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Schaltanordnung für eine Pendelwischanlage
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Die Erfindung geht aus von einer Schaltanordnung für eine Pendeiwischanlage
mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, wie sie in dem zugehörigen Hauptpatent
(Patentanmeldung P 29 42 739.2) beschrieben ist. Bei einer solchen Ausführung wird
der Motor in den Endlagen nicht galvanisch von der Geichspannungsquelle getrennt,
sondern es wird in den Stromkreis eine Halbleiterdiode eingeschleift, die mit dem
Umschalten des Endlagenschalters in Sperrichtung beansprucht wird und somit den
Stromfluß unterbindet und zugleich einen Strompfad in der anderen Stromrichtung
vorbereitet. Eine solche Ausführung hat sich in, Versuch bereits bewährt.
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Allerdings ist es theoretisch denkbar, daß bei einem Defekt, insbesondere
bei einem Kurzschluß der Halbleiterdiode, der Motor in der ursprünglichen Drehrichung
weiterläuft, ohne in der Endlage wenigstens abgeschaltet zu werden. Dies könnte
zur Folge haben, daß das von dem Motor angetriebene Wischblatt die zu reinigende
Scheibe verläßt und auf einen angrenzenden Karosserieabschnitt aufläuft. Dabei kann
eine Blockierung des Motors und/oder eine Beschädigung des Wischers nicht ausgeschlossen
werden.
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Obwohl ein solcher Fall bei der praktischen Erprobung im Versuch bisher
nicht aufgetreten ist, sollten Vorkehrungen getroffen werden, damit dieser theoretisch
denkbare Fall in der Praxis vermieden wird. Zur Lösung dieses Problems könnte man
daran denken, am Scheibenrand oder im Getriebegehäuse des Motors elastische Anschlagmittel
vorzusehen, die die Drehbewegung des Motors bzw. des Wischers abstoppen, sobald
der gewünschte Schwenkwinkel um ein bestimmtes Maß überschritten wird.
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Nachteilig dabei wäre allerdings, daß der Motor weiterhin an Spannung
liegt und deshalb gegebenfalls ein Motorschutzschalter vorgesehen werden müßte.
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Bei der in dem zugehörigen Hauptpatent beschriebenen Ausführungsform
wird der Umpolschalter über ein Relais betätigt. Dieses Relais wird über ein Verzögerungsglied
gesteuert, das beispielsweise durch einen Kondensator realisiert ist, der der Relaiswicklung
parallel geschaltet ist. Damit soll erreicht werden, daß der Motor aufgrund des
verzögerten Umschaltens des Umpolschalters nur jeweils im Stillstand an die Spannungsquelle
angeschlossen wird. Bei Verwendung eines solchen Relais mit Dopr ~Ikontakten ist
ein Kondensator mit verhältnismäßig hoher Kapazität
erforderlicll,
um die notwendigen Verzögerungszeiten realisieren zu können. Dit s trifft ganz besonders
dann zu, wenn mittels des Verzögerur. asgliedes auch Pausen zwischen den Wischvorgängen
realisiert werden sollen, damit ein sogenannter Intervallbetrieb möglich ist.
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Kondensatoren mit hohen Kapazitäten sind jedoch verhältnismäßig teuer.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Ausführung nach dem
Hauptpate tt hinsichtlich der Sicherheit zu verbessern und zugleich die Schaltanor
inung so auszubilden, daß sie kostengünstig mit serienmäßigen Bauteilen, die leicht
verfügbar sind, aufgebaut werden kann.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird zunächst vorgeschlagen, daß die über
die in Sperrichtung beaufschlagten Ventile führenden Stronkreise unterbrochen werden,
wenn der Schwenkwinkel des Endlagenschalters um ein bestimmtes Maß größer ist als
der gewünschte Wischwinkel. Dies läßt sich besonders einfach durch eine geringfügige
Änderung des Endlagenschalters erreichen.
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Dabei wird der Grundgedanke, der dem Hauptpatent zugrunde lag, nicht
verlassen, denn es ist vorgesehen, daß im normalen Betrieb der Motor mit der Spannungsquelle
galvanisch verbunden bleibt. Nur wenn der zugelassene Schwenkwinkel um ein bestimmtes
Maß überschritten wird, soll eine Unterbrechung des Motorstromkreises erfolgen und
df r Motor abgeschaltet werden.
