DE19844330B4 - Einrichtung zur Bestimmung der Stellung eines batteriebetriebenen Stellmotors mit Kommutator - Google Patents

Abstract

Einrichtung zur Bestimmung der Stellung eines batteriebetriebenen Stellmotors (2) mit Kommutator, bei der eine Pulsspannung aus den durch den Kommutator in der Versorgungsleitung (3) des Stellmotors (2) bewirkten Stromunterbrechungen abgeleitet und über eine Impulsformerstufe (5) dem Zähleingang eines Zählers (6) zugeführt wird, dessen Zählwert ein Maß für die Stellung des Stellmotors (2) ist, wobei die Pulsspannung unmittelbar an der Batterie (1) abgegriffen wird, wobei die Impulsformerstufe (5) mit einer der Batterie (1) entnommenen Betriebsspannung versorgt wird und ein Schaltglied (7) vorgesehen ist, das diese Betriebsspannung während des Stillstands des Stellmotors (2) abschaltet.

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Bestimmung der Stellung eines batteriebetriebenen Stellmotors mit Kommutator.
• DE 196 54 097 A1 zeigt eine Einrichtung zur Bestimmung der Stellung eines batteriebetriebenen Stellmotors mit Kommutator, bei der eine Pulsspannung aus den durch den Kommutator in der Versorgungsleitung des Stellmotors bewirkten Stromunterbrechungen abgeleitet und über eine Impulsformerstufe dem Zähleingang eines Zählers zugeführt wird, dessen Zählwert ein Maß für die Stellung des Stellmotors ist. Die Impulse werden dabei durch eine Parallelschaltung einer Induktivität mit einer Kapazität erzeugt. Die so erzeugten Impulse werden über eine weitere Kapazität einer Anpass- und Verstärkerstufe zugeführt, die aus den Impulsen auswertbare Nadelimpulse macht. Die Anpass- und Verstärkerstufe ist mit einer eigenen Spannungsquelle versehen.
• Bei einer weiteren bekannten Einrichtung ( US-PS 4 924 166 A oder EP 0 379 193 A1 ) wird die Pulsspannung an einem ohmschen Widerstand oder einem Parallel-Schwingkreis abgegriffen. Beides ist nicht nur aufwendig, sondern bedeutet auch eine zusätzliche Belastung der Batterie, die gegebenenfalls verhältnismäßig rasch erschöpft ist, insbesondere wenn es sich um kleine Standardbatterien handelt, wie sie für verhältnismäßig kleine Stellmotoren nur erforderlich sind, die gemeinsam mit dem von ihnen angetriebenen Stellglied im selben Gehäuse untergebracht werden sollen und daher aus Platzgründen sehr geringe Abmessungen haben müssen. Dies gilt insbesondere für ferngesteuerte Stellmotoren in Thermostatventilen von Heizkörpern.
• DE 43 27 033 A1 zeigt eine Antriebs- und Steuervorrichtung für mindestens einen Kommutatormotor. In der Versorgungsleitung zwischen einer Batterie und einem Motor ist ein Messglied angeordnet, das eine Pulsspannung, die durch durch den Kommutator des Kommutatormotors bewirkte Stromunterbrechungen erzeugt wird, einem Filter zuführt. Der Ausgang des Filters ist mit einem Zähler verbunden. Bei dem Filter kann es sich um einen Hochpassfilter, einen Resonanzfilter, einen PLL-Filter oder einen digitalen Filter handeln. Der Filter lässt Impulse einer bestimmten Bandbreite durch.
• DE 32 34 683 A1 beschreibt ein Verfahren zur Messung der Drehzahl eines Gleichstrommotors. Hier wird aus der Versorgungsleitung eines Motors ein Wechselspannungssignal gewonnen. Gleichspannungsanteile werden durch einen Kondensator ausgekoppelt. Das Wechselspannungssignal wird über einen Verstärker einem Schmitt-Trigger und einer monostabilen Kippstufe zugeführt, bevor es einem Integrierglied zugeführt und an einer Anzeige zur Anzeige gebracht wird.
• US 4 126 037 zeigt eine Einrichtung zum Testen der Kompression eines Verbrennungsmotors, bei dem man eine Batteriespannungs-Wellenform während des Anlassens untersucht, wobei während des Anlassens die Kraftstoffzufuhr unterbrochen und/oder die Zündung ausgeschaltet wird. Eine Batterie kann über einen Starterschalter mit einem Motor verbunden werden. Die Batterie ist permanent über eine Leitung mit einem Verstärker und einer daran angeschlossenen Auswerteschaltung verbunden. Die Auswerteschaltung weist neben dem Verstärker einen weiteren Verstärker auf.
• DE 42 11 982 A1 zeigt einen Gleichstrommotor mit einer Vorrichtung zur Rotorlage- und/oder Drehzahlerfassung, bei dem der Motor über eine Brückenschaltung angesteuert wird. Aus den Versorgungsleitungen des Motors wird ein Signal gewonnen, das über eine Pegelanhebungsstufe angehoben wird. Die Pegelanhebungsstufe ist mit einer Betriebsspannung versorgt. Das Ausgangssignal der Pegelanhebungsstufe wird einem Hochpassfilter und einem invertierenden Verstärker zugeführt. Der Ausgang des invertierenden Verstärkers gelangt über einen Tiefpassfilter und einen Entkoppelverstärker zu einem Signalwandler und von dort zu einer Auswerteschaltung.
