DE2247167A1 - Schaltanordnung fuer einen in beiden drehrichtungen betreibbaren elektromotor - Google Patents

Description

R. 11OS
20.9.1972 Kü/Kf

Anlage zur
Patentanmeldung

ROBERT BOSCH GMBH, Stuttgart

Schaltanordnung für einen in beiden Drehrichtungen betreibbaren Elektromotor

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltanordnung für einen in beiden Drehrichtungen betreibbaren Elektromotor, durch den ein bewegliches Element, beispielsweise eine Klappe in Klimaanlagen oder eine Autoantenne, von.einer Endstellung in eine andere bewegbar ist, mit einem Wechselsehalter, an den ein Relais angeschlossen ist, über das die Richtung des Motorstromes umkehrbar ist.

Die Schaltanordnung soll zum Betrieb eines Stellantriebes dienen, bei dem das bewegliche Element von einer Endstellung in die andere Endstellung gebracht wird, ohne daß die Bewegung zwischendurch unterbrochen wird. Bei solchen Stellantrieben, bei denen also das bewegliche Element nur die beiden Endstellungen als Ruhestellung einnimmt, wird gefordert, daß der Motor unabhängig von einem bestimmten Verstellweg oder Verstellwinkel oder einer

409813/026 2

bestimmten Umdrehungszahl abgeschaltet wird, wenn das bewegliche Element diejenige Stellung einnimmt, in der es seine Funktion voll erfüllt. Beispielsweise bei Klappen in Klimaanlagen soll also der Motor erst abgeschaltet werden, wenn die Klappe einen Luftkanal optimal abschließt. Bei solchen Anwendungen ist ein mechanischer Endlagenschalter meist nicht brauchbar, da seine Justierung zu kompliziert ist und die Punktion der Klappe zu stark durch mechanische Verschleißerscheinungen, durch Verschmutzung und durch Einflüsse infolge einer Wärmedehnung einzelner Bauteile beeinflußt wird. Bei bekannten Schaltanordnungen der eingangs erwähnten Art ist es weiterhin nachteilig, daß die Relaiskontakte im Motorstromkreis den vollen Motorstrom schalten müssen, was zur Folge hat, daß derartige Kontakte sehr schnell beschädigt werden und damit die Anlage nicht mehr zufriedenstellend funktioniert. ι

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Schaltanordnung zu schaffen, bei der die genannten Nachteile nicht auftreten, die aber trotz eines sehr einfachen Aufbaues zufriedenstellend arbeitet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schaltanordnung einen auf überstrom ansprechenden Schalter im Motorstromkreis sowie eine von dem Wechselschalter beeinflußbare Startschaltung mit einem Verzögerungsglied aufweist, durch das beim Umschalten des Wechselschalters der Schalter im Motorstromkreis verzögert in den leitenden Zustand bringbar ist.

Durch den auf überstrom ansprechenden Schalter im Motorstromkreis wird erreicht, daß der Motor immer dann abgeschaltet wird, wenn der Motorstrom einen bestimmten Wert erreicht, der höher ist als sein Betriebsstromwert. Dies geschieht dann, wenn beispielsweise die Klappe in einer der Endlagen gegen die zu

4098 13/0262

schließende öffnung drückt. Durch die Startschaltung mit einem Verzögerungsglied wird erreicht, daß dem Motor erst dann Strom zugeführt wird, wenn das Relais umgeschaltet hat. Das Relais schaltet also stromlos, wodurch die zu erwartende Lebensdauer seiner Kontakte wesentlich erhöht wird.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Schalter im Motorstromkreis ein Transistor, dessen Kollektor-Emitterstrecke in den Motorstromkreis geschaltet ist und der mit einem zweiten Transistor einen bistabilen Multivibrator bildet. Dieser elektronische Schalter arbeitet sehr schnell, so daß eine Beschädigung der Ankerwicklung des Motors mit Sicherheit vermieden wird.

Vorzugsweise ist die Basis des in den Motorstromkreis geschalteten Transistors an den Abgriff eines Spannungsteilers geschaltet, der so bemessen ist, daß bei normalem Motorstrom dieser Transistor gesättigt ist. Dieser Transistor arbeitet also im C-Betrieb, wodurch sich insbesondere bei größeren Strömen ein besserer Wirkungsgrad und eine geringere Verlustleistung ergibt.

Die durch den Wechselscharter beeinflußbare Startschaltung enthält einen Kondensator, dessen Lade- bzw. Entladestrom jeweils beim Umschalten des Wechselschalters dem Verzögerungsglied zugeführt wird. Eine erste Ausfuhrungsform wird mit Vorteil so ausgebildet, daß in Reihe zu diesem Kondensator

eine erste Diode geschaltet ist, daß parallel zu diesen Bauelementen die Kollektor-Emitterstrecke eines Schalttransistors geschaltet ist, der beim Umschalten des Wechselschalters geschaltet wird, daß die Parallelschaltung einerseits mit dem Wechselschalter verbindbar ist und andererseits an den Eingang des

4098 13/0262

Verzögerungsgliedes angeschlossen ist und daß der Ausgang des Verzögerungsgliedes über eine zweite Diode mit dem Kondensator verbunden ist, wobei die Dioden derart gepolt sind, daß der Kondensatorladestrom über die erste Diode und der Entladestrom über die Kollektor-Emitterstrecke des Transistors und die zweite Diode das Verzögerungsglied in gleicher Richtung durchfließen.

