DE3541995C2 - Schaltanordnung für elektromotorische Stellantriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltanordnung für elektromotorische Stellantriebe zur Umstellung eines Stellgliedes zwischen zwei Endlagen, insbesondere für Türverriegelungen in Kraftfahrzeugen, gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 (DE 25 57 671 C2).

Es sind Türverriegelungsanlagen für Kraftfahrzeuge bekannt, bei denen als Stellantriebe drehrichtungsumkehrbare Elektromotoren verwendet werden, die von einer zentralen Steuereinheit gemeinsam angesteuert werden. Diese zentrale Steuereinheit bestimmt dabei die Polarität der Versorgungsspannung für die Elektromotore in Abhängigkeit von der Schaltstellung eines manuell betätigbaren Betriebsschalters. Bei einer bekannten Schaltanordnung ist der Betriebsschalter als Wechselschalter mit einem beweglichen Umschaltkontakt ausgebildet, dem eine bestimmte Signalspannung zugeführt wird. Diese Signalspannung wird dann in Abhängigkeit von der Schaltstellung des Betriebsschalters wechselweise auf eine von zwei Steuerleitungen aufgeschaltet, die zu der Steuereinheit führen. Bei dieser bekannten Ausführung werden also für die Steuerung des Systems drei Leitungen benötigt, nämlich eine Leitung zur Zuführung der Signalspannung zum Betriebsschalter und zwei Leitungen von dem Betriebsschalter zu der zentralen Steuereinheit. Das bedeutet einen erheblichen Verkabelungsaufwand in einem Kraftfahrzeug insbesondere dann, wenn die Betriebsschalter den einzelnen Stellantrieben räumlich, also beispielsweise in der Fahrertür und in der Beifahrertür zugeordnet sind. Dann müssen nämlich von der zentralen Steuereinheit zu den einzelnen Stellantrieben jeweils fünf Leitungen verlegt werden. Es ist leicht einzusehen, daß ein solches System erhebliche Kosten verursacht.

Aus der DE 25 57 671 C2 ist eine Steuerung für elektromotorisch betätigbare Jalousien eines Gebäudes beschrieben. Jeder Motor verfügt über eine Schaltung, mit deren Hilfeder Motor derart mit Strom versorgt werden kann, daß er sich entweder in die eine oder in die andere Richtung bewegt. Die Jalousien werden entsprechend auf- oder abbewegt.

Die Steuereinrichtungen stehen über eine einzige Leitung mit einem zentralen Schalter in Verbindung, über dessen Zustand die Bewegungsrichtung der Motoren bestimmt wird.

Die Schaltung ist für eine Wechselstromanlage ausgelegt. Mit Hilfe des zentralen Schalters wird entweder die positive oder die negative Halbwelle der Wechselspannung auf die einzige und gemeinsame Steuerleitung gelegt. Die angeschlossenen Steuereinrichtungen sind in der Lage, dieses Signal zu decodieren, und die Motoren entsprechend mit Strom zu versorgen.

Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß ein derartiges System nicht auf ein Gleichstromsystem übertragen werden kann, da in einem derartigen System keine Halbwellen zur Verfügung stehen, die als Informationsträger genutzt werden können.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltanordnung der eingangs erwähnten Art so weiterzubilden, daß sie kostengünstiger gefertigt werden kann und insbesondere mit Gleichstrom betrieben werden kann.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Der Erfindung liegt dabei der Gedanke zugrunde, einen Spannungsteiler vorzusehen, wobei je nach Stellung des Umschaltkontaktes des Betriebsschalters auf die Steuerleitung unterschiedliche Spannungspegel gelegt werden.

Der Aufwand für die Steuereinheit wird dadurch zwar gegenüber der bekannten Ausführung vergrößert, die Kosten sind jedoch wesentlich geringer als die Kosten für den aufwendigen Kabelsatz bei der bekannten Ausführung.