• EP 0 579 015 A2 zeigt eine Schaltanordnung zur Erzeugung einer drehzahlproportionalen Impulsfolge. Hier ist ein frequenzselektiver Filter vorgesehen, dessen Grenzfrequenz entsprechend der Motordrehzahl verändert werden kann. Der frequenzselektive Filter weist in Reihe einen Hochpassfilter und einen Tiefpassfilter auf, wobei der Tiefpassfilter zwischen einem Ausgang und einem Eingang eines Operationsverstärkers angeschlossen ist. Der Operationsverstärker wird mit einer Bezugsspannung versorgt, bei der allerdings nicht erkennbar ist, dass es sich dabei um die Betriebsspannung des Operationsverstärkers handelt.
• DE 195 03 484 C1 zeigt eine Schaltungsanordnung zur Erfassung und/oder Einstellung der Position eines motorisch verstellbaren Gegenstandes, bei der einem Motor über Leitungen eine Versorgungsspannung zugeführt wird, die aus einer Schaltstufe stammt. Die Schaltstufe wird mit einer Betriebsspannung versehen. Die Schaltstufe wird gesteuert durch einen Mikroprozessor, der ebenfalls mit der Betriebsspannung versorgt wird.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der gattungsgemäßen Art anzugeben, deren Energiebedarf geringer ist, so dass die Batterie weniger belastet wird.
• Erfindungsgemäß wird dies mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht.
• Hierbei entfällt ein zusätzlicher Messwiderstand und dessen Verlustleistung zwischen Batterie und Stellmotor, da eine Batterie auch einen unvermeidlichen Innenwiderstand aufweist, an dem bei Belastung ein Spannungsabfall auftritt, der entsprechende Schwankungen der Ausgangsspannung der Batterie aufgrund der durch den Kommutator bewirkten Stromunterbrechungen in der Versorgungsleitung des Stellmotors verursacht, die dann nach entsprechender Impulsformung als Maß für die Stellung des Motors gezählt werden können. Es ist dafür gesorgt, dass die der Batterie entnommene Betriebsspannung der Impulsformerstufe während des Stillstands des Stellmotors selbsttätig unterbrochen wird. Auf diese Weise ist dafür gesorgt, dass die Impulsformerstufe die Batterie nicht belastet, wenn der Motor stillsteht und mithin keine Pulsspannung auftritt und keine Impulse gezählt werden können. Dies wird dadurch erreicht, dass die Betriebsspannung dem Betriebsspannungseingang der Impulsformerstufe über ein Schaltglied nur dann zugeführt wird, wenn der Stellmotor läuft. Der Stromverbrauch eines solchen Schaltgliedes kann verhältnismäßig niedrig gehalten werden, so daß die zusätzliche Belastung der Batterie durch das Schaltglied gering ist.
• Vorzugsweise ist dafür gesorgt, daß das Schaltglied an der Ausgangsseite des Zählers angeschlossen ist, daß die Batteriespannung einem sie hochtransformierenden Spannungswandler zugeführt wird, dessen die hochtransformierte Spannung abgebender Ausgang mit dem Stromversorgungsanschluß des Schaltgliedes verbunden ist, und daß das Schaltglied vor Erreichen des Vorbestimmten Zählwerts die Betriebsspannung des Stellmotors und der Impulsformerstufe einschaltet und bei Erreichen des vorbestimmten Zählwerts ausschaltet. Auf diese Weise wird einerseits die Impulsformerstufe mit verhältnismäßig hoher Spannung im Vergleich zur Batteriespannung versorgt und andererseits sichergestellt, daß die Impulsformerstufe nur während des Betriebs des Motors bis zum Erreichen des vorbestimmten Zählwerts und mithin nur bis zur Abschaltung des Motors mit Strom versorgt wird.