Die Parallelschaltung von Kondensator und Diode einerseits sowie der Kolloktor-Emitterstrecke des Schalttransistors andererseits ist über eine weitere Diode an einen Schaltungspunkt angeschlossen, an den über einen Widerstand auch die Basis des Schalttransistors geschaltet ist, wobei dieser Schaltungapunkt mit einem Kontakt des Wechselschalters verbindbar ist, an dem auch das Relais angeschlossen ist.

Beim Umschalten des Wechselschalters wird damit unmittelbar das Relais betätigt, wobei zugleich der Lade- bzw. Entladestrom des Kondensators als Startircpuls für den in den Motorstromkreis geschalteten Transistor dient, wobei aber dieser Startimpuls diesem Transistor über ein Verzögerungsglied in Form einer Serienschaltung eines Widerstandes und einer Kapazität zugeführt wird, wobei die Kapazität zwischen Basis und Emitter dieses Transistors geschaltet ist. Der Transistor wird also verzögert durchgeschaltet.

Bei einer verbesserten Ausführung ist der Schaltungspunkt an die bewegliche Kontaktzunge eines vom Relais betätigten Umschalters geschaltet, dessen einer Kontakt an den Wechselschalter angeschlossen ist und dessen anderer Kontakt an Masse liegt. Dadurch wird bewirkt, daß sogar die Umladung des Kondensators tatsächlich erst dann erfolgt, wenn das Relais bereits umgeschaltet hat.

Bei einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel wird dem Kondensator über die Kollektor-Emitterstrecke eines Transistors

409813/0262

Strom zugeführt, wobei Mittel vorgesehen sind, durch die dieser Transistor nur während des Umschaltens des Umschaltrelais in den leitenden Zustand bringbar ist.Der Kondensator wird bei dieser Ausführung nur dann aufgeladen, wenn das bewegliche Glied des Umschaltrelais nicht in leitender Verbindung mit einem der ihm zugeordneten Kontakte liegt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert und beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispieles

gemäß der Erfindung,
Fig. 2 eine verbesserte Startschaltung, die anstelle der in

Fig. 1 gezeichneten Startschaltung verwendbar ist, Fig. 3 ein Schaltbild eines zweiten Ausführungsbeispieles und Fig. Jj ein Schaltbild einer verbesserten Ausführung.

In den Abbildungen sind die Bauteile, die zu der Startschaltung gehören, mit der gestrichelten Linie 1, die Bauteile des überstromschalters mit der gestrichelten Linie 2 und die Bauteile des Verzögerungsgliedes mit der Linie 3 umrahmt. Mit 10 ist ein Umschaltrelais bezeichnet, dessen Wicklung einerseits an das bewegliche Schaltglied 11 eines Wechselschalters 12 und andererseits an den Nullpunkt 13 der Schaltung geschaltet ist. Durch das Relais werden-zwei bewegliche Schaltarme I¹I und 15 betätigt, die mit der Ankerwicklung eines Elektromotors 16 elektrisch leitend verbunden sind. Jedem dieser Schaltarme ist je ein Kontakt 17 und 18 zugeordnet, wobei die Kontakte 18 mit dem Pluspol einer nicht näher dargestellten Spannungsquelle verbunden sind. Mit 19 ist eine Klappe bezeichnet, die sich gemäß Fig. -1 etwa in der Mittellage zwischen zwei Anlaufstücken 20 befindet, welche an der Innenwand eines Luftkanales 21 einer Klimaanlage angeordnet sind. In der unteren Stellung der Klappe, ist

'4 09813/0262

dieser Luftkanal 21 geöffnet, in der oberen Stellung dagegen verschlossen.

Die Startschaltung 1 enthalt einen Kondensator 30, der einerseits über eine Diode 31 an einen Schaltungspunkt 32 angeschlossen ist und andererseits über eine Diode 33 mit einem Widerstand 3¹J des Verzögerungsgliedes 3 elektrisch leitend verbunden ist. Die beiden Dioden 31 und 33 sind gleichsinnig gepolt. Parallel zu der Reihenschaltung aus dem Kondensator 30 und der Diode 33 liegt die Kollektor-Emitterstrecke eines Schalttransistors 35, dessen Basis 36 über einen Widerstand 37 ebenfalls an den Schaltungspunkt 32 angeschlossen ist. Dieser Schaltungspunkt 32 steht in elektrisch leitender Verbindung mit dem Schaltglied 11 des Wechselschalters 12. Eine Diode 38 verbindet den Schaltungspunkt zwischen Kondensator 30 und Diode 33 mit dem Ausgang des Verzögerungsgliedes 3.