Als Schaltstufe in der Steuereinheit wird dann ein Spannungsdetektor oder Schwellwertschalter verwendet, der in großen Stückzahlen hergestellt wird und damit kostengünstig erhältlich ist.

Nach dem Grundgedanken der vorliegenden Erfindung werden also die bei dem bekannten System notwendigen zwei Steuerleitungen zwischen dem Betriebsschalter und der zentralen Steuereinheit durch eine einzige Steuerleitung ersetzt. Man benötigt dann für den Steuervorgang nur noch zwei Leitungen, nämlich die Steuerleitung zwischen dem Betriebsschalter und der Steuereinheit und die Leitung, über die dem Betriebsschalter die Signalspannung zugeführt wird. Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann jedoch der Verkabelungsaufwand weiter reduziert werden, wenn man die Signalspannung für den Betriebsschalter unmittelbar an einem Anschluß des Stellantriebes abgreift. Damit kann also eine weitere, bei den bekannten Systemen notwendige Leitung eingespart werden.

Diese Weiterbildung der Erfindung ist besonders realisierbar, wenn man den Stellantrieb aus zwei wechselweise ansteuerbaren Elektromagneten aufbaut, denn der eine Anschluß eines jeden Elektromagneten ist bei diesen Systemen ohnehin an ein definiertes Potential angeschlossen. Verwendet man jedoch als Stellantrieb drehrichtungsumkehrbare elektrische Motore - dieser Lösung wird der Vorzug gegeben -, muß berücksichtigt werden, daß das Potential an den Anschlüssen der Elektromotore wechselt. Mit den Merkmalen des Anspruchs 5 ist es aber dennoch möglich, eine definierte Signalspannung für den Betriebsschalter am Elektromotor abzugreifen, so daß hierfür eine zusätzliche Leitung zu der Baueinheit aus Stellantrieb und Betriebsschalter nicht erforderlich ist.

Dabei können Entkopplungsdioden zwischen den beiden Motoranschlüssen entfallen, wenn man gemäß den Merkmalen des Anspruchs 6 den beweglichen Umschaltkontakt des Betriebsschalter direkt an die Steuerleitung anschließt.

Die Erfindung und deren vorteilhafte Ausgestaltungen werden nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Prinzipschaltbilder erläutert.

Zu einer Zentralverriegelungsanlage gemäß Fig. 1 eines Kraftfahrzeuges gehören fünf Stellantriebe 10, 11, 12, 13 und 14 mit jeweils einem drehrichtungsumkehrbaren Elektromotor 15. Über die Stellantriebe 10 und 11 werden die Fahrertür und die Beifahrertür verriegelt bzw. entriegelt. Die Stellantriebe 12 und 13 sind in die beiden Hintertüren eines Kraftfahrzeuges eingebaut, der Stellantrieb 14 dient zur Verriegelung bzw. Entriegelung der Kofferraumhaube. Den Stellantrieben 10 und 11 in der Fahrertür bzw. der Beifahrertür ist jeweils ein Betriebsschalter 20 mit einem manuell betätigbaren Umschaltkontakt 21 zugeordnet, der aus der dargestellten Neutralstellung in zwei Arbeitsstellungen umstellbar ist und dabei auf einem der Festkontakte 22 bzw. 23 aufliegt. Ein solcher Betriebsschalter 20 ist sowohl dem Stellantrieb in der Fahrertür 10 als auch der Beifahrertür 11 zugeordnet. Dem Elektromotor 15 sind in Reihe geschaltet, zwei entgegengesetzt gepolte Dioden 25 und 26 parallelgeschaltet, wobei an den Verbindungspunkt 27 der beiden Dioden der Umschaltkontakt 21 angeschlossen ist. Die beiden Festkontakte 22 und 23 sind durch einen Widerstand 28 überbrückt, so daß in der einen Arbeitsstellung des Umschaltkontaktes 21 eine vom Betriebsschalter 20 ausgehende Steuerleitung 29 direkt an den Verbindungspunkt 27, in der anderen Arbeitsstellung aber über den Widerstand 28 an diesen Verbindungspunkt 27 zwischen den beiden Dioden 25 und 26 angeschlossen ist.

