DE3305770A1

DE3305770A1 - Schaltungsanordnung zum ein- und ausschalten eines elektromotorischen antriebes

Info

Publication number: DE3305770A1
Application number: DE19833305770
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Dipl.-Ing. 1000 Berlin Raddant
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1983-02-19
Filing date: 1983-02-19
Publication date: 1984-08-23

Description

Schaltungsanordnung zum Ein- und Ausschalten
eines elektromotorischen Antriebes Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer Schaltungsanordnung zum Ein- und Ausschalten eines elektromotorischen Antriebes nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Derartige Schaltungsanordnungen werden beispielsweise zum Aus- und Einfahren einer Teleskopantenne für Kraftfahrzeuge sowie für Fensterheber oder Schiebedächer in Kraftfahrzeugen angewendet, d.h. für verschiebbare Teile, deren Bewegung durch zwei definierte Endlagen begrenzt ist. Bei einer bekannten Schaltungsanordnung für eine motorbetriebene Antenne werden beispielsweise die beiden Relais des Antennenmotors über elektronische Zeitglieder beim Ein und Ausschalten eines Autoradios betätigt (DE-OS 30 11 387). Aufgrund von Spannungsschwankungen, Temperaturänderungen und anderen Störgrößen müssen die Zeitglieder so ausgelegt sein, daß der Antennenmotor beim störungsfreien Betrieb noch über die zum völligen Aus- und Einfahren benötigte Zeit hinaus für eine Zeitreserve eingeschaltet bleibt. Um dabei den Motor und das Getriebe nicht zu beschädigen, ist im Antennenantrieb eine Rutschkupplung vorgesehen. Derartige Lösungen sind aber relativ kostenaufwendig. Außerdem kann durch Verschmutzungen oder Vereisungen das Aus- oder Einfahren der Antenne so stark verzögert werden, daß die von den Zeitgliedern vorgegebene Einschaltzeit nicht mehr ausreicht und die Antenne in teilweise ausgefahrener Stellung stehenbleibt.
Es ist auch schon vorgeschlagen, durch Abfühlen des Motorstromes ein vorhandenes Hindernis oder das Auflaufen des Antriebes auf einen Endanschlag festzustellen und dann den Antriebsmotor unverzüglich abzuschalten.
Dabei wird das zuvor erregte Relais ausgeschaltet.
Der Umschaltkontakt des Relais wird dabei in seine Ruhelage zuruckgeführt und über die Ruhekontakte der beiden Relais wird die Wicklung des Motors kurzgeschlossen und dadurch der Motor elektrisch abgebremst.
Diese Lösung hat jedoch den Nachteil, daß die Abfallverzögerungszeit der Relais größer als 10 Millisekunden ist. In dieser Zeit wird jedoch bereits ein erheblicher Teil der Rotationsenergie des Antriebsmotors von der Mechanik aufgenommen. Derartige Antriebe werden ohne Rutschkupplung durch diese Stoßbelastungen überbeansprucht, was zu Beschädigungen und zum Ausfall des Antriebes führen kann.
Mit der vorgeschlagenen Lösung wird angestrebt, die Verzögerungszeit zwischen dem Abschalten und dem Abbremsen des Antriebsmotors soweit zu verringern, daß Uberlastungen des Antriebes vermieden werden und die Rotationsenergie des Antriebes im wesentlichen in elektrische Bremsenergie umgesetzt wird.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit dem kennzeichnenden Merkmal des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß die Zeitverzögerung zwischen dem Abschalten und dem Kurzschließen des Antriebsmotors ohne zusätzliche Bauelemente durch die bereits vorhandenen beiden Relais wesentlich verkürzt werden kann. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Verzögerungszeit zwischen dem Abschalten und dem Kurzschließen des Motors mit zunehmender Betriebsspannung noch weiter verringert werden kann, da bei größerer Betriebsspannung die Anzugsverzögerung eines Relais im Gegensatz zur Abfallverzögerung verringert wird.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Merkmales möglich. Besonders vorteilhaft ist es, wenn zum Schutz des Antriebes gegen Überlastungen die Steuerschaltung das Auflaufen des Antriebes auf ein Hindernis erfaßt und das andere Relais dann unverzüglich einschaltet. Trifft der Antrieb zwischen zwei definierten Endlagen auf ein Hindernis, so ist es zweckmäßig, daß die Steuerschaltung durch eine programmierbare Schaltfolge der Relais den Antriebsmotor zunächst abschaltet, ihn dann kurzzeitig in die entgegengesetzte Drehrichtung einschaltet und ihn anschließend wieder in die alte Drehrichtung umschaltet.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Steuerschaltung diese programmierte Schaltfolge einige Male wiederholt und den Motor erst danach endgültig ausschaltet, sofern das Hindernis nicht überwunden wurde. Außerdem ist es zur Entlastung der Stromversorgung und der Relais vorteilhaft, daß die Steuerschaltung beim endgültigen Ausschalten des Antriebes kurzzeitig nach dem Einschalten des anderen Relais beide Relais gleichzeitig abschaltet. Darüber hinaus kann die Steuerschaltung auch so eingestellt sein, daß sie bei Leerlauf des Antriebes den Motor ausschaltet. In vorteilhafter Weise erfaßt die Steuerschaltung zum Ausschalten des Antriebes die Welligkeit des Motorstromes über ein Meßglied in der Stromversorgung des Motors und sie gibt beim Überschreiten bzw. Unterschreiten eines jeweils vorgegebenen oberen bzw. unteren Grenzwertes der Welligkeitsfrequenz ein Signal zum Einschalten des anderen Relais ab.
Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung für einen Antennenantrieb und Figur 2 den Verlauf des Motorstromes beim Auflaufen des Antriebes auf einen Endanschlag.
Beschreibung des Ausführungsbeispieles Die in Figur 1 dargestellte erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zum Ein- und Ausfahren einer motorbetriebenen Teleskopantenne 30 für ein Kraftfahrzeug ist mit einer Klemme 10 am Pluspol eines Gleichspannungsnetzes, dem Bordnetz des Kraftfahrzeuges angeschlossen, dessen Minuspol auf Masse liegt. Ein Gleichstrom-Kollektormotor 11 für den Antennenantrieb 29 ist über zwei Anschlußleitungen 12, 13 jeweils an einen Umschaltkontakt 14a, 15a eines Relais 14, 15 angeschlossen. Die Arbeitskontakte 14b, 15b der beiden Relais 14, 15 sind parallel zueinander über eine Versorgungsleitung 16 am Pluspol der Stromversorgung angeschlossen und-ihre Ruhekontakte 14c, 15c liegen parallel zueinander auf Masse. Die Erregerwicklungen 14d, 15d der beiden Relais 14, 15 sind einerseits über die Versorgungsleitung 16 mit dem Pluspol und andererseits über eine Steuerschaltung mit Masse verbunden. Die Steuerschaltung umfaßt zwei pnp-Transistoren 17, 18, von denen jeweils einer mit seiner Schaltstrecke in einer zur Masse führenden Verbindung der Erregerwicklungen 14d und 15d liegt. Die Basisanschlüsse dieser Transistoren 17, 18 liegen jeweils an einem Ausgang 19, 20 eines Mikroprozessors 21. Über ein in der Versorgungsleitung 16 liegendes Meßglied 22 wird dem Mikroprozessor 21 an einem Eingang 23 über eine Leitung 24 ein Meßwert zur Erfassung des Motorstromes I zugeführt. An einem weiteren Eingang 25 ist über eine Leitung 26 der Ein/ Aus-Schalter 27 eines Autoradios 28 angeschlossen.
Mit Hilfe der Figur 2 soll nunmehr die Funktionsweise der Schaltungsanordnung nach Figur 1 näher erläutert werden. Figur 2 zeigt den zeitlichen Verlauf des Motorstromes I vor und während des Auflaufens des Antennenantriebes 29 auf einen Endanschlag. Im Beispielsfall soll zunächst die eingefahrene Teleskopantenne 30 ausgefahren werden. Der Motor 11 des Antennenantriebes 29 wird zu diesem Zweck zunächst für die entsprechende Drehrichtung eingeschaltet, in dem der Ein/Aus-Schalter 27 des Autoradios 28 geschlossen wird. Über die Leitung 26 gelangt in diesem Falle Pluspotential auf den Eingang 25 des Mikroprozessors 21. Durch dieses Steuersignal schaltet der Mikroprozessor 21 über seinen Ausgang 19 den Transistor 17 in den stromleitenden Zustand um und die Erregerwicklung 15d des Relais 15 wird damit an Spannung gelegt. Der Umschaltkontakt 15a des Relais 15 bewegt sich von der dargestellten Ruhelage in die gestrichelt angedeutete Arbeitslage. Der Motor 11, der einerseits über seine Anschlußleitung 12 und den Ruhekontakt 14c des Relais 14 auf Masse liegt, wird nun andererseits mit seiner zweiten Anschlußleitung 13 über den Arbeitskontakt 15b des Relais 15 sowie über die Versorgungsleitung 16 und das Meßglied 22 an Pluspotential gelegt.