Der auf überstrom ansprechende Schalter 2 ist in der Art eines bistabilen Multivibrators ausgebildet. In den Motorstromkreis ist die Kollektor-Emitterstrecke eines ersten Transistors Ao geschaltet, dessen Basis Ίΐ an den Kondensator 60 angeschlossen ist. Sie erhält Strom über die Widerstände A2 und A3, wobei letzterer an den Pluspol der Spannungsquelle angeschlossen ist. An den gemeinsamen Schaltungspunkt AA der Widerstände A2 und A3 ist der Kollektor A5 eines Transistors A6 angeschlossen, dessen Emitter A7 an den Nullpunkt 13 der Schaltung angelegt ist. Die Basis A8 des Transistors A6 ist an den Abgriff A9 eines aus den Widerständen 50 und 51 bestehenden Spannungsteilers geschaltet, der einerseits mit dem Kollektor 52 des Transistors Ao und andererseits mit dem Schaltungsnullpunkt 13 verbunden ist. Der Kollektor 52 des Transistors AO ist weiter über die Kontakte 17 mit der Ankerwicklung des Elektromotors l6 elektrisch leitend verbunden.

409813/0262 " 7 -

2 2 A '71 R

Das Verzögerungsglied 3 enthält die Serienschaltung eines Kondensators 60 und eines Widerstandes 34, wobei der Kondensator parallel zur Basis-Emitterstrecke des Transistors und zu einem Widerstand 61 liegt.

Die beschriebene Schaltung arbeitet folgendermaßen: Es sei angenommen, daß sich die Klappe 19 in einer ihrer Endstellungen befindet. In diesem Zustand ist der Transistor 46 durchgeschaltet, denn seine Basis 48 erhält über die Ankerwicklung des Elektromotors 16 und die Widerstände 50 und 51 eine positive Versorgungsspannung. Der Schaltungspunkt 44 liegt dann auf so niedrigem Potential, daß die Spannung an der Basis 4l des Transistors 40 nicht ausreicht, um diesen Transistor in den leitenden Zustand zu bringen. Dieser Transistor 40 ist also gesperrt.

Wenn nun das bewegliche' Schaltg,lied 11 des Wechselschalters 12 - ausgehend von der in Fig. 1 dargestellten Lage - umgeschaltet wird, wird der Schaltungspunkt 32 an positive Versorgungsspannung gelegt. Das Relais 10 erhält, damit Strom und schaltet die Schaltarme 14 und 15 um. Dadurch wird die Ankerwicklung des Motors umgepolt. Zugleich fließt über die Diode 31, den Kondensator 30 und die Diode 33 ein Ladestrom zu dem Verzögerungsglied 3 und lädt den Kondensator 60 auf. Sobald dieser Kondensator auf einen bestimmten Spannungswert aufgeladen ist, schaltet der Transistor 40 durch, so daß über dessen Kollektor-Emitterstrecke der Motorstromkreis geschlossen wird. Der Elektromotor 16 beginnt sich zu drehen und verstellt die Klappe 19. Zugleich wird über den Widerstand 50 der Transistor 46 gesperrt.

Wesentlich ist, daß der aus den Widerständen 42, 43 und 6l gebildete Basisspannungsteiler des Transistors 40 so bemessen ist, daß dieser gesättigt ist, das heißt im C-Betrieb arbeitet. Bei größeren Strömen ergibt sich dadurch ein besserer Wirkungsgrad und eine geringere Verlustleistung für diesen Endtransistor 40.

Wenn die Klappe 19 auf das Anlaufstück 20 aufläuft, nimmt der Elektromotor einen höheren Strom auf, was zur Folge

409813/026? _ «

ÖRK3INM- INSPECTBB

hat, daß die Kollektor-Emitterspannung des Transistors UO anwächst. Diese Spannungserhöhung v/ird über den Widerstand 50 auf die Basis 4 8 des Transistors 46 übertragen, so daß dieser zu leiten beginnt. Bei wachsender Kollektor-Emitterspannung am Transistor 40 wird also über die Kollektor-Emitterstrecke des Transistors 46 die Basis-Emitterstrecke des Transistors 40 kurzgeschlossen, so daß durch die Rückkopplung über den Widerstand 42 der Motorstrom rechteckförmig abgeschaltet wird. Die Basis 4l des Transistors 40 liegt dann nahezu auf Nullpotential, so daß auch durch eine Änderung des Lastwiderstandes dieses Transistors 40 dieser nicht wieder in den leitenden Zustand gebracht werden kann. Die beiden ■ Transistoren 40 und 46 arbeiten also im Schaltbetrieb, so daß sie nur sehr geringfügig erwärmt werden. Der Motorstrom wird sehr schnell unterbrochen, wenn die Klappe 19 gegen das Anlaufstück 20 stößt. Damit wird eine unzulässige Erwärmung der Ankerwicklung des Elektromotors 16 bzw. deren Zerstörung mit Sicherheit verhindert.