Zu der Türverriegelungsanlage gehört eine zentrale Steuereinheit 30 mit zwei als Umschaltkreis ausgebildeten steuerbaren Schaltelementen 31 und 32. Die Festkontakte dieser Umschaltrelais 31 und 32 sind paarweise zusammengefaßt mit dem positiven Pol 33 bzw. dem negativen Pol 34 einer nicht näher dargestellten Spannungsquelle verbunden. Die Kontaktzungen 35 und 36 sind an Leitungen 37 bzw. 38 angeschlossen, über die alle Elektromotore 15 parallel angesteuert werden. Das Schaltbild zeigt, daß in der gezeichneten Ruhestellung der Umschaltrelais 31, 32 alle Elektromotore kurzgeschlossen sind. Wird das Umschaltrelais 31 erregt, liegt auf der Leitung 37 positives Potential und alle Elektromotore werden in einer Drehrichtung bzw. Stellrichtung angetrieben. Wird dagegen das andere Umschaltrelais 32 erregt, liegt die Leitung 38 auf positivem Potential und alle Elektromotore werden aufgrund der geänderten Polarität der Versorgungsspannung in der anderen Stellrichtung angetrieben.

Die Steuereinheit 30 hat zwei identisch aufgebaute Steuerkreise 40und 41 zur Ansteuerung der Umschaltrelais 31 bzw. 32. Zu jedem Steuerkreis 40, 41 gehört ein Verstärker 42, ein monostabiles Zeitglied 43, ein UND-Gatter 44 sowie ein Inverter 45. Außerdem gehört zu der Steuereinheit 30 eine Schaltstufe 50 mit einem Eingang 51 und zwei Ausgängen 52 und 53. Der Eingang 51 der Schaltstufe ist an die Steuerleitung 29 angeschlossen. Über die Ausgänge 52 bzw. 53 wird wechselweise einer der beiden Steuerkreise 40, 41 angesteuert. Bei der Schaltstufe 50 handelt es sich um einen serienmäßigen Spannungsdetektor, der beispielsweise so ausgebildet ist, daß bei einer Spannung am Eingang 51 innerhalb eines bestimmten Bereiches der Ausgang 52 aktiviert wird, während bei einer Spannung am Eingang 51 innerhalb eines anderen Bereiches der Ausgang 53 aktiviert wird.

Die Schaltanordnung funktioniert folgendermaßen:

Im Ruhezustand sind alle Elektromotore - wie bereits erwähnt - kurzgeschlossen. Über die beiden Dioden 25 und 26 liegt der gemeinsame Verbindungspunkt 27 und damit die Umschaltkontaktbrücke 21 des Betriebsschalters 20 praktisch auf Minuspotential.

Weiter ist davon auszugehen, daß am Ausgang der beiden Zeitglieder 43 der Steuerkreise 40, 41 kein Potential anliegt, so daß die Inverter 45 an jeweils einem Eingang der UND-Gatter 44 positives Potential meßbar ist.

