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Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuerschaltung für einen aus
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einer Spannungsquelle gespeisten Elektromotor, insbesondere für einen
Scheibenwischermotor mit Endlagenschalter in einem Kraftfahrzeug, bei der der Elektromotor
über den Arbeitskontakt eines Relais an die Spannungsquelle anschließbar ist und
bei der der Erregerstrom des von einem Verstärker in Abhängigkeit von der Taktfrequenz
eines am Eingang des Verstärkers angeschlossenen Zeitschalters eingeschaltet wird.
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Aus der DE-OS 26 43 567 ist eine Steuereinrichtung für einen Scheibenwischermotor
mit Endschalter bekannt, bei der der Motor über den Arbeitskonakt eines Relais an
der Speisespannungsquelle anschließbar ist und bei der der Erregerstrom des Relais
von einem insbesondere transistorisierten Verstärker in Abhängigkeit von der Zeitkonstanten
eines am Eingang des Verstärkers liegenden Zeitgliedes eingeschaltet und synchron
mit dem am Eingang des Verstärkers angeordneten Endschaltet abgeschaltet wird.
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Derartige Steuereinrichtungen für den kontinuierlichen und intermittierenden
Betrieb von Elektromotoren, insbesondere von Scheibenwischermotoren von Kraftfahrzeugen,
weisen einen Schalter mit mehreren Schaltstellungen auf, von denen eine dem Steuerbetrieb
des Scheibenwischermotors und eine andere dem Antrieb des Motors über eine Intervallschaltung,
d.h. einer kurzzeitigen Einschaltung des Motors, zugeordnet ist. Die bekannten Intervallschaltungen
enthalten elektronisch -gesteuerte Zeitschaltungen, bei denen die Dauer die Schaltintervalle
durch die veränderbare Aufladezeit eines Kondensators bestimmt wird. Dabei besteht
der einstellbare Zeitgeber im wesentlichen aus einer Verstärkerschaltung mit einer
Widerstands-Kondensator-Kombination. Das Wischintervall wird dabei
durch
den Zeitabschnitt bestimmt, in dem der Kondensator z.B. auf ein vorbestimmtes Potential
aufgeladen wird.
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Bei derartigen Kraftfahrzeug-Wischanlagen muß verhindert werden, daß
bei einem geringen Niederschlag die Scheibenwischer blätter trockenlaufen, was zu
einer starken Beanspruchung von Wischblättern, Wischermotor und Windschutzscheibe
führt und bei starkem Niederschlag die Scheibenwischer eine nicht ausreichende Wischfrequenz
aufweisen. Es ist daher wünschenswert, daß der Scheibenwischer mit einem Rhythmus
arbeitet, welcher der unterschiedlichen Niederschlagsmenge angepaßt ist. Zur Veränderung
des Wischintervalls entsprechend den Witterungsbedingungen läßt sich de Zeitkonstante
der Widerstands-Kondensator-Kombination verändern, und zwar vorzugsweise durch Änderung
des Widerstands, insbesondere durch Änderung des Widerstands eines Potentiometers.
Das Ein- und Ausschalten des Wischbetriebes und die Veränderung des Wischintervalls
erfolgt dabei in unterschiedlicher Weise, beispielsweise in der Art, daß der Schalter
mehrere Schaltstellungen hat, von denen eine den Dauerbetrieb des Scheibenwischermotors
und eine andere dem Antrieb des Motors über die Intervallschaltung, d.h. der kurzzeitigen
Einschaltung des Motors, zugeordnet ist. Insbesondere- dann, wenn mehrere Geschwindigkeiten
für den Scheibenwischermotor einschaltbar sein sollen, was ebenfalls über verschiedene
Stellungen des Schalters geschieht, muß der Schalter mit einer relativ großen Anzahl
von Schaltstel ungen ausgerüstet sein. Insbesondere beim schnellen Fahren ist es
aber dem Fahrer nicht zuzumuten, darauf zu achten, daß er jeweils die richtige der
großen Zahl von Schaltstellungen ausgewählt hat.