• Ferner kann vorgesehen sein, daß das Ausgangssignal einer Schaltuhr dem Eingang einer Antivalenzschaltung zugeführt wird, die es in zwei antivalente Signale umsetzt, von denen das eine dem einen Eingang eines ersten Tores und das andere dem einen Eingang eines zweiten Tores zugeführt wird und beide über ein ODER-Glied einem Rücksetzeingang des Zählers zugeführt werden, daß der Ausgang des Schaltgliedes mit dem anderen Eingang der Tore und deren Ausgänge mit Steueranschlüssen von Halbleiterschaltelementen mit geringer Durchlaßspannung in Brückenschaltung verbunden sind, in deren Brücken-Querzweig der Stellmotor liegt und über die die Betriebsspannung des Stellmotors in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen der Tore umgepolt oder abgeschaltet wird. Auf diese Weise kann der Betrieb des Stellmotors durch die Schaltuhr gesteuert werden, zum Beispiel zur unterschiedlichen Einstellung des Sollwert-Stellgliedes eines Thermostatventils bei Tag und bei Nacht von einer Zentrale aus. Die Umpolung der Betriebsspannung des Stellmotors zu dessen Drehrichtungsumkehr über steuerbare Halbleiterschaltelemente mit geringer Durchlaßspannung, insbesondere über MOS-Feldeffekttransistoren (MOS-FET's), hat den Vorteil, daß diese im gesperrten Zustand einen hohen und im durchgesteuerten Zustand einen sehr niedrigen Widerstand zwischen den Hauptanschlüssen aufweisen und mithin ihre Verlustleistung gering ist. MOS-FET's kommen ferner mit einem geringen Steuerstrom aus. Da sie jedoch eine verhältnismäßig hohe Steuerspannung benötigen, werden die sie steuernden Tore mit der hochtransformierten Ausgangsspannung des Spannungswandlers versorgt, wobei die Ausgangsspannung der Tore von dieser hohen Versorgungsspannung abhängig ist.
• Vorzugsweise ist dafür gesorgt, daß die Impulsformerstufe einen Differenzverstärker aufweist, dessen umkehrender Eingang über einen ohmschen Eingangswiderstand des Differenzverstärkers und einen Koppelkondensator mit dem einen Anschluß der Batterie verbunden ist, daß der Verbindungspunkt von Eingangswiderstand und Koppelkondensator über zwei antiparallelgeschaltete Dioden mit dem Ausgang des Differenzverstärkers verbunden ist und daß der nicht umkehrende Eingang des Differenzverstärkers mit dem Abgriff eines Spannungsteilers verbunden ist. Durch diese Ausbildung der Impulsformerstufe wird die Batterie ebenfalls nur geringfügig durch den Eingang der Impulsformerstufe belastet. Gleichzeitig wird durch die antiparallelgeschalteten Dioden in der Rückführung des Differenzverstärkers sichergestellt, daß der Verstärker eine hohe Gesamtverstärkung hat, aber der Rückführwiderstand dennoch niedrig ist, so daß eine Verzögerung der Ausgangsimpulse der Impulsformerstufe gegenüber dem Anlauf des Motors wegen der durch den geringen Rückführwiderstand bedingten geringen Zeitkonstanten der Aufladung des Koppelkondensators vermieden ist.
• Der Ausgang des Differenzverstärkers kann mit dem umkehrenden Eingang eines weiteren Differenzverstärkers Verbunden sein, dessen nicht umkehrender Eingang mit dem Abgriff des Spannungsteilers und dessen Ausgang mit dem Zähleingang des Zählers verbunden ist. Dadurch wird die Flankensteilheit der Ausgangsimpulse des ersten Differenzverstärkers erhöht.
• Vorzugsweise wird die Einrichtung für einen Stellmotor verwendet, der im Gehäuse eines Thermostataufsatzes eines Heizkörperventils angeordnet ist und dessen Stellglied antreibt.
• Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
• 1 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Einrichtung und
• 2 schematisch den zeitlichen Verlauf von in der Einrichtung nach 1 auftretenden Signalen.
• Die Einrichtung nach 1 dient zur Bestimmung der Stellung eines aus einer Batterie 1 betriebenen Stellmotors 2 mit Kommutator. Der Stellmotor 2 wird zur Einstellung des den Temperatursollwert bestimmenden Stellgliedes eines Thermostatventils eines Heizkörpers verwendet und zusammen mit diesem Stellglied und der Batterie 1 im Gehäuse des Thermostataufsatzes des Ventils angeordnet. Sowohl die Batterie 1 als auch der Stellmotor 2 sind daher aus Platzmangel in dem Gehäuse sehr klein. So besteht die Batterie 1 aus zwei in Reihe geschalteten Standardzellen mit je 1,5 Volt. Bei dem Stellmotor 2 handelt es sich um einen Gleichstrommotor mit Kommutator, für den die Batteriespannung von 3 Volt ausreichend ist.
• Aufgrund der durch den Kommutator bewirkten Stromunterbrechungen in der Versorgungsleitung 3 und des unvermeidlichen inneren Widerstands der Batterie 1 schwankt die Batteriespannung während des Betriebs des Stellmotors 2. Diese Schwankungen werden unmittelbar an der Batterie 1 abgegriffen und als Pulsspannung (pulsierende Gleichspannung) über eine Leitung 4 und Masse GND einer Impulsformerstufe 5 zugeführt. Die durch die Impulsformerstufe 5 gebildeten Impulse werden dem Zähleingang eines Zählers 6 als Zählimpulse ZP zugeführt. Der Zählwert des Zählers stellt dann ein Maß für die Stellung des Stellmotors dar.