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Die Schaltung wird außerdem dadurch verbilligt und verbessert, daß
man anstelle des einen Relais bei der Ausführung nach dem Hauptpatent zwei Relais
einsetzt, die nach Art einer Folgesteuerung arbeiten. Das eine Relais betätigt eine
erste bewegliche Kontaktbrücke des Umpolschalters, während das andere Relais über
diese erste bewegliche Kontaktbrücke gesteuert wird und die zweite Kontaktbrücke
betätigt. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß der Motor auf jeden Fall zunächst
abgeschaltet wird, bevor eine Spannung in umgekehrter Polarität engelegt wird. Dies
gilt auch dann, wenn der Kondensator defekt sein sollte.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand des in der Zeichnung schematisch
dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
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In der Abbildung ist mit 10 ein einpoliger Betriebsschalter und mit
11 der Wischermotor bezeichnet, der zwei Anschlüsse 1Z und 13 aufweist. Der Wischermotor
wird aus einer nicht näher dargestellten Spannungsquelle mit
dem
negativen Pol 14 und dem positiven Pol 15 gespeist. Ein Umpolschalter 16 hat zwei
bewegliche Kontaktbrücken 17 und 18, die wechselweise mit Festkontakten zusammenwirken,
denen positives bzw. negatives Potential zugeführt ist. Die erste bewegliche Kontaktbrücke
17 ist direkt mit dem einen Motoranschluß 12 verbunden und wird über ein Relais
19 a gesteuert.
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Die andere bewegliche Kontaktbrücke 18 wird von einem Relais 19 b
gesteuert, das einseitig am negativen Pol der Spannungsquelle liegt und über die
erste bewegliche Kontaktbrücke 17 geschaltet wird.
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Vom Wischermotor 11 wird ein Endlagenschalter 20betätigt, der durch
eine Schaltscheibe mit den Kontakbahnen 21, 22, 23 und 24 sowie einem leitenden
Sektor 27 und einem nicht leitenden Sektor 28 realisiert ist.
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Mit diesen Kontaktbahnen arbeiten Schleifkontakte 31, 32, 33 und 34
zusammen. Der erste Schleifkontakt 31 ist mit der zweiten beweglichen Kontaktbrücke
18 des Umpolschalters 16 verbunden. Der zweite Schleifkontakt 32 ist unmittelbar
an den anderen Motoranschluß 13 angeschlossen. Die weiteren Schleifkontakte 33 und
34 sind elektrisch leitend ebenfalls mit den Motoranschlü3en 13 bzw. 12 verbunden.
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Zur Schaltanordnung gehört noch ein Verzögerungsglied mit dem Kondensator
29 und einem die Verzögerungszeit beeinflußenden Widerstand 30. Die Kondensatorspannung
wird Xiber einen zweistufigen Verstärker als Steuerspannung der Wicklung des Relais
19 a zugeführt. Die erste Verstärkerstufe besteht aus einem Spannungsteiler mit
den Widerständen 50 und 51 parallel zum Kondensator 29 sowie dem Transistor 52,
dessen Arbeitswiderstand wiederum als Spannungsteiler mit den Widerständen 53 und
54 ausgebildet ist und zugleich der zweiten Verstärkerstufe mit dem Transistor 55
zuzuordnen ist. Im Laststromkreis der zweiten Transistorstufe liegt die Wicklung
des Relais 19 a, der eine Schutzdiode 56 parallel geschaltet ist. Außerdem zeigt
die Abbildung, daß über einen Schalter 57 anstelle des Widerstandes 30 zwei Widerstände
58 und 59 in den Ladestromkreis des Kondensators eingeschleift werden können, wobei
der Wert des einen Widerstandes 59 veränderbar ist. Eine Diode 60 verhindert eine
Entladung des Kondensators 29 über verschiedene Strom wege. Mittels einer Zener-Diode
62 und einem zugehörigen Arbeitswiderstand 63 erreicht man eine Spannungsstabillsierung
und damit auch eine Stabilisierung der Verzögerungszeit auch bei sich ändernden
Betrib bsspanmlngen. Mittels einer Diode 46, die r n Kondensator 29 über die e ste
bewegliche Kontaktbrücke 17 des Umpolschalters positives
Potential
zuführt, wird eine Selbsthaltung der Relaisanirdnung erreicht, deren Bedeutung aus
der nachstehenden Erläuterung der Funktion der Schaltanorcnung hervorgeht. Auch
die Bedeutung der Dioden 39 und 45 auf der Schaltscheibe wird aus der Beschreibung
des Ausfü#irungsbeispieles klar.