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Ist der Zeitgeber mit einem stetig veränderbaren Schaltelement aufgebaut,
so erfordert die Einstellung des Wischintervalis die Beobachtung des Einstellmittels
beispielsweise auf einer Skala. Der Fahrer wird häufig die gewünschte Wisch-Intervall-Länge
nur ungefähr treffen, so daß er anschließend wenigstens eine Korrektur vornehmen
muß. Bei unstetigen Einstellmitteln, beispielsweise Stufenschaltern, kann zwar die
Beobachtung des Einstellmittels entfallen, hiermit ist jedoch nur eine begrenzte
Anzahl von Wischintervallen vorgebbar, wenn nicht die gleichen Schwierigkeiten wie
bei der stetigen Einstellung auftreten sollen. In beiden Fällen ist ein optimales
Einstellen der Wischintervalle und Umschalten in den Dauerbetrieb der Scheibenwischanlage
mit getrennten Schaltern oder unterschiedlichen Schaltstellungen nur durch Beobachtung
der Einstellmittel möglich, wobei der Fahrer in gefährlicher Weise vom Verkehr abgelenkt
wird und sich somit das Unfallrisiko erhöht.
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Es sind weiterhin Steuerschaltungen der genann-ten Art bekannt, bei
denen zwar eine erleichterte Bedienbarkeit zur Einstellung der Wischintervalle und
auch zur Umschaltung in den Dauerlaufbetrieb gegeben ist, die aber bezüglich des
Zeitgebers und der Einstellmittel für die Wischintervalle durch Verwendung einer
Vielzahl diskreter, d.h. einzelne Funktionen ausüben der Bauelemente, aufwendig
und störanfällig sind. Eine auch unter schwierigen Bedingungen funktionsfähige Steuereinrichtung
ist aber zur Erhöhung der Verkehrssicherheit eines Kraftfahrzeuges unbedingt erforderlich.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Steuerschaltung für
einen aus einer Spannungsquelle gespeisten Elektromotor, insbesondere für einen
Scheibenwischermotor in einem Kraftfahrzeug, anzugeben, die ein schnelles Einstellen
einer gewünschten Intervalldauer sowie
eine exakte Vornahme von
Korrekturen gegenüber einer vorangegangenen Einstellung ermöglicht, ohne die Aufmerksamkeit
des Fahrers zu beanspruchen, und dabei eine kontinuierliche Einstellbarkeit der
Wischintervalle von Dauerlauf bis zu Pausenzeiten von z. B. 10 Sek.
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und mehr ermöglicht und demzufolge keine Umschaltung von kontinuierlichem
Betrieb auf intermittterenden Betrieb und umgekehrt erforderlich macht. Gleichzeitig
soll sich die Steuerschaltung durch eine hohe Zuver'ässigkeit und geringen Herstellungsaufwand
auszeichnen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Steuerschaltung gelöst,
deren kennzeichnende Merkmale darin bestehen, daß der Zeitschalter einen an sich
bekannten Timer vom Typ NE 555, 1CM 7555 oder dergleichen enthält, an dessen Triggereingang
einerseits und an dessen Endladeausgang andererseits ein Potentiometer angeschlossen
ist, zwischen dessen Ausgang und dessen Triggereingang die Reihenschaltung eines
ersten Widerstandes und einer anodenseitig mit dem Ausgang des Timers verbundenen
ersten Diode geschaltet ist, dessen Triggereingang des weiteren über einen Kondensator
mit Masse und dessen Ausgang sowohl über einen ersten Kondensator mit Massepotential
als auch mit dem Steueranschluß des Verstärkers verbunden ist.
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Günstige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den kennzeichnenden
Merkmalen der Unteransprüche, wobei insbesondere die Intergration des Einstellpotentiometers
in den Scheibenwischerschalter besonders vorteilhaft im Hinblick auf eine einfache
Bedienbarkeit ist und damit zu einer erhöhten Verkehrssicherheit beiträgt.
