, um bei einer Zeitüberschreitung gegenüber dem Referenzwert den Elektromotor zu stoppen oder entgegen der seitherigen Drehrichtung zu schalten. Diese Verfahrensschritte bewirken, daß eine Gefährdung von Körperteilen von Personen durch begrenztes Einklemmen mittels der bewegten Fensterscheibe oder des Schiebedaches vermieden ist. Dabei ist vorteilhaft, daß bei Verwendung der angesprochenen Hall-Sensoren oder beispielsweise einer elektrooptischen Schranke gut auswertbare Signale entstehen auch dann, wenn die Drehzahl des Elektromotors oder die Bewegungsgeschwindigkeit von bewegbaren Elementen relativ gering ist. Diese digitale Sensorik ist deshalb auch dazu geeignet, direkte oder mittelbare Wegmessungen für die Fensterscheibe oder das Schiebedach vorzunehmen, so daß unter Zuhilfenahme einer Positionierungsautomatik die genannten Bauteile in eine vorgebbare oder aus vorgegebenen auswählbare Position bewegbar und dann stillsetzbar ist.

Eine durch die Patentschrift US 4,001,661 bekannte Antriebseinrichtung mit einem Kollektormotor zum Bewegen einer Fensterscheibe und mit einer Sicherheitsschaltung zum Abschalten des Kollektormotors vermeidet bewußt den Einbau oder Anbau von digitaler Sensorik und gibt als Lösungsweg an, die der Drehzahl des Kollektormotors proportionale Frequenz der Welligkeit von durch eine Bürstenleitung fließenden Strom zu messen. Hierzu ist eine aus Kondensatoren, Dioden und Widerständen bestimmte Meßschaltung vor der Basis eines Transistors an eine Motorstromleitung gekoppelt mittels eines Meßumformers, der hier ausgebildet ist als eine um die Motorstromleitung gewickelte Spule. Sinkt die Frequenz unter einen Grenzwert, so sinkt die Spannung im Meßkondensator, der mittels des Widerstandes entladbar ist. Die Unterschreitung des Grenzwertes führt zum Abschalten des Kollektormotors.

Durch die Druckschrift DE 42 17 664 A1 ist eine Antriebseinheit zum Positionieren eines Lenkrades oder eines Sitzes in einem Fahrgastraum bekannt. Die Antriebseinheit enthält einen bürstenlosen Dreiphasenmotor, drei Hall- Effekt-Schalter zur Gewinnung von Drehpositionssignalen eines Rotors des Dreiphasenmotors und eine Drehfeldsteuerung, die in Abhängigkeit von Drehpositionen der Rotorwelle nacheinander Feldspulen steuert. Die Drehpositionssignale werden zum mittelbaren Messen der Position des Lenkrades oder des Sitzes gezählt unter Zuhilfenahme einer Zählschaltung. Unter Verwendung einer Speicherschaltung für einen Positionswert und einer an die Zählschaltung und die Speicherschaltung angeschlossenen Vergleichseinrichtung ist der Dreiphasenmotor automatisch stillsetzbar.

Durch die Patentschrift US 5,015,927 ist eine Kommutierungsschaltung bekannt für einen beispielsweise als Dreiphasenmotor ausgebildeten Elektromotor. Die Kommutierungsschaltung hat Kommutierungsschalter zum nacheinander pulsweise erfolgenden Versorgen der Feldspulen mit Erregungsströmen und ist eingerichtet zum Erzeugen von Kommutierungssignalen durch Messen von Erregungsströmen in den Feldspulen und durch Messen von Induktionsströmen in Momenten, in denen keine Feldspule mit Erregungsstrom versorgt ist, und durch Beobachtung, in welchem Verhältnis die beiden Ströme zueinander stehen. Die Kommutierungssignale werden auch einem Drehzahlregler zugeführt, der auf einen Pulsweitenmodulator wirkt, der seinerseits mittelbar die Kommutierungsschalter steuert.

Diese Kommutierungsschaltung macht Halleffekt-Schalter im oder am Motor überflüssig.

Durch die Patentschrift US 5,256,923 ist ein weiterer elektronisch kommutierter Motor bekannt, der zur Gewinnung von Drehstellungssignalen und Drehzahlsignalen ohne Hall- Sensor-Schalter an der Motorwelle auskommt. Zur Erzeugung von Kommutierungssignalen ist wenigstens an einem Pol des Stators oder/und wenigstens einem Pol des Rotors des Elektromotors eine Nut angeordnet, so daß an sich normalen Stromänderungen während der Drehung des Rotors Stromhöcker und Stromdellen überlagert werden, aus denen die Kommutierungssignale gewonnen werden. Hierfür ist wenigstens ein Spulendraht oder eine Spulenversorgungsleitung durch einen Ringkern eines Transformators geführt. Dabei gibt die Frequenz der gewonnenen Kommutierungsimpulse die Motordrehzahl an.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 hat den Vorteil einer der Drehzahl des Elektromotors proportionalen Signalgewinnung gemäß der Patentschrift US 4,001,661 und dabei der Verschleißarmut und des geräuscharmen Laufs eines elektronisch kommutierten Motors, dessen Kommutierungsschaltung Kommutierungssignale aus Stromänderungen oder/und Spannungsänderungen und daraus erzeugten Signalen gewinnt.