In der Zwischenzeit hat sich der Kondensator 30 aufgeladen, so daß an dem Emitter 39 des Schalttransistors 35 positives Potential anliegt. Die Basis 36 dieses Transistors 35 ist über den Widerstand 37 und das bewegliche Schaltglied 11 des Wechselschalters 12 ebenfalls positiv vorgespannt. Der Transistor 35 ist also gesperrt. Wenn nun der Wechselschalter wieder umgeschaltet wird und das Schaltglied 11 die in Fig. 1 gezeigte Lage eingenommen hat, wird das Relais 10 wieder stromlos, so daß seine Scnaltarme 14 und 15 umgeschaltet werden. Die Ankerwicklung des Elektromotors 16 ist dann so gepolt, daß dieser in der anderen Drehrichtung läuft, sobald ihm Strom zugeführt v/ird.

Nach dem Umschalten des Wechselschalters 12 liegt der Schaltungspunkt 32 und damit über den Widerstand 37 auch die Basis

40981 3/0262

des Transistors 35 auf Nullpötential. Da dessen Emitter 39 an der positiven Spannung des Kondensators 30 liegt, wird der Schalttransistor 35 also leitend, so daß sich der Kondensator 30 über dessen Kollektor-Emitterstrecke, den. Widerstand 34, die Parallelschaltung des Widerstandes 6l und des Kondensators 60 sowie über die Diode 38 entladen kann. Dieser Entladestrom bewirkt, eine Aufladung des Kondensators des Verzogerungsgliedes 3, wodurch schließlich auch der Transistor 40 wieder in den leitenden Zustand gebracht wird, über den Widerstand 50 wird zugleich der bisher leitende Transistor, 46 zunehmend gesperrt, was ein Ansteigen des Potentials am Scha'ltungspunkt 44 bzw. an der Basis 4l des Transistors 40 zur Folge hat, so daß der Transistor 40 sehr schnell völlig durchgeschaltet wird. Der Motor l6 beginnt sich zu drehen und bewegt die Klappe 19 wieder in ihre andere Endstellung.

Wesentlich ist, daß die beweglichen Schaltarme 14 und 15 des Relais 10 umgeschaltet sind, bevor der Transistor 40 in den leitenden Zustand gelangt. Das Relais 10 schaltet also stromlos, so daß deren Relaiskontakte eine hohe Lebensdauererwartung aufweisen. Die Verzögerung des Durchsteuerns des Transistors 40 wird erreicht durch das Verzögerungsglied 3 bzw. den Kondensator 60, wobei noch zu erwähnen ist, daß die Ladezeitkonstante so bemessen wird, daß sie kurz gegen die Laufzeit des Motors aber lang genug ist, um die durch den Widerstand 42 und den Kondensator 60 wirksam werdende Signalverzögerung und die Zeit des Motoranlaufes zu überbrücken. Die angesprochende Ladezeitkonstante ist in erster Linie abhängig von der Größe der Kondensatoren 30 und 60 und dem Wert des Widerstandes

34. .

Die in Fig. 2 dargestellte verbesserte Ausführung der Startschaltung 1 enthält einen weiteren vo'm Relais 10 betätigten Umschalter 70 mit einer beweglichen Kontaktzunge 71 und

- 10 0 9 8 13/0 2.6 2

zwei festen Kontakten 72 und 73. Der eine Kontakt 73 ist an den Nullpunkt 13 der Schaltung geschaltet, während der andere Kontakt 72 mit dem beweglichen ,Schaltglied Il des Wechselschalters 12 elektrisch leitend verbunden ist. Die bewegliche Kontaktzunge 71 ist an den Schaltungspunkt 32 angeschlossen. Außerdem ist parallel zu der Wicklung des Relais 10 ein Widerstand 74 geschaltet. Alle anderen Bauelemente der Startschaltung gemäß Fig. 2 entsprechen derjenigen von Fig. 1 und sind daher mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. In der Wirkungsweise besteht ein Unterschied zu der in Fig. dargestellten Schaltung nur in soweit, als der Kondensator 30 erst aufgeladen wird bzw. beim Umschalten des 'Wechselschalters 12 der Transistor 35 erst durchgesteuert wird, wenn die bewegliche Kontaktzunge 71 umgelegt ist. Damit ist qine wesentlich sicherere lastlose Umschaltung der Sehaltarme 14 undl5 als bei den in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel gewährleistet.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der auf überstrom ansprechende Schalter wiederum als bistabiler Multivibrator ausgebildet. Dem Transistor 40 ist jedoch eine aus den Transistoren 80 und 8l gebildete Darlington-Anordnung vorgeschaltet. Diese Darlington-Anordnung ermöglicht^ durch kleine Kapazitäten relativ große Signalverzögerungen zu erreichen, da die zum Durchsteuern der Transistoren 40, 80, öl notwendigen Basisströme große Werte des Widerstandes 101 ermöglichen.

Die Rückkopplung dieses, bistabilen Multivibrators vom Kollektor 45 des Transistors 46 wird über den Kondensator und den Widerstand 84 bewirkt, die Teil des Verzögerungsgliedes 3 in dieser Schaltanordnung sind. Durch diese Art der Rückkopplung werden rechteckförmige Schaltflanken erreicht, was eine geringere Erwärmung der Transistoren zur Folge hat. Außerdem bewirkt diese Rückkopplung ein schnelleres und zuverlässigeres Ansprechen des überstromschalters.