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In der darg stellten Darstellung steht der Motor in seir er Parklage.
Der Stromfluß durch den Wischermotor 11 ist unterbrochen, weil die Diode 39 in Sperrichtung
in den Betriebsstromkreis eingeschleift ist. Man vergleiche hierzu den Strompfad
vom positiven Pol 15 iber die bewegliche Kontaktbrücke 18, den Schleifkontakt 31,
die Kontakt} ahn 21, die Diode 39, Kontaktbahn 22, SchleifKontakt 32, Motoranschlüsse
13, 12, bewegliche Kontaktbrücke 17 und Masseanschluß 14.
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Wird nun der Dauerbetriebsschalter 10 betätigt, fließt ein Ladestrom
für den Kondensator 29 über den Widerstand 30, die Diode 60, den Widerstand 63 und
die Ankerwicklung des Motors 11 zum Masseanschluß 14. Ein weiterer Stromweg zur
Masse ist über die Kontaktfeder 33, die Kontaktbahn 23, die Diode 45, die Kontaktbahn
24, die Schleiffeder 34 und die bewegliche Kontaktbrücke 17 gegeben. Damit wird
der Kondensater 29 aufgeladen.
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Sobald seine Ladespannung einen bestimmten Wert üb~~rsteigt, der von
der Dimensionierung der Widerstände 50, 51 abhängt, wird der Transistor 52 leitend
gesteuert. Dadurch fließt ein Basisstrom in den Transistor 55, der damit ebenfalls
leitend wird, so daß ein Erregerstrom durch die Wicklung des Relais 19 a fließt.
Damit wird die erste bewegliche Kontaktbrücke 17 des Umpolschalters 16 umgestellt
und an positives Potential 15 gelegt. Dadurch liegt nun die Wicklung df s Relais
19 b an der Betriebsspannung und die zweite bewegliche Kontaktbrucke 18 wird ebenfalls
mit einer geringen zeitlichen Verzögerung ungestellt. Am Motoranschluß 12 liegt
nun positives Potential. Der Motorbetriebsstromkreis ist damit geschlossen, denn
die Diode 39 liegt nun in Durchlaßrlchtung in diesem Betriebsstromkreis. Man vergleiche
hierzu den Strompfad vom Motoranschluß 13 über den Schleifkontakt 32, die Kontaktbahn
22 und die Diode 39, die Kontaktbahn 21 und den Schleifkontakt 31, der über die
bewegliche Kontaktbräcke 18 nunmehr an Masse liegt. Der Motor 11 und damit auch
die Schaltscheibe drehen sich In einer Riditung entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn.
ttach einer kurzen Anlaufzeit berühren daher die beiden Schleifkontakte 31 und 32
gemeinsam den leitenden Sektor 27. Die Diode 39 ist damit praktisch überbrückt und
im
gesamten Bereich zwischen den Endlagen des Motors 11 also ohne Wirkung und nicht
strombelastet. Die beiden Schleifkontakte 31 und 32 liegen nun direkt an Masse,
so daß auck der Kondensator 29 aufgeladen bleibt. Das hat zur Folge, daß auch die
'zeiden Relais weiterhin erregt sind. Der Motor dreht sich in dieser Drehrichtung,
bis der Schleifkontakt 31, der in der Parklage auf der Kontaktbahn 21 auflag, in
der Umkehrlage auf die Kontaktbahn 22 auffedert. Zugleich federt der Schleifkontakt
32, der in der Parklage auf der Konta#tbahn 22 auflag, auf die Kontaktbahn 21 auf.
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In dieser Umkehrlage ist nur die Diode 39 wieder in Sperrichtung in
den Motorstromkreis eing schleift. Man vergleiche hierzu den Strompfad von der beweglichen
Kontaktbrücke 17 des Umpolschalters 16, die an positivem Potential liegt, über s
en Motor 11, den Schleifkontakt 32, die Kontaktbahn 21, die rnit der Kathode der
Diode 39 verbunden ist, die Kontaktbahn 22, den Schleifkontakt 31 und die bewegliche
Kontaktbrücke 18 des Umpolschalters 1#, die in Masse liegt. Der Stromfluß durch
den Motor 11 wird also unterbrochen uad damit der Motor stillgesetzt. Der Schleifkontakt
32 führt nun über die Motorwicklung positives Potential, so daß der Kondensator
29 iber die Widerstände 50 und 51 entladen wird.