Wird der Umschaltkontakt 21 des Betriebsschalters 20 auf den Festkontakt 22 umgeschaltet, wird das Potential auf der Steuerleitung 29 und damit auch am Eingang 51 der Schaltstufe 50 geändert. In der Neutralstellung des Betriebsschalters 20 entspricht das Potential auf der Steuerleitung 29 dem positiven Potential der Spannungsquelle, denn die Steuerleitung 29 ist über den Widerstand 55 mit dem positiven Pol 33 verbunden. Liegt jedoch der Schaltkontakt 21 auf dem Festkontakt 22 auf, springt das Potential auf der Steuerleitung 29 schlagartig auf einen Wert, der der Durchlaßspannung der Dioden 25 bzw. 26 entspricht. Bei einer solchen geringen Spannung am Eingang 51 der Schaltstufe 50 löst diese als Spannungsdetektor ausgebildete Schaltstufe 50 ein Schaltsignal am Ausgang 52 aus. Damit wird das UND-Gatter 44 des Steuerkreises 40 durchgesteuert und das monostabile Zeitglied 42 getriggert. Über die Verstärkerstufe 42 wird das Umschaltrelais 31 erregt, so daß alle Elektromotore 15 in einer bestimmten Drehrichtung angesteuert werden. Nach einer bestimmten, durch das Zeitglied 43 vorgegebenen Schaltzeit wird dieses Umschaltrelais 31 wieder entregt und alle Motoren sind wieder kurzgeschlossen. Die instabile Schaltphase dieses Zeitgliedes 43 muß natürlich größer sein als die maximale Stellzeit für ein Stellglied der Türverriegelungsanlage.

Wird ausgehend von der neutralen Schaltstellung der Umschaltkontakt 21 auf den Festkontakt 23 umgeschaltet, so wird der Widerstand 28 in den Stromkreis der Steuerleitung 29 eingeschleift. Wenn man als Beispiel davon ausgeht, daß der Wert dieses Widerstandes 28 dem Wert des Widerstandes 55 entspricht, springt das Potential auf der Steuerleitung 29 und damit am Eingang 51 der Schaltstufe 50 etwa auf den halben Wert der Versorgungsspannung. Bei einer solchen Spannung am Eingang dieser Schaltstufe 50 wird am Ausgang 53 ein Steuersignal ausgelöst, so daß das UND-Gatter 44 des Steuerkreises 41 durchgeschaltet wird und damit das monostabile Zeitglied dieses Steuerkreises 41 getriggert wird. Damit wird über den Verstärker 42 dieses Steuerkreises das Umschaltrelais 32 erregt, so daß nun allen Elektromotoren 15 eine Versorgungsspannung mit entgegengesetzter Polarität zugeführt wird. Diese Elektromotore drehen sich daher in der anderen Stellrichtung, bis die instabile Phase des Zeitgliedes 43 des Steuerkreises 41 abgelaufen ist.

Während dieser instabilen Schaltphase des Zeitgliedes 43 liegt also am Ausgang positives Signal an, das über den Inverter 45 dem UND-Gatter 44 des anderen Steuerkreises zugeführt wird, so daß dieses UND-Gatter 44 gesperrt ist. Entsprechendes gilt auch, wenn das Zeitglied 43 des Steuerkreises 40 getriggert ist. Man erkennt also aus der Zeichnung eine gegenseitige Verriegelung der beiden Steuerkreise 40 und 41 derart, daß jeweils nur das eine der beiden Umschaltrelais 31 bzw. 32 erregt sein kann.

Insgesamt ist also bei dieser in der Zeichnung gezeigten Schaltordnung folgendes festzustellen:

Über die elektromotorischen Stellantriebe 10 bis 14 können aufgrund der Drehrichtung der Elektromotore 15 Stellglieder zwischen zwei Endlagen umgestellt werden. Das Einschalten der Stellantriebe erfolgt über die Betriebsschalter 20, über die auch die Drehrichtung der Elektromotore vorgegeben wird. Die Stellantriebe werden jeweils nur für eine bestimmte Zeitdauer vorgegeben durch die Zeitglieder 43 in den beiden Steuerkreisen 40, 41 an die Versorgungsspannung angeschlossen. Das Schaltsignal des Betriebsschalters 20 wird der Steuereinheit 30 über nur eine einzige Steuerleitung 29 zugeführt. Ein charakteristisches Merkmal des Schaltsignales auf dieser Steuerleitung 29, im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Spannungspegel auf dieser Steuerleitung 29 wird in einer Schaltstufe 50 der Steuereinheit 30 ausgewertet. Diese Schaltstufe ermittelt aus diesem Spannungspegel die vorgewählte Stellrichtung und löst ein Schaltsignal auf einem der beiden Ausgänge 52 bzw. 53 aus. Über den davon angesteuerten Steuerkreis 40 bzw. 41 wird das entsprechende Zeitglied 43 getriggert und damit über den nachgeschalteten Verstärker 42 und das davon angesteuerte Umschaltrelais 31 oder 32 eine Ansteuerung der Stellantriebe in der gewünschten Stellrichtung ausgelöst.