Während er nun die Teleskopantenne 30 ausfährt, fließt in der Versorgungsleitung 16 der Betriebsstrom il. Da der Motor 11 ein Gleichstrom-Kollektormotor ist, hat der Motorstrom eine drehzahlabhängige Welligkeit, die dadurch entsteht, daß die Kollektorlamellen unter den Kohlebürsten des Motors 11 durchlaufen. Diese Welligkeit wird von dem Meßglied 22 in der Versorgungsleitung 16 erfaßt und über die Leitung 24 dem Eingang 23 des Mikroprozessors 21 zugeführt. Durch ein entsprechendes Programm des Mikroprozessors können für die Frequenz der Welligkeit des Motorstromes Grenzwerte vorgegeben werden. Im Beispielsfall ist dem Mikroprozessor 21 ein unterer Grenzwert für die Frequenz der Welligkeit vorgegeben, der dazu dient, das Auflaufen des Antennenantriebes 29 auf ein Hindernis zu erkennen. Ein weiterer oberer Grenzwert für die Frequenz der Welligkeit des Motorstromes ist im Mikroprozessor 21 vorgegeben, um einen Leerlauf des Motors 11 zu erkennen, der beispielsweise bei einem Seilbruch im Antennenantrieb auftreten kann und zum Abschalten des Motors 11 führen muß. Bei normalem Betrieb liegt der Betriebsstrom i1 des Motors 11 zwischen den beiden vorgegebenen Grenzwerten, so daß die Teleskopantenne 30 aus- oder eingefahren werden kann.
Gelangt nun im Beispielsfall beim Ausfahren der Teleskopantenne 30 der Antennenantrieb 29 gegen seinen Endanschlag, so nimmt der Motorstrom I - wie Figur 2 zeigt -plötzlich zu. Dieser abzuschaltende Überstrom i2 hat - wie Figur 2 zeigt - eine Welligkeit mit stark zunehmender Periodendauer bzw. mit stark abnehmender Frequenz, da der Motor 11 bereits durch den Endanschlag zunehmend abgebremst wird. Die Frequenz unterschreitet dabei den im Mikroprozessor 21 vorgegebenen unteren Grenzwert und der Mikroprozessor 21 steuert nun unverzüglich über den Ausgang 20 den Transistor 18 in den stromleitenden Zustand. Dadurch wird nun auch noch die Erregerwicklung 1-4d des anderen Relais 14 an Spannung gelegt und der Umschaltkontakt 14a des Relais 14 wird aus seiner dargestellten Ruhelage in die gestrichelt angedeutete Arbeitslage geschwenkt. Sobald dabei der Umschaltkontakt 14a von seinem Ruhekontakt 14c abhebt, wird der Versorgungsstromkreis des Motors 11 unterbrochen, d.h. der Motor 11 wird ausgeschaltet. Sobald der Umschaltkontakt 14a des Relais 14 nun den Arbeitskontakt 14b erreicht, wird die Wicklung des Motors 11 über die beiden Umschaltkontakte 14a und 15a der eingeschalteten Relais 14 und 15 kurzgeschlossen und der Motor 11 wird dadurch elektrisch abgebremst. Bei einer Betriebsspannung von 12V beträgt die Anzugsverzögerung der Relais 14 und 15 etwa 3,8 Millisekunden, wogegen die Abfallverzögerung etwa 11,7 Millisekunden beträgt. Auf diese Weise wird gegenüber dem bekannten Abschalten beider Relais die Verzögerungszeit zwischen dem Ausschalten und dem elektrischen Abbremsen des Motors 11 durch ein Zuschalten des anderen Relais 14 wesentlich verkürzt. Die Rotationsenergie des Motors 11 kann dadurch im wesentlichen in elektrische Bremsenergie umgesetzt werden und der Antennenantrieb 29 wird dabei gegen Überlastung und Beschädigung geschützt.
Läuft der Antennenantrieb 29 beim Ausfahren der Teleskopantenne 30 auf ein Hindernis auf, beispielsweise durch Vereisung oder starke Verschmutzung, so wird dies durch die abnehmende Motordrehzahl ebenfalls über das Meßglied 22 erfaßt und der Mikroprozessor 21 schaltet auch in diesem Fall über seinen Ausgang 20 das andere Relais 14 ein, so daß der Motor 11 auch dann unverzüglich ausgeschaltet und abgebremst wird. In diesem Fall muß aber versucht werden, das Hindernis ohne Beschädigung des Antennenantriebes 29 zu überwinden. Zu diesem Zweck ist im Mikroprozessor 21 eine Schaltfolge programmiert, durch die der Motor 11 zunächst ausgeschaltet, dann kurzzeitig in die entgegengesetzte Drehrichtung eingeschaltet und anschließend wieder in die alte Drehrichtung umgeschaltet wird. Wird das Hindernis nun im zweiten Anlauf überwunden, so schaltet der Mikroprozessor 21 den Motor 11 in der vorbeschriebenen Weise erst wieder beim Aufaufen des Antennenantriebes 29 auf einen Endanschlag aus. Wird dagegen das Hindernis noch nicht überwunden, so wird über eine Zählschaltung des Mikroprozessors 21 die vorgenannte programmierte Schaltfolge bis zu fünf Mal wiederholt. Wenn das Hindernis auch dann noch weiter besteht, wird der Motor 11 über den Mikroprozessor 21 durch Zuschalten des anderen Relais 14 endgültig abgeschaltet. Beim endgültigen Ausschalten des Motors 11 werden nach dem Abbremsen des Motors 11 nach etwa einer Sekunde beide Relais durch den Mikroprozessor 21 gleichzeitig abgeschaltet. Die Relais 14 und 15 nehmen dann wieder die in Figur 1 dargestellte Position ein.