4098 1 3/0262

2 2 A 71 6

Die Startschaltung 1 enthält einen Transistor 90, dessen Emitter 91 am positiven Pol der Spannungsquelle angeschlossen ist, v?ährend sein Kollektor 92 über einen Widerstand 93 an Masse geschaltet ist. Die Basis 9^ des Transistors 90 ist über eine Diode 95 und einen Kondensator 96 mit dem Schaltungspunkt 97 verbunden, an den die Kontakte 17 des Umsehaltrelais 10 sowie die Kollektoren der Transistoren 40, 8l und 80 angeschlossen sind. An den Schaltungspunkt 98 zwischen der Diode 95 und dem Kondensator 96 ist ein Widerstand 99 gelegt, der andererseits mit dem positivem Pol der-. Spannungsquelle verbunden ist.

Das Verzögerungsglied 3 enthält einen Kondensator 100, der einerseits an Masse, andererseits an den Kollektor 92 des Transistors 90 angeschlossen ist. über den Widerstand

101 ist dieser Kondensator mit dem gemeinsamen Schaltungspunkt

102 des Kondensators 83 und des V/i der.Standes 8*J verbunden.

Die Schaltanordnung nach Fig. '3 arbeitet folgendermaßen:" Es sei-wiederum angenommen, daß sich die. bewegliche Klappe in einer ihrer Endstellungen befindet und der Transistor 40 sowie die Transistoren 8l und 80 gesperrt sind, während der Transistor 46 durchgeschaltet ist. Durch die -Ankerwicklung des Elektromotors -16 fließt also nur ein geringer Strom, dessen Größe im wesentlichen durch den Wert des Widerstandes 50 bestimmt ist.

Am Schaltungspunkt 97 liegt über die Schaltarme lh und 15 sowie die Ankerwicklung des Elektromotors 16 positives Potential. Der Kondensator 96 ist entladen. Der Transistor ist gesperrt. .

Wird nun der Viechseischalter 12 betätigt, so werden die Schaltarme lh und 15 umgeschaltet. Sobald sich jedoch das bewegliche Schaltglied 15 von dem Kontakt 17 löst, kann

4098 13/02 62

sich der Kondensator 96 über die Emitter-Basisstrecke des Transistors 90, die Diode 95, den Widerstand 50 und die Basis-Emitterstrecke des Transistors 46 aufladen, denn an dem Schaltungspunkt 97 liegt nun kein positives Potential mehr. Der Transistor 90 wird damit durchgeschaltet, so daß über dessen Kollektor-Emitterstrecke der Kondensator 100 aufgeladen wird. Diese Aufladung des Kondensators 100 erfolgt solange, bis der Schaltarm 15 auf dem festen Kontakt 18 und der Schaltarm 14 auf dem festen Kontakt 17 aufliegt. Dann liegt am Schaltungspunkt 97 wieder positives Potential, so daß der Transistor 90 wieder gesperrt wird.

Die Ladung des Kondensators 100 wird über den Widerstand 101, den Kondensator 83 und den Widerstand 84 sowie die Kollektor-Emitterstrecke des Transistors 46, der in diesem Moment noch durchgeschaltet ist, verzögert abgebaut. Sobald die Spannung an dem Kondensator 83 einen Wert erreicht hat, der oberhalb der Schwellspannung der Darlington-Anordnung, bestehend aus den Transistoren 80 und 8l, sowie der Basis-Emitterspannung des Transistors 40 liegt, werden diese Transistoren durchgeschaltet, wobei ein nahezu rechteckformxger Einschaltimpuls an ihren Kollektoren gemessen wird. Der Elektromotor l6 erhält damit Strom, so daß die Klappe 19 verstellt wird. Während dieser Zeit ist der Transistor 46 gesperrt. Sobald die Klappe 19 gegen eines der Anlaufstücke 20 stößt, wird der Transistor 46 - wie dies schon bei der Schaltung nach Fig. 1 beschrieben wurde aufgesteuert. Das Potential am Kollektor 45 wird über den Kondensator 83 und den Widerstand 84 auf die 3asis 4l der Darlington-Anordnung übertragen, wodurch diese schnell wieder gesperrt wird. Der StartVorgang kann dann von neuem beginnen.

Die in Fig. 4 gezeigte Schaltanordnung einer verbesserten Ausführung unterscheidet sich von der nach Fig. 3 zunächst dadurch, daß zur Begrenzung des Ladestromes des Kondensators

409813/0262 - 13 -

96 ein Widerstand 110 vorgesehen ist, durch den zugleich auch der Transistor 90 geschützt wird. Insbesondere durch Kontaktpreller beim Umschalten der Schaltarme 14 und des Relais 10 wird nämlich der Kondensator 96 mehrfach umgeladen .und der durch die Basis-Emitter-Diode des Transistors 90 fließende Ladestrom könnte diesen zerstören.