Die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 2 ergeben den Vorteil, daß anstelle eines Signales nunmehr beispielsweise drei oder mehr Signale je einer Motorumdrehung zur Verfügung stehen und dadurch die Schutzschaltung früher eine Gefährdung einer Person erkennen kann. Das kennzeichnende Merkmal des Anspruchs 3 gibt ein Lösungsmittel an, das als ein billiger Baustein auf dem Elektronikelementemarkt erhältlich ist.

Zeichnung

Ein schematisiert dargestelltes Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung gezeigt und nachfolgend näher beschrieben. Es zeigen Fig. 1 die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung und ein von dieser bewegbares Bauteil und Fig. 2 eine schematisierte Darstellung eines Stators mit Feldspulen und eines Rotors des Elektromotors.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung 2 hat einen bürstenlosen Elektromotor 3, eine Kommutierungsschaltung 4 und eine Sicherheitsschaltung 5. Zum willkürlichen Inbetriebsetzen oder Ausschalten des Elektromotors 3 über die Kommutierungsschaltung 4 ist die Kommutierungsschaltung 4 an eine Bedienungseinrichtung 6 angeschlossen. Die Bedienungseinrichtung 6 kann in verhältnismäßig einfacher Weise ausgebildet sein mit Tasten zum Einschalten des Elektromotors in einer ersten Drehrichtung und einer zweiten Drehrichtung und zum Anhalten des Elektromotors. Die Bedienungseinrichtung kann an sich aus dem Stand der Technik ausgewählt werden.

Der Elektromotor 3 besitzt im Beispiel einen Stator 10 mit sechs paarweise angeordneten Polzähnen 11 bis 16 und die Polzähne umgebenden Feldspulen 17 bis 22, einen Rotor 23 mit einem Nordpol N und einem Südpol S und eine Rotorwelle 24. Von der Kommutierungsschaltung 4 führen wenigstens drei Motorstromleitungen 25, 26 und 27 zu Feldspulen 17, 19 und 21. Entsprechend der paarweisen Anordnung der genannten Polzähne sind unter sich die Spulen 17 mit 18 und 19 mit 20 und 21 mit 22 verbunden. Zur Drehmomenterzeugung versorgt die Kommutierungsschaltung 4 nacheinander folgend die genannten Spulenpaare 17, 18 und 19, 20 sowie 21 und 22 mit Erregungsstrom, so daß bei der Versorgung eines Spulenpaares mit Erregungsstrom die jeweils beiden anderen Spulenpaare keinen Erregungsstrom erhalten. Diese jeweils nicht mit Erregungsstrom versorgten Spulenpaare sind diejenigen, die zur Positionserfassung des Rotors durch Auswertung eines durch den Rotor induzierten Magnetfeldes seitens der Kommutierungsschaltung dienen. Entsprechend der Anzahl der Spulenpaare sind zur Auswertung der jeweiligen Magnetfelder drei Sensoren 28, 29 und 30 vorgesehen. Diese Sensoren können wie im Stand der Technik nach Art von induktiven Umformern gemäß dem transformatorischen Prinzip ausgebildet sein, wobei je nach Ausführungsart die Motorstromleitungen 25, 26 und 27 durch Spulen oder beispielsweise Ringkerne gemäß dem Stand der Technik geführt sind. Signale aus den Sensoren 28, 29 und 30 dienen der Steuerung der Kommutierungsschaltung 4 und werden andererseits auch der Schutzschaltung 5 zugeleitet. Dabei steht die Frequenz der Signale mit der Drehzahl des Rotors 23 bzw. der Drehfrequenz des Rotors 23 in einem festen Verhältnis.