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Mit der erfindungsgemäßen Steuerschaltung ist ein schnelles Einstellen
einer gewünschten Intervalldauer sowie eine exakte Vornahme von Korrekturen gegenüber
einer vorangegangenen Einstellung gewährleistet, ohne dabei die Aufmerksamkeit des
Fahrers besonders zu beanspruchen. Zugleich wird eine kontinuierliche Einstellbarkeit
der Wischintervalle von Dauerlauf bis zu beliebig langen Pausenzeiten ermöglicht,
so daß keine Umschaltung von kontinuierlichem Betrieb auf intermittierenden Betrieb
und umgekehrt erforderlich wird. Durch die Verwendung eines handelsüblichen und
preiswerten integrierten Schaltkreises sowie eine geringe Anzahl einfacher Bauelemente
sind geringe Herstellungskosten gewährleistet, ohne daß die hohe Zuverlässigkeit
der Schaltung beeinträchtigt wird. Als weiterer Vorteil der Erfindung ist anzusehen,
daß der Wischermotor nur eine einzige Wicklung besitzt, was den Motor leichter,
einfacher und billiger macht.
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Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles
soll der der Erfindung zugrundeliegende Gedanke näher erläutert werden. Es zeigt:
Fig. 1 ein Schaltbild eines an sich bekannten integrierten Schaltkreises vom Typ
NE 555, Fig. 2 ein Schaltbild der erfindungsgemäßen Steuerschaltung unter Verwendung
des in Fig. 1 dargestellten integrierten Schaltkreises und Fig. 3 ein Schaltbild
der Charakteristik des in dem Schaltkreis verwendeten Potentiometers.
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Der in Fig. 1 dargestellte Timer NE 555 ist an sich bekannt und beispielsweise
unter der Typenbezeichnung ICM 7555 als CMOS-Timer von der Fa. Spezial-Electronic
KG angeboten. Da es sich um einen handelsüblichen Timer handelt, kann er unter anderen
Bezeichnungen auch von zahlreichen weiteren Schaltkreis-Herstellern bezogen werden.
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Der Timer NE 555 enthält einen internen Spannungsteiler mit den Widerständen
R5, mit denen die Umschaltschwellen auf die Werte 1/3V bzw. 2/3V der an den Anschluß
8 des Timers angelegten Versorgungsspannung festgelegt werden. Mit Hilfe des Anschlusses
5 des Timers können diese Umschaltschwellen in gewissen Grenzen variiert werden.
Weiterhin enthält der Timer zwei Komperatoren K1 und K2 sowie ein Flip-Flop FF,
das aus zwei NAND-Gattern gebildet wird, sowie einen mit seinem Steueranschluß mit
dem Ausgang des Flip-Flops FF über einen Widerstand verbundenen Transistor T1 .
Der Anschluß 4 des Timers wird ebenso wie der Anschluß 8 an die positive Klemme
der Versorgungsspannung +V angeschlossen, während der Emitter des Transistors T1
und das andere Ende des Spannungsteilers R5 an Massepotential GND gelegt sind.
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An die Anschlüsse 2 und 6 des Timers werden Triggerimpulse angelegt
und an den Anschluß 7 ein sogenannter Entladeimpuls, der im allgemeinen einem zeitbestimmenden
Impuls entspricht. Die Ausgangsspannung bzw. der Ausgangsimpuls wird am Anschluß
3 des Timers abgegriffen.
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Übersteigt das Potential an den Anschlüssen 2 bzw. 6 durch Anlegen
eines Impulses die obere Umschaltschwelle 2/3V am invertierenden Eingang des Komperators
K2 so wird die Ausgangsspannung des
Komperators K2 R = L (Low).
Damit geht die Ausgangsspannung des Flip-Flop FF in den L-Zustand, d.h. es wird
zurückgesetzt und der Transistor T1 leitend. Beim Unterschreiten der unteren Einschaltschwelle
1/3V am nichtinvertierenden Eingang des Komparators K1 wird der Ausgang dieses Komparators
5 = L und das Flip-Flop FF kippt zurück. Die Ausgangsspannung geht in den H (high)-Zustand
und der Transistor T1 sperrt bis wiederum die obere Einschaltschwelle 2/3V erreicht
wird. Mit dem Entladeausgang 7 des Timers wird ein bei Leitendwerden des Transistors
T1 zeitbestimmender Kondensator entladen, dessen Aufladezeit die Frequenz des Ausgangss
ignals bestimmt, d. h. diese Ausgangsimpulsdauer entspricht der Zeit, die das Kondensatorpotential
benötigt, um von Null auf die obere Umschaltschwelle 2/3V anzusteigen.