Außerdem ist parallel zum Motor 16 eine Diode 111 geschaltet, durch die verhindert werden soll, daß die Abschaltströme die Transistoren 80, 8l und 40 zerstören. Diese Diode 111 wurde zunächst nicht für erforderlich gehalten, weil durch den Kondensator 83 an der Basis des Transistors 80 die Spitzen der Abfallströme sich nicht mehr so störend auswirken können. Es hat sich aber gezeigt, daß bei einer Abschaltung der gesamten Anlage von der Versorgungsspannung diese Spitzen immer noch zu hoch sind.

Durch den ebenfalls neu eingefügten Emitterwiderstand wird wegen der Stromgegenkopplung eine Einengung der Parameter der Transistoren 80, 8l, 40 erreicht. Dadurch wird außerdem ein einheitlicheres Schaltverhalten auch bei größeren Abweichungen der Transistorparameter erzielt.

Eine weitere Verbesserung in dieser Richtung bewirkt der Widerstand 113, der zvrischen Kollektor und Emitter des Transistors 46 geschaltet ist. Das Verhältnis der Widerstände 43 und 113 wird dabei so dimensioniert, daß bei gesperrtem Transistor 46, also während des Motorlaufs, die Spannung am Kollektor 45 der Spannung entspricht, die an der Basis des Transistors 80 notwendig ist um die Transistoren 80,81 und 40 durchgesteuert zu halten. Die Spannung am Kollektor 45 wird über den Widerstand 84 und den Kondensator 83 auf die Basis des Transistors übertragen. Die Schaltspannung setzt sich additiv zusammen

409813/0262 -14-

aus den Basis-Emitterspannungen der Transistoren 8o, 8l und 40 plus der an dem Widerstand 112 durch den Motorstrom hervorgerufenen Spannung. Die Schaltspannung ist damit eine Punktion des Motorstromes, da die Basis-Emitterspannungen im betrachteten Bereich als nahezu konstant angesehen werden können. Die Transistoren 80, 81, und ^O v/erden also durch die am Kollektor 45 des Transistors 46 anliegende Spannung gesteuert. Durch geeignete Wahl des Gegenkopplungswiderstandes 112 im Vergleich zu dem Wert des Motorwiderstandes kann die Spannungsverstärkung der Transistoranordnung 80, 8l und 40 in bestimmten Grenzen genau eingestellt werden. Die Gesamtanlage arbeitet damit weitgehend stromverstärkungsunabhängig. Die Abhängigkeit der Schaltzeiten und Schaltwellen von den Trans is torpar ame tern wird dadurch weiter verringert.

Ein weiteres, sehr wesentliches Merkmal der in Fig. 4 dargestellten Schaltanordnung ist darin zu sehen, daß zwischen die Kollektoren der Transistoren 80, 8l und 40 sowie der Basis des Transistors 80 eine Zenerdiode H¹J geschaltet ist. Durch diese Zenerdiode wird erreicht, daß bei gesperrtem Transistoren 80, 8l und 40 eine bestimmte, von der Zenerdurchbruchsspannung und der Versorgungsspannung abhängige Haltespannung am Motor ansteht, die dafür sorgt, daß das zu verstellende Element, beispielsweise also eine Klapne, auch bei größerer Erschütterung in der Endstellung verbleibt. Das ist besonders dann von Bedeutung, wenn die Klappe in sogenannten Abgasrückführungssystemen in Kraftfahrzeugen eingesetzt wird, denn es hat sich gezeigt, daß bereits eine Leckrate von 2 % eine Abgasverschlechterung von 50 % zur Folge hat.

Die Zenerdiode 114 bewirkt, daß die Spannung an den Kollektoren der Transistoren 80, 8l und 40 nicht über einen bestimmten Wert hinaus ansteigen kann. Wenn nämlich

409813 7 0262

- 15 -

die Spannung höher würde als die Durchbruehsöpannung der Zenerdiode, könnte über diese ein Strom zur Basis des Transistors 80 fließen., was eine Aufsteuerung dieses Transistors sowie der nachgeschaltefcen Transistoren 8l und 40 zur Folge hätte. Die Spannung an den Kollektoren würde dann wieder sinken. Die Transistoren 80, 8l und 40 stellen also zusammen mit der Zenerdiode 114 eine Leistungszenerdiode dar.

Diese Lösung mit der Zenerdiode 114 ist wesentlich einfacher und billiger als eine mechanische Bremse an Motor und Klappe und arbeitet wesentlich zufriedenstellender. Es ist gewährleistet, daß auch bei größeren Erschütterungen, wie sie beim Betrieb eines Kraftfahrzeuges vorkommen, die Klappe in ihrer Endstellung verbleibt und ihre Funktion einwandfrei erfüllt.