Durch den Betriebsschalter 20 werden unterschiedliche Spannungspegel auf der Steuerleitung 29 erzeugt. Die Schaltstufe 50 wertet diese Spannungspegel aus, wobei in einem Spannungsbereich dann ein Schaltsignal am Ausgang 52, in einem anderen Spannungsbereich aber ein Schaltsignal am Ausgang 53 ausgelöst wird. Die unterschiedlichen Spannungspegel auf der Steuerleitung 29 werden dabei auf einfache Weise durch Einschaltung unterschiedlicher Widerstände festgelegt, die mit dem Widerstand 55 gewissermaßen einen Spannungsteiler bilden.

Die Signalspannung für den Betriebsschalter 20 wird über die Entkopplungsdioden 25 bzw. 26 an einem Anschluß des Elektromotors 15 abgegriffen, so daß hierfür eine zusätzliche Leitung nicht erforderlich ist. Dies ist möglich, weil über die Umschaltrelais 31 bzw. 32 in der Ruhelage die Elektromotoren kurzgeschlossen sind und damit beide Anschlüsse auf Minuspotential liegen. Die Steuerkreise 40, 41 sind über die jeweiligen Inverter 45 derart miteinander gekoppelt, daß während einer Ansteuerung eines Umschaltrelais eine Ansteuerung des anderen Umschaltrelais blockiert ist. Man verhindert dadurch ein fehlerhaftes Schaltverhalten bei einem schnellen Umschalten des Betriebsschalters 20. Außerdem kann man aufgrund dieser Maßnahme die Schaltsignal mehrerer Betriebsschalter - wie in der Zeichnung dargestellt - auf eine gemeinsame Steuerleitung 29 aufschalten, ohne befürchten zu müssen, daß ein fehlerhaftes Schaltverhalten auftritt. Durch die gegenseitige Verriegelung der beiden Steuerkreise 40, 41 wird nämlich sichergestellt, daß ein einmal ausgelöster Stellvorgang zu Ende geführt wird und daß durch Betätigung zweier Betriebsschalter in entgegengesetzter Schaltrichtung nicht beide Umschaltrelais zugleich angesteuert werden können.

Bei der im Schaltbild gezeigten Ausführung hat der Betriebsschalter eine Neutralstellung und zwei Arbeitstaststellungen. Damit nun nicht bei zu langer Betätigungsdauer des Betriebsschalters das Zeitglied 43 nach Ablauf seiner instabilen Schaltphase unbeabsichtigt erneut gesetzt wird, wird man dieses Zeitglied vorzugsweise so ausbilden, daß es nur auf einen Spannungssprung hin reagiert, also dynamisch getriggert wird. Bei Verwendung eines solchen dynamisch getriggerten Zeitgliedes könnte man also den Betriebsschalter auch als Wechselschalter mit lediglich zwei stabilen Arbeitsstellungen ausbilden.

Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, das nur hinsichtlich der Schaltung des Betriebsschalters von der Ausführung nach Fig. 1 abweicht. Der Umschaltkontakt 21 ist nun an die Steuerleitung 29 angeschlossen und entweder direkt oder über einen Widerstand 28 mit einem der beiden Motoranschlüsse verbindbar. Bei einer solchen Ausführung entfallen also die beiden Dioden 25, 26 bei der Ausführung nach Fig. 1. Fehlschaltungen können wegen der gegenseitigen Verriegelung der beiden Steuerkreise 40, 41 nicht auftreten. Dieser Ausführung wird daher wegen dem besonders einfachen Aufbau der Vorzug gegeben.