• Im vorliegenden Falle wird jedoch nur das Erreichen eines vorbestimmten Zählwerts des Zählers 6 durch ein Schaltglied 7, hier ein NAND-Glied, erfaßt, das auf der Ausgangsseite des Zählers angeschlossen ist und vom Anlauf des Stellmotors 2 bis zum Erreichen des vorbestimmten Zählwerts ein hohes Ausgangssignal (1-Signal) und beim Erreichen des vorbestimmten Zählwerts ein niedriges Ausgangssignal (0-Signal) abgibt. Das hohe Ausgangssignal des Schaltglieds 7 wird der Impulsformerstufe 5 als Betriebsspannung zugeführt. Beim Erreichen des vorbestimmten Zählwerts des Zählers 6 wird mithin die Betriebsspannung der Impulsformerstufe 5 abgeschaltet.
• Der Stellmotor 2 liegt im Querzweig einer Brückenschaltung aus vier steuerbaren Halbleiterschaltelementen (8–11) mit sehr geringer Durchlaßspannung, hier MOS-Feldeffekttransistoren, deren parallele Reihenschaltungen ebenfalls über die Versorgungsleitung 3 und Masse GND an der Batterie 1 angeschlossen sind. Die Gates der mit dem Stellmotor 2 in Reihe liegenden MOS-Feldeffekttransistoren 8 und 11 sind mit dem Ausgang eines ersten Tores 12 und die Gates der beiden anderen ebenfalls mit dem Stellmotor 2 in Reihe liegenden MOS-Feldeffekttransistoren 9 und 10 mit dem Ausgang eines zweiten Tores 13 verbunden.
• Ein binäres Ausgangssignal S_u einer Schaltuhr 14 wird über eine Antivalenzschaltung 15 in zwei antivalente (gegensinnige) Signale S_v und S_r umgesetzt, die die Drehrichtung des Stellmotors 2, das heißt vorwärts oder rückwärts, bestimmen. Das die Vorwärts-Drehrichtung bestimmende Signal S_v wird dem einen Eingang des Tores 12 und das die Rückwärts-Drehrichtung bestimmende Signal S_r dem einen Eingang des anderen Tores 13 zugeführt. Dem anderen Eingang der beiden Tore 12 und 13 wird ebenfalls das Ausgangssignal des Schaltgliedes 7 zugeführt.
• Wenn das Ausgangssignal des Schaltgliedes 7 hoch ist, tritt am Ausgang des Tores 12 ein hohes Einschaltsignal S_ve für die Vorwärts-Drehrichtung oder am Ausgang des Tores 13 ein Einschaltsignal S_re für die Rückwärts-Drehrichtung auf, je nach dem, welches der beiden Signale S_v und S_r hoch ist.
• Die Ausgangssignale S_v und S_r der Antivalenzschaltung 15 werden gleichzeitig über jeweils ein Differenzierglied 16 und 17, das aus einem Kondensator in Reihe mit einer in Sperrichtung gepolten Diode besteht, einem ODER-Glied 18 zugeführt, von dessen Ausgang dem Rücksetzeinang des Zählers 6 beim Auftreten des einen oder anderen der Signale S_v und S_r ein Rücksetzimpuls R zugeführt wird.
• Damit ergibt sich folgende Wirkungsweise der Einrichtung nach 1, unter Bezugnahme auf 2:
  Im Zeitpunkt t₀ sei das Ausgangssignal S_u der Schaltuhr 14 hoch und demzufolge auch das Signal S_v am Ausgang der Antivalenzschaltung 15, während alle anderen in 2 dargestellten Signale niedrig sind. Dies bedeutet, daß der Zählwert des Zählers 6 erreicht ist und mithin das niedrige Ausgangssignal ZW des Schaltgliedes 7 beide Tore 12, 13 sperrt, so daß die MOS-Feldeffekttransistoren 9 bis 11 alle durch die niedrigen Signale S_ve und S_re gesperrt sind und der Stellmotor 2 stillsteht. Gleichzeitig ist auch die dem Ausgangssignal ZW des Schaltgliedes 7 entsprechende Betriebsspannung der Impulsformerstufe 5 abgeschaltet, so daß die Impulsformerstufe 5 keinen Strom verbraucht. Dieser Zustand dauert bis zum Zeitpunkt t₁ an, in dem das Ausgangssignal S_u auf einen niedrigen und demzufolge das Signal S_r auf einen hohen Wert übergeht. Durch das Differenzierglied 16 wird der 0–1-Übergang des Signals S_r differenziert und das differenzierte Signal dem Rücksetzeingang des Zählers 6 als Rücksetzimpuls R zugeführt. Die dadurch bewirkte Rückstellung des Zählwerts des Zählers 6 auf Null hac zur Folge, daß das Ausgangssignal ZW des Schaltgliedes 7 hochgeht und beide Tore 12, 13 aufgetastet werden sowie die Betriebsspannung der Impulsformerstufe 5 eingeschaltet wird. Da ferner im Zeitpunkt t₁ das Signal S_v niedrig geworden ist, bleibt auch das Signal S_ve niedrig, so daß die MOS-Feldeffekttransistoren 8 und 11 gesperrt bleiben. Dagegen steigt das Signal S_re an, so daß die MOS-Feldeffekttransistoren 9 und 10 durchgesteuert werden und der Stellmotor 2 in Rückwärtsrichtung anläuft. Daraufhin beginnt die Batteriespannung zu schwanken, so daß die Impulsformerstufe 5 dem Zähler 6 Zählimpulse ZP zuführt. Im Zeitpunkt t₂ hat der Zähler 6 die vorbestimmte Anzahl von Zählimpulsen ZP gezählt, d. h. der vorbestimmte Zählwert ist erreicht, so daß das Ausgangssignal ZW des Schaltgliedes 7 nunmehr auf einen niedrigen Wert übergeht, beide Tore 12, 13 gesperrt werden und gleichzeitig die