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Das in Fig. 2 dargestellte Schaltbild der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung
zeigt den Timer T, dessen Anschlüsse 4 und 8 über eine Diode D3 zwei Schalter S1
und S2 an die positive Klemme der Vee sorgungsspannung +V angeschlossen sind. Der
Schalter S1 stellt den Zündschalter eines Kraftfahrzeuges dar, während der Schalter
S2 einen Tastkontakt a zum Tipp-Wischen und einen zweiten Schaltkontakt b zum Dauer-
und Intervallwischen ausweist. Mittels Schließens bzw. kurzzeitigen Schließens beider
Schalter wird die Steuerschaltung in Betrieb gesetzt. Zwischen die positive Klemme
der Versorgungsspannung und Massepotential ist eingangsseitig parallel geschaltet
ein dritter Kondensator C3 zum Schutz der Steuerschaltung.
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Der Timer T weist die in der Fig. 1 beschriebenen Ein- und Ausgänge
1 - 8 auf. Die Eingänge 4 und 8 sind über die Diode D3 an die positive Klemme der
Versorgungsspannung angeschlossen, während der Anschluß 1 an Massepotential angeschlossen
ist. Die Triggereingänge 2 und 6 snd miteinander verbunden und an das eine Ende
eines
Potentiometers P angeschlossen, während das andere Ende des
Potentiometers mit dem Entladeausgang 7 des Timers T verbunden ist.
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Die Triggereingänge 2 und 6 des Timers T sind über einen zweiten Kondensator
C2 mit Massepotential GND verbunden. Zwischen den Ausgang 3 des Timers T und die
Triggereingänge 2 und 6 ist die Reihenschaltung einer ersten Diode D1 und eines
ersten Widerstandes R1 geschaltet. Die erste Diode D1 ist dabei anodenseitig mit
dem Ausgang 3 des Timers T verbunden. An den Ausgang des Timers T ist weiterhin
ein erster Kondensator Cl, dessen andere Elektrode mit Massepotential GND verbunden
ist, sowie der Mittenabgriff eines Spannungsteilers mit den Widerständen R2 und
R3 angeschlossen. Ebenfalls mit dem Mittenabgriff des Spannungsteilers R2, R3 ist
über einen vierten Widerstand R4 der Steueranschluß eines Transistors T2, im Ausführungsbeispiel
eines Darlington-Transistors angeschlossen Während der Emitter des Darlington-Transistors
T2 direkt mit Massepotential verbunden ist, ist zwischen den Kollektor des Darlington-Transistors
T2 und der positiven Klemme der Versorgungsspannung +V die Parallelschaltung einer
zweiten Diode D2 mit anodenseitigem Anschluß am Kollektor des Darlington-Transistors
T2 und der Steuerwicklung eines Relais Rel geschaltet. Die zweite Diode D2 dient
dabei dem Schutze des Darlington-Transistors gegen überhöhte induktive Spannungen.
Der Schaltkontakt K des Relais Rel verbindet den Scheibenwischermotor M mit der
positiven Klemme der Versorgungsspannung bzw. in Ruhelage mit einem Kontakt 31 b
des Endlagenschalters S3, der in bekannter Weise mechanisch mit dem Scheibenwischermotor
M verbunden ist. Dieser Endlagenschalter S3 schaltet die Klemme 53 des Scheibenwischermotors
entweder an die Klemme 53a und damit an die positive Versorgungsspannung +V oder
an die Klemme 31 und damit an Masse. In diesem Ausführungsbeispiel
sind
mit den Ziffern für die Klemmen die üblichen Klemmenbezeichnungen verwendet worden.
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Aus der beschriebenen Steuerschaltung ergibt sich die folgende Funktionswe
ise: Das Potentiometer P, dessen Charakteristik derart gestaltet iSt, daß sich nach
einem bestimmten Stellweg der Widerstandswert von Null auf einen vorgegebenen Grundwiderstandswert
einstellt, schaltet den Timer T durch von Dauerlauf bis zu einer Zeit von z.B. 10
Sek. oder mehr je nach Ausführung des Potentiometers bzw. des Kondensators 02.