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Nach einer bestimmten Ver#ögerungszeit sperren dann die beiden Transistoren
52 und 55 und 1as Relais 19 a fällt ab. Dies hat zur Folge, daß das Relais 19 b
über die erste bewegliche Kontaktbrücke 17 kurzgeschlossen wird und e )enfalls,
allerdings kurzzeitig verzögert abfällt. Die beiden bewegli. hen Kontaktbrücken
17 und 18 nehmen also wieder die gezeichnete Lage ein, was zur Folge hat, daß die
Diode 39 nun wieder in Durchlaßrichtung in den Motorstromkreis eingeschleift ist
und der Motor sich in entgegen#;esetzter Richtung bewegt. Sobald die Schleifkontakte
31 urd 32 wieder die gezeichnete Stellung einnehmen, ist die Diode 39 wieder in
Sperrichtung in den Stromkreis eingeschleift und der Motor wird stillgesetzt Kurze
Zeit später wird das Relais 19 a und damit auch das Relais 19 b wieder erregt und
der Vorgang wiederholt sich.
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In Uhereinstimmung mit der Ausführung des Hauptpatents wird also die
als Ventil arbeitende Halbleiterdiode 39 in den beiden Endlagen jeweils in Sperrichtung
in den Motorstromkreis geschaltet. Der Motor 11 wird also nicht galvanisch von der
SFannungsquelle getrennt. Die beiden Relais werden jeweils in den Endlagen umgesteuert,
wodurch sich auch die Schaltstellung des Umpolschalters ändert. Damit wird dann
jeweils die Diode 39 wieder in Durchs ßrichtung in den Motorstromkreis eingeschleift.
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Wesentlich für die vorliegende Erfindung ist nun, daß d# über die
in Sperrichtung beaufschlagte Diode 39 führende Stromkr is unterbrochen wird, wenn
der Schwenkwinkel des Endlageaschalters um ein bestimmtes Maß größer ist als der
gewünschte Wischwinkel 0< . Diese Stromkreisunterbrechung wird dadurch erreicht,
daß die Kontaktfeder 31 von den Kontaktbahnen 21 bzw. 22 getrennt wird. Diese Kontaktbahnen
21 und 22 haben deshalb nicht leitende Sektoren 70, 71, in die die Kontaktfeder
31 einfedern kann, sobald der Schwenkwinkel Q< um ein bestimmtes Maß überschritten
ist. Diese nicht leitenden Sektoren 70 und 71 können durch entsprechende Aussparungen
in den Kontaktbahnen oder durch Aufkleien nicht leitender Folienabsc'nitte realisiert
sein. Wichtig ist, daß der Winkelbereich der Kontaktbahnen 21 bzw. 22 zwischen dem
Sektor 27 und diesen Aussparungen 70 bzw. 71 so groß ist, daß im normalen und urlgestörten
Wischbetrieb der Motor auslauft, ohne daß die Kontaktfeder 31 diesen Winkelbereich
verläßt.
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Sollte aber die Diode 39 defekt sein, beispielsweise kurzgeschlossen
sein, behält der Motor seine ursprüngliche Drehrichtung bei und die Kontaktfeder
31 läuft in den nicht leitenden Abschnitt 73 bzw. 71 und der Stromkreis des Motors
wird damit endgültig unterbrochen.
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Bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform ist eine dynamische
Abbremsung des Motors vorgesehen. Dazu ist auf der Kontaktscheibe eine weitere Diode
45 angeordnet, welche die Kontaktbahnen 23 und 24 miteinander verbindet. In der
dargestellten Schaltstellung ist der Motoranschluß 12 über den Schleifkontakt 34
und die Kontaktbahn 24 mit der Kathode der Diode 45 verbunden, während deren Anode
über die Kontaktbahn 23 und den Schlelfkontakt 33 am anderen Motoranschluß 13 liegt.