Betriebsspannung der Impulsformerstufe 5 weggenommen wird. Durch das Sperren der Tore 12, 13 geht auch das Signal S_re auf einen niedrigen Wert über, während das Signal S_ve weiterhin niedrig bleibt, da das niedrige Ausgangssignal S_u der Schaltuhr und mithin das niedrige Signal S_v noch andauern. Demzufolge bleibt der Stellmotor 2 im Zeitpunkt t₂ stehen, bis im Zeitpunkt t₃ das Ausgangssignal 5u der Schaltuhr 14 wieder auf einen hohen Wert übergeht, so daß auch das Signal S_v auf einen hohen Wert übergeht und dem Zähler 6 über das Differenzierglied 17 und das ODER-Glied 18 ein Rücksetzimpuls R zugeführt wird. Während der Stellmotor 2 im Zeitraum von t₁ bis t₂ rückwärts lief und im Zeitraum von t₂ bis t₃ stillstand, läuft er nunmehr bis zum Zeitpunkt t₄ vorwärts, in dem der Zähler 6 wieder den vorbestimmten Zählwert erreicht und der Stellmotor 2 wieder angehalten wird.
• Auf diese Weise kann durch die Wahl der Ein- und Ausschaltdauer des Ausgangssignals S_u der Schaltuhr 14 und des vorbestimmten Zählwerts des Zählers 6 bestimmt werden, wie weit der Stellmotor 2 vorwärts oder rückwärts läuft und wie lange er stillsteht. Wenn der Motor dann das Sollwert-Einstellglied des Thermostaten eines Heizkörperventils antreibt, können durch die Schaltuhr die Zeitpunkte der Umstellung der Heizkörpertemperatur von Tagestemperatur auf Nachttemperatur, und umgekehrt, sowie durch die Wahl des vorbestimmten Zählwerts des Zählers 6 das Maß der Temperaturänderung bestimmt werden.
• Da die Batterie 1, ebenso wie der Stellmotor 2, sehr kleine Abmessungen haben muß, um sie zusammen mit dem Stellmotor 2 im Gehäuse des Thermostaten zu dessen zentraler Fernsteuerung unterbringen zu können, kann sie bei Verwendung herkömmlicher Standard-Batteriezellen auch nur eine kleine Spannung abgeben, hier etwa 3 Volt. Eine so niedrige Betriebsspannung kann zwar für den Stellmotor 2 ausreichen, würde aber nicht ausreichen, wenn in der Brückenschaltung steuerbare Halbleiterschaltelemente mit einer hohen Durchlaßspannung zur Steuerung des Stellmotors 2 verwendet würden. Aus diesem Grunde werden vorzugsweise die MOS-Feldeffekttransistoren 9 bis 11 verwendet, da sie im durchgesteuerten Zustand nur einen sehr geringen Spannungsabfall bewirken. Dagegen benötigen sie eine relativ hohe Steuerspannung, um sie durchzusteuern.
• Die Batteriespannung wird daher durch einen Spannungswandler 19 hochtransformiert, dessen hochtransformierte Ausgangsspannung, hier etwa 9 V, zur Stromversorgung des Zählers 6, des Schaltgliedes 7, der Tore 12 und 13 sowie der Antivalenzschaltung 15 verwendet wird. Da das hohe Ausgangssignal ZW des Schaltgliedes 7 dann ebenfalls etwa gleich der hochtransformierten Ausgangsspannung des Spannungswandlers 19 ist, kann das hohe Ausgangssignal ZW gleichzeitig zur Stromversorgung des Impulsformers 5 verwendet werden.
• Der Spannungswandler 19 ist in herkömmlicher Weise ausgebildet und bewirkt nur eine sehr geringe Belastung der Batterie 1. Zu diesem Zweck enthält der Spannungswandler 19 einen Oszillator mit einem Unijunction-Transistor 20, der in Reihe mit einem ohmschen Widerstand 21 und einem Kondensator 22 an der Batteriespannung liegt. Ferner enthält er einen NPN-Transistor 23 in Reihe mit einer Wicklung 24 eines Ferritkern-Transformators an der Batteriespannung. Der Steueranschluß des NPN-Transistors 23 ist über eine weitere Wicklung 25 des Transformators mit dem Verbindungspunkt von Widerstand 21 und Kondensator 22 verbunden. Parallel zur Wicklung 24 liegt ein weiterer ohmscher Widerstand 26. Die Ausgangsspannung des Oszillators wird am Kollektor des Transistors 23 abgegriffen und durch eine Diode 27 gleichgerichtet und zum einen dem Steueranschluß des Unijunction-Transistors 20 über einen hochohmigen Widerstand 28 zugeführt und zum anderen durch einen Kondensator 29 mit hoher Kapazität geglättet. Mit dem Steueranschluß des Unijunction-Transistors 20 ist ferner der positive Pol der Batterie 1 über einen weiteren hochohmigen Widerstand 30 verbunden. Die hochtransformierte, geglättete Ausgangsspannung des Spannungswandlers 19 – hier etwa 9 V – wird am Kondensator 29 abgenommen. Die Windungszahl der Wicklung 24 ist mit 40 Windungen etwa doppelt so hoch wie die der Wicklung 25. Eine weitere Wicklung 31 des Transformators, deren Windungszahl etwa halb so hoch wie die der Wicklung 25 ist, erzeugt eine niedrigere Ausgangsspannung, die über eine weitere Diode 32 gleichgerichtet und durch einen weiteren Kondensator 33 mit hoher Kapazität geglättet wird. Die niedrigere Ausgangsspannung von etwa 1,5 V dient zur Stromversorgung der Schaltuhr 14.