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Zur Impulssteuerung und Bestimmung der Taktfrequenz dienen der zweite
Kondensator C2 sowie die mit den Anschlüssen 2 und 3 des Timers T verbundene Reihenschaltung
der ersten Diode D1 mit dem ersten Widerstand R1. Der Grundtakt wird bei der erfindungsgemäßen
Steuerschaltung durch den am Potentiometer P eingestellten Widerstandswert und die
Kapazität des zweiten Kondensators C2 bestimmt.
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Die Impulslänge zum Einschalten des Relais Rel wird mittels der Reihenschaltung
der ersten Diode D1 und des ersten Widerstandes R1 bestimmt. Wird der Timer T an
Spannung gelegt, so gibt er bei Erreichen seiner oberen Einschaltschwelle je nach
Einstellung des Potentiometers P einen Impuls am Ausgang 3 ab. Dieser Impuls wird
auf den ersten Kondensator C1 gegeben, der sich auflädt. Entsprechend der Arbeitspunkte
ins tellung mittels der Spannungste ilerwiderstände R2 und R3 wird der Steueranschluß
des Darlington-Transistors T2 über den Widerstand R3 bei Überschreiten eines bestimmten
Potentials angesteuert, Der Darlington-Transistor T2 schaltet bei positiv angelegter
Spannung die Erregerwicklung des Relais Rel ein.
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Das dadurch bewirkte Anziehen der Relaiskontakte K verursacht ein
Anlaufen des Scheibenwischermotors M, da die Klemme 53 des Scheibenwischermotors
M mit der positiven Klemme der Versorgungsspannung +V verbunden wird. Ist der Scheibenwischermotor
M
aus seiner Ruhestellung soweit herausgelaufen, daß die Schaltstrecke
des Endlagenschalters S3 berührt ist, übernimmt der Endlagenschalter S3 durch Verbinden
der Klemme 53 bzw. 31 b mit der Klemme 53a bzw. der positiven Klemme der Versorgungsspannung
V den Motorstrom bis nach Ablauf eines Wischzyklus der Endlagenschalter S3 wieder
umgeschaltet wird und somit die Klemme 53 des Scheibenwischermotors M mit der Klemme
31 bzw. Massepotential verbindet. In der Rücklaufphase der Scheibenwischerblätter
nach dem Ausschalten des T ipp-Wischkontaktes bzw. nach dem Ausgangssignal der Steuerschaltung
wird somit die Stromversorgung des Scheibenwischermotors mittels des Endlagenschalters
S3 sichergestellt bis die Scheibenwischerblätter wieder ihre Parkstellung, d.h.
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die Ausgangsstellung eingenommen haben.
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Ist das Potentiometer P auf einen mittleren Widerstandswert eingestellt,
so daß ein Intervallbetrieb vorliegt, so fällt nach dem Anlaufen des Scheibenwischermotors
M das Relais Rel in Abhängigkeit von der Di-mensionierung des ersten Widerstandes
R1 wieder ab, bevor der Scheibenwischermotor M seine Parkstellung erreicht hat,
so daß der Scheibenwischermotor stehen bleibt.
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Ist der Widerstandswert am Potentiometer P dagegen so klein eingestellt,
daß der nächstfolgende Ausgangsimpuls des Timers T bereits vor oder mit dem Erreichen
der Parkstellung am Darlington-Transistor T2 ansteht, so bleibt das Relais Rel weiterhin
angezogen, so daß sich der Scheibenwischermotor M im Dauerlaufbetrieb befindet.
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Der Widerstandswert R1 muß so groß sein, daß die Anzugszeit des Relais
Rel so groß ist, daß der Scheibenwisshermotor M aus der Parkstellung sicher herausläuft.
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Nach dem Einschalten des Schalters S2 bestimmt somit allein die Stellung
des Schleifers des Widerstandspotentiometers P, ob Dauerlaufbetrieb oder Intervallbetrieb
mit einer beliebig einstellbaren Wischfrequenz vorliegt.