Die bisher beschriebenen Abweichungen der Schaltung gemäß Fig. 4 von der nach Fig. 3 sind je für sich unabhängig. Bei einer Schaltung mit dem Widerstand 113 zwischen Kollektor und Emitter des Transistors 46, also bei Einführung der Spannungssteuerung, kann aber die Zenerdiode Il4 durch einen Widerstand 115, der gestrichelt eingezeichnet ist, ersetzt werden. Dann bestimmt die Größe der Widerstände 84 und 115 die am Motor anliegende Haltespannung, denn der Motorström kann über den Widerstand 115, den Widerstand 84 und den in den Endlagen der Klappe durchgeschalteten Transistor 46 schließen. Dieser Ersatz der Zenerdiode 114 durch den Widerstand 115 ist nur dann sinnvoll, wenn die Transistoren 8O₃ 81 und 40 spannungsgesteuert werden, weil sonst der durch den Widerstand 115 in die Basis des Transistors 80 fließende Strom bei Transistoren mit unterschiedlichen Parametern ein nicht genau definiertes Verhalten der Transistoren zur Folge haben könnte.

Schließlich ist bei der Schaltung nach Fig. 4 noch eine Verpolschutzdiode 116 vorgesehen.

409 8 13/0262

— Λ

2 ? L 7 1 R 7

Als Vorteil der Schaltunpen nach Fig. 3 und 4 ist besonders hervorzuheben, daß durch die Rückkopplung über den Widerstand 101 nur die Anlaufschwelle der Darlington-Anordnung erreicht werden muß, während bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 der zum Motoranlauf notwendige Basisstrom für den Transistor Ί0 geliefert werden mußte. Durch die Kombination des Widerstandes 99 und des Kondensators 96 wird eine definierte Wiederbereitschaftszeit erreicht. Weiter ist bemerkenswert, daß Kontaktprellen also ein mehrfaches sehr schnelles Abheben oder Anschlagen der Kontakte beim Ums ehaltVorgang sich nicht störend auswirken, denn sie bewirken ein Nachladen des Kondensators 96 und ein verstärktes Aufladen des Kondensators 100. Außerdem kann ein übliches Relais mit zwei Wechslern verwendet werden. Allen drei beschriebenen Schaltungsausführungen ist gemeinsam, daß ein Endlagenschaltcr nicht erforderlich ist, daß vielmehr der Motor erst dann abgeschaltet wird, wenn das bewegliche Element gegen seinen Anschlag stößt. Die Funktion der Dichtklappe ist deshalb unbeeinflußt von mechanischen Verschleißerscheinungen oder Wärmedehnungseinflüssen. Das Relais wird stromlos geschaltet, so daß die Relaiskontakte fast keinem Verschleiß unterliegen. Die gesamte Schaltung arbeitet sehr zuverlässig, wobei die Dimensionierung der einzelnen Elemente unkritisch ist.

In den Ausführungsbeispielen ist dargestellt, daß die Schaltanordnung durch einen willkürlich betätigbaren Wechselschalter in Gang gesetzt wird. Anstelle dieses Wechselschalters kann auch eine andere Schaltanordnung dienen, die für eine bestimmte Zeit einen positiven Spannungsimpuls liefert.

Die Schaltanordnung ist bestens geeignet für solche Stellantriebe, bei denen das zu bewegende Element von einer Endstellung in die andere bewegt werden soll, ohne daß diese Bewegung in einer Zwischenstellung unterbrochen wird.

098 1 3/02 6 2 - 17 -

Claims (21)

1. Ansprüche

   (rl/. Schaltanordnung für einen in beiden Drehrichtungen betreibbaren Elektromotor, durch den ein bewegliches Element, beispielsweise eine Klappe in Klimaanlagen oder eine Autoantenne, von einer Endstellung in eine andere bewegbar ist, mit einem Wechselschalter, an den ein Relais angeschlossen ist, über das die Richtung des Motorstromes umkehrbar ist, gekennzeichnet durch einen auf überstrom ansprechenden Schalter (2) im Motorstromkreis und durch eine von dem Wechselschalter (12) beeinflußbare Startschaltung (1) mit einem Verzögerungsglied (3), durch das beim Umschalten des Wechselschalters (12) der Schalter (2) im Motorstromkreis verzögert in den leitenden Zustand bringbar ist.
2. 2. Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter ein Transistor (4o) ist, dessen Kollektor-Emitterstrecke in den Motorstromkreis geschaltet ist und der mit einem zweiten Transistor (46) einen bistabilen Multivibrator bildet.
3. 3. Schaltanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

   die Basis (¹Il) des in den Motorstromkreis geschalteten Transistor (40) an den Abgriff eines Spannungsteilers geschaltet ist, der so bemessen ist, daß bei normalem.Motorstrom dieser Transistor gesättigt ist.