Demgemäß ist die Sicherheitsschaltung 5 beispielsweise eingerichtet zur Messung der Frequenz und dem Vergleich mit einem Referenzwert. Dabei besteht die Möglichkeit, nur die Frequenz der Signale aus einem der Sensoren 28, 29 oder 30 oder unter Verwendung einer Sammelschaltung 51 beispielsweise in Form einer logischen ODER-Schaltung die Abfolge der Signale aller Sensoren 28, 29 und 30 zu messen. Dabei spielt es an sich keine Rolle, ob der Referenzwert als eine Periodendauer gemäß der Druckschrift DE 30 34 118 C2 oder gemäß der Patentschrift US 4,001,661 als eine Spannung festgelegt ist und in der Schutzschaltung 5 die Frequenz der gewonnen Signale in eine im wesentlichen proportionale Spannung umgesetzt wird, die mit der Referenzspannung verglichen wird. In den beschriebenen Fällen sind also die Referenzwerte dem Prinzip nach Drehzahlwerte, bei deren Unterschreitung die Schutzschaltung 5 über die Kommutierungsschaltung 4 herrscht und die Kommutierungsschaltung 4 veranlaßt, den Elektromotor 3 stillzusetzen oder gar in Gegendrehrichtung zu schalten. Andererseits kann die Sicherheitsschaltung 5 aber auch so eingerichtet sein, daß nicht eine bestimmte Drehzahlschwelle, sondern eine zeitliche Ableitung der Drehzahl bzw. der der Drehzahl proportional erzeugten Frequenz das Abschaltkriterium für den Elektromotor 3 ist.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Rotorwelle 3 die Antriebswelle für einen Fensterheber 35. Der Fensterheber 35 selbst gehört nicht zum Gegenstand der Erfindung und es genügt deshalb ein Hinweis, daß er beispielsweise aus dem Stand der Technik entnehmbar ist und an die Rotorwelle 24 angeschlossen ein nicht dargestelltes Schneckengetriebe und an dieses angeschlossen ein Getriebe zum Umsetzen einer Drehbewegung in eine Hubbewegung hat. Die Hubbewegung wird mittels einer Tragschiene 35 auf eine Fensterscheibe 36 übertragen. Die Fensterscheibe 37 ist in an sich bekannter Weise in einem schematisiert dargestellten Fensterrahmen 38 geführt.

Wie bereits erwähnt, ist mittels der Bedienungseinrichtung 6 der Elektromotor 3 in der einen oder der anderen Drehrichtung startbar. Durch Starten des Elektromotors 3 im Sinne des Hebens der Fensterscheibe 37 ist das wenigstens teilweise geöffnet dargestellte Fenster 37, 38 schließbar. Dabei nähert sich ein oberer Rand 39 der Fensterscheibe 37 einem oberen Rand 40 des Fensterrahmens 38. Wenn sich dabei beispielsweise eine Hand einer Person im Bereich zwischen dem oberen Rand 39 und dem oberen Rand 40 befindet, so kommt es schließlich mindestens zum Kontakt der Hand mit dem oberen Rand 39 der Scheibe 37, wodurch die Drehzahl des Motors 3 und damit die Frequenz der Signale, die der Sicherheitsschaltung 5 zugeführt werden, abnehmen. Weil, wie bereits beschrieben, die Sicherheitsschaltung 5 auf die Abnahme der Frequenz und dabei beispielsweise einem Absinken auf einen Frequenzreferenzwert, reagiert, erfolgt eine Beendigung des Hebens der Fensterscheibe 7 und bevorzugt auch eine Absenkung der Fensterscheibe 37, so daß eine Person ihre Hand aus dem Fenster 37, 38 herausziehen kann.

Die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung 2 ist aber auch in nicht dargestellter Weise mit einem Schiebedach kombinierbar. Weil Schiebedächer und zwischen diesen und den jeweiligen Elektromotoren angeordnete Bewegungsgetriebe notorisch zum Stand der Technik gehören, erübrigt sich eine weitere Beschreibung und eine eine solche Beschreibung stützende Zeichnung.

Die Verwendung der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung ist nicht beschränkt auf das Heben von Fensterscheiben oder Bewegen von Schiebedächern. Die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung kann auch verwendet werden zum Bewegen von Schiebetüren, Sitzen, Verdecken und Hauben.

Claims (3)

1. Antriebseinrichtung zum Bewegen eines Bauteils wie Fensterscheibe, Schiebedach, Sitz eines Fahrzeugs mit einem in zwei Drehrichtungen betreibbaren Elektromotor, der wenigstens eine Spule und wenigstens eine Motorstromleitung aufweist, und mit einer Sicherheitsschaltung wenigstens zum Stoppen des Elektromotors anläßlich einer Gefahr einer Verletzung eines Körperteils einer Person mittels des bewegten Bauteils in Abhängigkeit von einer Auswertung einer Änderung einer der Drehzahl des Elektromotors proportionalen Frequenz von Signalen aus Strom- oder Spannungsschwankungen in der Motorstromleitung, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (3) ein bürstenloser elektrisch kommutierter Mehrphasenmotor mit Feldspulen (17 bis 22) ist, der an eine Kommutierungsschaltung (4) angeschlossen ist, und daß die Motorstromleitung (25, 26, 27) eine mit einer Feldspule (17, 18; 19, 20; 21, 22) verbundene Leitung ist.

2. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Sensoren (28, 29, 30), die der Gewinnung von Signalen aus Strom - oder Spannungsschwankungen aller Feldspulen (17, 18; 19, 20; 21, 22) dienen, mit einer Sammelschaltung (51) der Sicherheitsschaltung (5) verbunden sind.

3. Antriebseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelschaltung (51) eine logische ODER-Schaltung ist.