• Die Impulsformerstufe 5 enthält einen Differenzverstärker 34, dessen umkehrender Eingang (–) über einen Eingangswiderstand 35 des Differenzverstärkers 34 und einen Koppelkondensator 36 mit sehr niedriger Kapazität sowie über einen weiteren Widerstand 37 mit dem einen Anschluß (dem positiven Pol) der Batterie 1 verbunden ist. Der Verbindungspunkt von Eingangswiderstand 35 und Koppelkondensator 36 ist über zwei antiparallelgeschaltete Dioden 38 und 39 mit dem Ausgang des Differenzverstärkers 34 verbunden. Der nicht umkehrende Eingang (+) des Differenzverstärkers 34 ist mit dem Abgriff eines Spannungsteilers verbunden, der zwei gleiche in Reihe geschaltete hochohmige Widerstände 40 und 41 aufweist. Der Ausgang des Differenzverstärkers 34 ist mit dem umkehrenden Eingang (–) eines weiteren Differenzverstärkers 42 verbunden, dessen nicht umkehrender Eingang (+) mit dem Abgriff des Spannungsteilers 40, 41 und dessen Ausgang mit dem Zähleingang des Zählers 6 verbunden ist. Die durch das Ausgangssignal ZW gebildete Betriebsspannung der Impulsformerstufe 5 wird zum einen den Betriebsspannungsanschlüssen der Differenzverstärker 34 und 42 und zum anderen dem Spannungsteiler 40, 41 zugeführt. Am Abgriff des Spannungsteilers liegt mithin die Hälfte der Betriebsspannung der Impulsformerstufe 5. Da das Schaltglied 7 eine Betriebsspannung von etwa 9 V erhält, ist das hohe Ausgangssignal ZW etwas kleiner als 9 V und mithin die Spannung am Abgriff des Spannungsteilers etwas kleiner als 4,5 V. Die Widerstände 35, 40 und 41 haben einen sehr hohen Wert von etwa 330 kΩ, während die Kapazität des Kondensators 36 etwa 33 nF und der Wert des Widerstands 37 etwa 4 kΩ beträgt. Diese Widerstände belasten daher die Batterie 1 nur minimal.
• Wenn der Stellmotor 2 nicht läuft und mithin die Betriebsspannung der Differenzverstärker 34 und 42 abgeschaltet ist, beträgt die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 34 0 V. Auf diesem Potential liegt auch der Verbindungspunkt zwischen dem Eingangswiderstand 35 und dem Koppelkondensator 36. Am Koppelkondensator 36 liegt mithin die Batteriespannung von etwa 3 V. Wenn der Stellmotor dann anlauft, erhalten auch die Differenzverstärker 34 und 42 die Betriebsspannung (etwa 9 V). Am nicht umkehrenden Eingang (+) des Differenzverstärkers 34 liegt dann die durch den Spannungsteiler heruntergeteilte Spannung des Spannungsteiler-Abgriffs von etwa 4,5 V. Da der umkehrende Eingang (–) des Differenzverstärkers 34 zunächst noch auf dem Potential des Verbindungspunktes von Eingangswiderstand 35 und Koppelkondensator 36 liegt, steigt auch die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 34 an (auf etwa 9 V). Da sich der Koppelkondensator 36 über die Diode 38 nicht sprungartig aufladen kann, bleibt das Potential des nicht umkehrenden Eingangs (+) des Differenzverstärkers 34 um etwa 4,5 V höher als das seines umkehrenden Eingangs, so daß die Schwankungen der Batteriespannung nicht erfaßt werden und die Spannung am Ausgang des Differenzverstärkers 34 zunächst hoch bleibt.