   - 18 409813/0262
4. 4. Schaltanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor (45) des zweiten Transistors (46) mit der Basis (41) des ersten Transistors (40) über einen Widerstand (42) verbunden ist, der Teil des Spannungsteilers ist.
5. 5. Schaltanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis (48) des zweiten Transistors (46) über einen V/iderstand (50) mit dem Kollektor (52) des in den Motorstromkreis geschalteten Transistors (40) verbunden ist.
6. 6. Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Startschaltung (1) einen Kondensator (30) enthält, dessen Lade- bzw. Entladestror: jeweils beim Umschalten des Wechselschalters (12) dem Verzögerungsglied (3) zugeführt wird.
7. 7. Schaltanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe zu dem Kondensator (30) eine erste Diode (31) geschaltet ist, daß parallel zu diesen Bauelementen die Kollektor-Emitterstrecke eines Schalttransistors (35) geschaltet ist, der beim Umschalten des Wechselschalters (12) durchgesteuert wird, daß die Parallelschaltung einerseits mit dem Wechselschalter (12) verbindbar ist und andererseits an den Eingang des Verzögerungsgliedes

   40981 3/0262

   - 19 -

   ? ? /₊ 71

   (3) angeschlossen ist und daft der Ausgang des Verzögerungsgliedes (3) über eine zweite Diode (37) mit dem Kondensator (30) verbunden ist, wobei die Dioden (33 und 37) derart gepolt sind, daß der Kondensatorladestrom über die erste Diode (33) und der Entladestrom über die Kollektor-Emitters trecke des Transistors (35) und die zweite Diode (37) das Verzögerungsglied (3) in gleicher Richtung durchfließen.
8. 8. Schaltanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität des Kondensators (30) und der Wert des Widerstandes (3^JO so bemessen sind, daß die Ladezeitkonstante kurz gegenüber der Laufzeit des Motors, aber lang gegenüber der Zeit des Mot or^-anl aufs ist,
9. 9. Schaltanordnung nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Parallelschaltung über eine Diode (31) und die Basis (36) des Schalttransistors (35) vorzugsweise über einen Widerstand (37) an einen Schaltungρunkt (32) angeschlossen sind, der mit einem Kontakt.des Wechselschalters (12) verbindbar ist·, an den das Relais (10) angeschlossen ist. . .
10. 10. Schaltanordnung nach Anspruch S, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltungspunkt (32) an die bewegliche Kontaktzunge (71) eines vom Relais (10). betätigten Umschalters (70) geschaltet ist, dessen einer Kontakt (72) an den Wechselschalter .(12) angeschlossen ist und dessen anderer Kontakt (73) an Masse liegt,

    409813/0262

    ??Λ7167
11. 11. Schaltanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verzögerungsglied (3) einen Widerstand (34) und einen Kondensator (60) enthält, der zwischen Basis (¹Il) und Emitter des in den Motorstromkreis geschalteten Transistors (40) geschaltet ist.
12. 12. Schaltanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kondensator (100) über die Kollektor-Emitterstrecke eines Transistors (90) Strom zugeführt wird, wobei Mittel vorgesehen sind, durch die dieser Transistor (90) nur während des ümschaltens des Umschaltrelais (.10) in den leitenden Zustand bringbar ist.
13. 13. Schaltanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 5 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis (9¹I) des Transistors (90) mit dem Kollektor (52) des in den Motorstromkreis geschalteten Transistors (¹IO) über einen Kondensator (96) verbunden ist.
14. 14. Schaltanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (96) über einen Widerstand (99) mit dem positiven Pol einer Spannungsquelle verbunden ist.
15. 15. Schaltanordnung nach Anspruch 13 oder lh, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Basis (9*0 des Transistors (90) und den Kollektor (52) des in den Motor-

    4098 13/0262

    -2J-

    ?7Λ7167

    Stromkreis geschalteten Transistors (¹JO) neben dem Kondensator (96) mindestens noch ein den Ladestrom dieses Kondensators begrenzender Widerstand (110) geschaltet ist.
16. 16. Schaltanordnung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur

    • Ansteuerung des in den Motorstromkreis geschalteten Transistors (²IO) eine Darlington-Anordnung (80, 8l) vorgesehen ist.
17. 17. Schaltanordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß in den Emitterstromkreis des Transistors (²IO) zur Stromgegenkopplung ein Widerstand (112) geschaltet ist.
18. 18. Schaltanordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Emitter und Kollektor des Transistors (46) ein Widerstand (113) geschaltet ist und der Kollektor mit dem Pluspol der Spannungsquelle über einen Widerstand (43) verbunden ist, wobei das Verhältnis dieser Widerstände (113 bzw. 43) so gewählt ist, daß bei gesperrtem Transistor (46) an dessen Kollektor

    (45) die an der Basis des Transistors (80) erforderliche Schaltspannung anliegt.

    4098 1-3/02 6 2

    ??/₄7167
19. 19. Schaltanordnung, insbesondere nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, durch die auch in Ruhestellung des bewegbaren Elements eine Haltespannung an den Motor anlegbar ist, die so gepolt ist, daß das bewegbare Element gegen den Anschlag gedrückt wird.
20. 20. Schaltanordnung nach Anspruch 19> dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Kollektoren der Transistoren (80,

    8l, ^0> und die Basis des Transistors (80) eine Zenerdiode geschaltet ist.
21. 21. Schaltanordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Kollektoren der Transistoren (80, 8l, 40) sowie die Basis des Transistors (80) ein Widerstand (115) geschaltet ist.

    09813/0262

    Leerse i t e