Claims (7)

1. Schaltanordnung für elektromotorische Stellantriebe zur Umstellung eines Stellgliedes zwischen zwei Endlagen, insbesondere für Türverriegelungsanlagen an Kraftfahrzeugen, mit wenigstens einem Betriebsschalter zum Einschalten eines Stellantriebes und zur Vorgabe der Drehrichtung sowie einer vom Schaltsignal dieses Betriebsschalters angesteuerten Steuereinheit zur zeitlich begrenzten Versorgung des Stellantriebes aus einer Spannungsquelle über Leitungen (36, 37), wobei das Schaltsignal des Betriebsschalters (20) der Steuereinheit (30) über nur eine Steuerleitung (29) zugeführt wird, durch den Betriebsschalter der Spannungspegel auf der Steuerleitung (29) vorgegeben wird und die Steuereinheit (30) eine Schaltstufe (50) mit einem Spannungsdetektor aufweist, der bei einer Eingangsspannung innerhalb eines ersten Spannungsbereichs eine Ansteuerung des Stellantriebs (10, 11, 12, 13, 14) in einer ersten Stellrichtung, innerhalb eines zweiten Spannungsbereichs aber eine Ansteuerung in der entgegengesetzten Stellrichtung auslöst, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen (36, 37) je nach Stellung des Umschaltkontaktes (21) Betriebsschalters (20) über unterschiedliche Widerstände (28) mit der Steuerleitung (29) verbunden sind.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Stelleinrichtung ein drehrichtungsumkehrbarer Elektromotor (15) dient, der durch die Steuereinheit (30) in den Endlagen kurzgeschlossen ist, daß diesem Elektromotor (15) zwei in Reihe geschaltete, entgegengesetzt gepolte Dioden (25, 26) parallelgeschaltet sind und daß an dem Verbindungspunkt (27) der beiden Dioden (25, 26) der Umschaltkontakt (21) angeschlossen ist.

3. Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Stelleinrichtung ein drehrichtungsumkehrbarer Elektromotor (15) dient, der durch die Steuereinheit (30) in den Endlagen kurzgeschlossen ist, und daß der Umschaltkontakt (21) des Betriebsschalters (20) an die Steuerleitung (29) angeschlossen ist und wechselweise über unterschiedliche Widerstände mit einem der beiden Leitungen (36, 37) elektrisch leitend verbindbar ist.

4. Schaltanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (30) zwei steuerbare, jeweils das Potential an einem Anschluß der Elektromotore (15) bestimmende Schaltelemente (31, 32) aufweist, die jeweils als Umschalter ausgebildet sind und in der Ruhestellung den Elektromotor (15) kurzschließen, wobei zur Ansteuerung des Elektromotors (15) in der einen Stellrichtung das erste Schaltelement (31), zur Ansteuerung in der anderen Stellrichtung das zweite Schaltelement (32) angesteuert wird und wobei die Steuerkreise (40, 41) der beiden Schaltelemente (31, 32) derart miteinander gekoppelt sind, daß während einer Ansteuerung eines Schaltelementes eine Ansteuerung des anderen Schaltelementes blockiert ist.

5. Schaltanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltsignale mehrerer Betriebsschalter (20) auf eine gemeinsame Steuerleitung (29) aufgeschaltet werden.

6. Schaltanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltelemente (31, 32) jeweils über ein monostabiles, die Ansteuerzeit der Stellantriebe begrenzendes Zeitglied (43) angesteuert werden, die wechselweise von der die Stelleinrichtung festlegenden Schaltstufe (50) getriggert werden.

7. Schaltanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitglieder (43) dynamisch getriggert werden.