• Während sich der Koppelkondensator 36 nunmehr über die Diode 38 aufzuladen beginnt, so daß das Potential des Verbindungspunktes zwischen dem Eingangswiderstand 35 und dem Koppelkondensator 36 ansteigt, steigt auch die Spannung am umkehrenden Eingang des Differenzverstärkers 34 von 0 V aus an. Sobald die Spannung am umkehrenden Eingang den Wert von etwa 4,5 V überschreitet, überträgt die Impulsformerstufe 5 Zählimpulse ZP an den Zähler 6. Die Anstiegsgeschwindigkeit der Spannung am umkehrenden Eingang des Differertzverstärkers 34 wird durch den Rückführwiderstand des Differenzverstärkers 34 und die Kapazität des Koppelkondensators 36 bestimmt. Um eine große Verstärkung zu erreichen, könnte der Rückführwiderstand sehr groß sein, etwa 1 MΩ. Wenn anstelle der beiden Dioden 38 und 39 ein Widerstand von 1 MΩ vorgesehen wäre, ergäbe sich eine so große Zeitkonstante, daß die ersten Impulse der an der Batterie 1 auftretenden Pulsspannung nicht gezählt werden könnten.
• Durch die beiden Dioden 38 und 39 wird jedoch erreicht, daß der Rückführwiderstand sehr niedrig ist, wenn der Spannungsunterschied an den Eingängen des Differenzverstärkers mehr als 0,7 V (die Dioden-Kniespannung) beträgt, dagegen hoch ist, wenn der Spannungsunterschied weniger als 0,7 V beträgt. Dadurch ist sichergestellt, daß der Koppelkondensator 36 über einen sehr niedrigen Widerstand mit entsprechend geringer Zeitkonstante aufgeladen wird. Wenn er aufgeladen ist, wirken die Dioden 38 und 39 als sehr große Widerstände, so daß der Differenzverstärker 34 normal arbeitet, wobei zu berücksichtigen ist, daß eine Diode nur dann leitend wird, wenn ihre Kniespannung überschritten wird und bei niedrigerer Spannung einen sehr hohen Widerstand darstellt.
• Die Impulsformerstufe 5 erfaßt daher schon den ersten Impuls der Pulsspannung, die beim Anlauf des Stellmotors 2 erzeugt wird, so daß eine Fehlzählung vermieden wird.
• Die Antivalenzschaltung 15 enthält zwei über einen hochohmigen Widerstand 43 von beispielsweise etwa 10 MΩ in Reihe geschaltete Umkehrverstärker (NICHT-Glieder) 44 und 45, wobei der Ausgang des ausgangsseitigen Umkehrverstärkers 45 über einen weiteren hochohmigen Widerstand 46 von beispielsweise etwa 10 MΩ auf den Eingang des eingangsseitigen Umkehrverstärkers 44 zurückgekoppelt ist. Beide Umkehrverstärker 44 und 45 werden mit der hochtransformierten Ausgangsspannung des Spannungswandlers 19 versorgt.
• Zwischen dem Eingang des Umkehrverstärkers 45 und Masse liegt ein NPN-Transitor 47, während zwischen dem Eingang des Umkehrverstärkers 44 und der Basis des Transistors 47 die Kollektor-Emitter-Strecke eines weiteren NPN-Transistors 48 in Reihe mit einem hochohmigen Widerstand 49 von etwa 1 MΩ liegt. Die Basis des Transistors 48 liegt über einen hochohmigen Widerstand 50 von etwa 1 MΩ an der niedrigen Ausgangsspannung des Spannungswandlers 19. Der Ausgang der Schaltuhr 14 ist mit dem Verbindungspunkt zwischen demngitter des Transistors 48 und dem Widerstand 49 verbunden.
• Wenn das Ausgangssignal S_u der Schaltuhr 14 hoch ist, wird der Transistor 47 durchgesteuert, so daß ein niedriges Potential am Eingang des Umkehrverstärkers 45 erzwungen wird und demzufolge sein Ausgangssignal S_v einen hohen Wert annimmt, der auf den Eingang des Umkehrverstärkers 44 über den Widerstand 46 zurückgekoppelt wird und einerseits das Ausgangspotential des Umkehrverstärkers 44 absenkt und andererseits die Spannung am Kollektor des Transistors 48 hoch hält, so daß er durch die Betriebsspannung der Schaltuhr über den Widerstand 50 an seiner Basis durchgesteuert wird und einen zusätzlichen Basisstrom der Basis des Transistors 47 zuführt, um diesen um so sicherer durchgeschaltet zu halten.
• Wenn das Ausgangssignal S_u der Schaltuhr 14 dagegen auf den niedrigen Wert von etwa 0 V abfällt, wird der Transistor 47 über den Widerstand 49 gesperrt und der Transistor 48 zunächst noch weiter durchgesteuert, so daß das Potential am Eingang des Umkehrverstärkers 44 auf Null abfällt und an seinem Ausgang das hohe Signal S_r auftritt. Dieses hat zur Folge, daß das Ausgangssignal S_v des Umkehrverstärkers 45 abfällt und mithin die Eingangsspannung des Umkehrverstärkers 44 weiterhin über den Rückkopplungswiderstand 46 niedrig gehalten wird, bis das Ausgangssignal S_u der Schaltuhr 14 wider ansteigt.
• Der Zähler 6, das Schaltglied 7, die Tore 12, 13 sowie die Differenzverstärker 34, 42 und auch die Umkehrverstärker 44 und 45 können als integrierte Schaltungen ausgebildet werden, die in Verbindung mit den hochohmigen Widerständen, einschließlich der Dioden in den Differenziergliedern 16 und 17, die Batterie 1 nur geringfügig belasten.