Schaltet nun der Umpolschalter 16 um, liegt diese Diode 45 in Sperrichtung parallel
zum Motor 11. Das Anlaufverhalten des Motors wird damit nicht beeinträchtigt. Während
des Wischvorganges ist der Strompfad über die Diode 45 unterbrochen, denn die Schleifkontakte
33 und 34 liegen im Bereich des nicht leitenden Sektors 28. In der Umkehrlage federn
die Schlelfkontakte 33 und 34 auf die Kontaktbahnen 24 bzw. 23 auf, so daß nunmehr
die Diode 45 umgepolt parallel zum Motor 11 liegt. Die Diode 45 übernimmt damit
den Bremsstrom des Motors 11, der sehr schnell stillgesetzt wird.
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Bei dieser Ausführung beginnt also der dynamische Abbremsvorgang bei
einem Winkel ort, , sobald die Kontaktfedern 33 bzw. 34 auf die Kontaktbahnen 24
bzw. 23 auffedern. Ausgehend von dieser Winkelstellung e
muß ein
bestimmter Winkelbereich X der Kontaktbahn 21 bzw. 22 erhalten bleiben, auf den
die Kontaktfeder 31 auf federt, wobei dieser Winkelbereich möglichst klein sein
soll, aber denoch mit gewisser Sicherheit so groß, daß in diesem Bereich der Motor
auch bei ungünstigsten Verhältnissen stillgesetzt wird.
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Die in der Zeichnung dargestellte Schaltanordnung ist auch für Intervallbetrieb
vorgesehen. Dazu wird der Schalter 57 in die andere Schaltstellung umgestellt, so
daß nunmehr anstelle des Widerstandes 30 die beiden Widerstünde 58 und 59 in den
Lac'estromkreis des Kondensators 29 eingeschleift sind. Mittels des Widerstan. es
59 kann dabei die Intervallpause eingestellt werden, denn die Ladezeit für den Kondensator
29 ist umso größer, je großer der Wert des Widerstandes 59 ist. Da bei solchen Ausführungen
allerdings beim Einschalten des Betriebsschalters auch eine sehr große Verzögerungszeit
vor dem Starten des Motors in Kauf genommen werden müßte' ist gemäß einer Weiterbildung
der Erfindung ein die Verzögerungszeit des Kondensator herabsetzender Widerstand
80 vorgesehen, der über eine monostabile Kippstufe mit dem Transistor 81, den beiden
Widerständen 82 und 83 und einem Kondensator 84, dem ein Entladewiderstand 85 parallel
geschaltet ist, gebildet ist. Beim erstrlaligen Einschalten des Betriebsschalters
10 fließt ein Strom über den Kondensator 84 und den Widerstand 82 in die Basis des
Transistors 81, so daß dieser leitend ist und der Kondensator 29 damit über den
Widerstand 80 sehr schnell aufgeladen wird. Da sich der Kondensator 84 auflädt und
damit den Stromfluß in die Basis des Transistors 81 unterbricht, hat diese monostabile
Kippstufe keinen Einfluß auf das spätere Schaltverhalten.
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Wesentlich bei der vorliegenden Schaltanordnung ist also, daß ein
Uberschreiten des vorgeschriebenen Schwenkwinkels d über ein bestimmtes Maß hinaus
wirksam verhindert ist, wobei gegenüber der im Hauptpatent beschriebenen Ausführung
le<#lglich geringfügige Änderungen im Bereich der Schaltscheibe vorzunehmen sind.
Wesentlich ist weiter, daß anstelle eines Schaltrelals mit zwei Umschaltkontaktbrücken
nunmehr zwei Schaltrelais mit je einer Umschaltkontaktbrücke verwendet werden, die
in großen Serien hergestellt werden und damit preisgünstig zur Verfügung stehen.
Da der Widerstand der Wicklungen derartiger Relais mit nur einer Umschaltkontaktbrücke
geringer ist als der Widerstand eines Relais mit einer Doppelkontaktbr ikke, kann
ein Kondensator 29 mit geringerer Kapazität verwendet werden.
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Wenn auch in einem solchen Fall die Kaleazität des Kondensators noch
zu groß sein sollte, wird man die dargestellte Ausffihrung mit einem nachgeschaltetem
zweistufigen Verstärker bevorzugen, insbesondere wenn ein Intervallbetrieb mit langen
Verzögerungszeiten realisiert werden soll.
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