Beim Einfahren der Teleskopantenne 30 wiederholt sich de gleiche Vorgang. Durch Öffnen des Ein/Aus-Schalters 27 wird über den Mikroprozessor 21 nunmehr das Relais 14 eingeschaltet und der Motor 11 läuft mit anderer Drehrichtung. Das Auflaufen des Antennenantriebes 29 auf den anderen Endanschlag wird über das Meßglied 22 erfaßt und das Relais 15 wird daraufhin vom Mikroprozessor 21 ebenfalls eingeschaltet. Die Stromversorgung des Motors 11 wird dadurch unterbrochen und der Motor 11 wird praktisch unverzüglich elektrisch abgebremst. Anschließend werden beide Relais 14, 15 vom Mikroprozessor 21 wieder abgeschaltet.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt, da die Steuerschaltung zur Betatigung des Antriebes auch ohne Mikroprozessors so ausgelegt sein kann, daß beim Ausschalten des @otors 11 durch das Zuschalten des anderen Relais der Motor 11 unverzüglich elektrisch abgebremst wird.
Außerdem können anstelle eines Antennenantriebes auch andere Antriebsaggregate in gleicher Weise gegen Überbelastung und Beschädigung geschützt werden. So ist es auch möglich, die Endlagen eines solchen Antriebes durch sogenannte Endschalter zu bestimmen, die Teil der Steuerschaltung sind und die bei Betätigung das jeweils andere Relais zum elektrischen Abbremsen des Motors zuschalten. Schließlich läßt sich die Schaltungsanordnung auch allgemein für Gleichstromantriebe verwenden, die in bestimmten Positionen unverzüglich elektrisch abgebremst werden sollen.
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Claims

Ansprüche 1. Schaltungsanordnung zum Ein- und Ausschalten eines elektromotorischen Antriebes vorzugsweise in oder zwischen zwei definierten Endlagen, mit einem Gleichstrom-Kollektormotor, der über zwei Relais in die eine oder andere Drehrichtung einschaltbar ist, indem die Relais mit einem Umschaltkontakt an je einem von zwei Anschlußleitungen des Motors angeschlossen sind, wobei die Arbeitskontakte der Relais parallel zueinander an einem Pol der Stromversorgung und die Ruhekontakte der Relais parallel zueinander am anderen Pol der Stromversorgung angeschlossen sind und deren Erregerwicklungen mit einer Steuerschaltung verbunden sind, über die zur Betätigung des Antriebes das eine Relais eingeschaltet und das andere Relais abgeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (21) zum Ausschalten des Motors (11) auch noch das andere Relais (14 bzw. 15) einschaltet.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (21) ein Auflaufen des Antriebes (11, 29) auf ein Hindernis erfaßt und sodann das andere Relais (14, 15) einschaltet.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (21) beim Auflaufen des Antriebes (11, 29) auf ein Hindernis durch eine programmierte Schaltfolge der Relais (14, 15) den Motor (11) zunächst ausschaltet, ihn dann kurzzeitig in die entgegengesetzte Drehrichtung einschaltet und ihn anschließend wieder in die alte Drehrichtung ums-chaltet.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (21) die programmierte Schaltfolge einige Male wiederholt, und dann den Motor (11) bei Weiterbestehen des Hindernisses endgültig ausschaltet.
5. Schaltungsanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (21) beim endgültigen Ausschalten des Motors (11) kurzzeitig nach dem Einschalten des anderen Relais (14, 15) beide Relais (14, 15) gleichzeitig abschaltet.
6. Schaltungsanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (21) auch bei Leerlauf des Antriebes (11, 29) den Motor (11) ausschaltet.
7. Schaltungsanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (21) zum Ausschalten des Motors (11) die Welligkeit des Motorstromes (I) über ein Meßglied (22) in der Stromversorgung des Motors (11) erfaßt und beim Überschreiten oder Unterschreiten eines jeweils vorgegebenen oberen oder unteren Grenzwertes der Welligkeitsfrequenz ein Signal zum Einschalten des anderen Relais (14, 15) abgibt.