• Die Batterie 1 kann daher nicht nur eine geringe Spannung, sondern auch sehr kleine Abmessungen haben, wobei sie gleichzeitig eine hohe Lebensdauer hat.
• Abwandlungen können beispielsweise darin bestehen, daß die Tore 12, 13 als NAND-Glieder mit jeweils einem nachgeschalteten NICHT-Glied (Umkehrstufe) ausgebildet werden. Auch das Schaltglied 7 kann als NAND-Glied mit zwei in Reihe nachgeschalteten NICHT-Gliedern ausgebildet sein. Die alternativen und zusätzlichen Glieder können ebenfalls mit der hochtransformierten Ausgangsspannung des Spannungswandlers 19 versorgt sein, ohne die Batterie 1 merklich zu belasten, wenn sie als integrierte Schaltungen ausgebildet sind. Letzteres trifft auch für den Zähler 6 und die Antivalenzschaltung 15 zu.
• Anstelle der MOS-Feldeffekttransistoren können auch bipolare Transistoren verwendet werden.
• Bei allen erwähnten Widerstanden handelt es sich um ohmsche Widerstände, die relativ hochohmig sind.

Claims (7)

1. Einrichtung zur Bestimmung der Stellung eines batteriebetriebenen Stellmotors (2) mit Kommutator, bei der eine Pulsspannung aus den durch den Kommutator in der Versorgungsleitung (3) des Stellmotors (2) bewirkten Stromunterbrechungen abgeleitet und über eine Impulsformerstufe (5) dem Zähleingang eines Zählers (6) zugeführt wird, dessen Zählwert ein Maß für die Stellung des Stellmotors (2) ist, wobei die Pulsspannung unmittelbar an der Batterie (1) abgegriffen wird, wobei die Impulsformerstufe (5) mit einer der Batterie (1) entnommenen Betriebsspannung versorgt wird und ein Schaltglied (7) vorgesehen ist, das diese Betriebsspannung während des Stillstands des Stellmotors (2) abschaltet.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltglied (7) an der Ausgangsseite des Zählers (6) angeschlossen ist, dass die Batteriespannung einem sie hochtransformierenden Spannungswandler (19) zugeführt wird, dessen die hochtransformierte Spannung abgebender Ausgang mit dem Stromversorgungsanschluss des Schaltgliedes (7) verbunden ist, und dass das Schaltglied (7) vor Erreichen eines vorbestimmten Zählwerts die Betriebsspannung des Stellmotors (2) und der Impulsformerstufe (5) einschaltet und bei Erreichen des vorbestimmten Zählwerts ausschaltet.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangssignal (S_u) einer Schaltuhr (14) dem Eingang einer Antivalenzschaltung (15) zugeführt wird, die es in zwei antivalente Signale (S_v, S_r) umsetzt, von denen das eine dem einen Eingang eines ersten Tores (12) und das andere dem einen Eingang eines zweiten Tores (13) zugeführt wird und beide über ein ODER-Glied (18) einem Rücksetzeingang des Zählers (6) zugeführt werden, und dass der Ausgang des Schaltgliedes (7) mit dem anderen Eingang der Tore (12, 13) und deren Ausgänge mit Steueranschlüssen von Halbleiterschaltelementen (9–11) mit geringer Durchlassspannung in Brückenschaltung verbunden sind, in deren Brücken-Querzweig der Stellmotor (2) liegt und über die die Betriebsspannung des Stellmotors (2) in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen der Tore (12, 13) umgepolt oder abgeschaltet wird.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterschaltelemente (8–11) MOS-Feldeffekttransistoren sind und die Betriebsspannung der Tore (12, 13) die hochtransformierte Ausgangsspannung des Spannungswandlers (19) ist.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Impulsformerstufe (5) einen Differenzverstärker (34) aufweist, dessen umkehrender Eingang (–) über einen ohmschen Eingangswiderstand (35) und einen Koppelkondensator (36) mit dem einen Anschluss der Batterie (1) verbunden ist, dass der Verbindungspunkt von Eingangswiderstand (35) und Koppelkondensator (36) über zwei antiparallelgeschaltete Dioden (38, 39) mit dem Ausgang des Differenzverstärkers (34) verbunden ist und dass der nicht umkehrende Eingang (+) des Differenzverstärkers (34) mit dem Abgriff eines Spannungsteilers (40, 41) verbunden ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang des Differenzverstärkers (34) mit dem umkehrenden Eingang (–) eines weiteren Differenzverstärkers (42) verbunden ist, dessen nicht umkehrender Eingang (+) mit dem Abgriff des Spannungsteilers (40, 41) und dessen Ausgang mit dem Zähleingang (ZP) des Zählers (6) verbunden ist.
7. Anwendung der Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 für einen Stellmotor (2), der im Gehäuse eines Thermostataufsatzes eines Heizkörperventils angeordnet ist und dessen Stellglied antreibt.

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