DE3635172A1 - Schaltungsanordnung zum betrieb eines gleichstrommotors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Betrieb eines Gleichstrommotors, der über eine steu­ erbare Schalteinrichtung mit einer Betriebsspannungs­ quelle verbunden ist.

Gleichstrommotoren werden häufig dazu verwendet, um Stellvorgänge auszuführen, welche einen begrenzten Weg je Betätigung umfassen. Dieses ist beispielswei­ se beim elektromotorischen Antrieb verschiedener Einrichtungen in einem Kraftfahrzeug der Fall. Diese Einrichtungen sind beispielsweise Türverriegelungs­ anlagen, einziehbare Antennen und Fensterheber. Zur Abschaltung derartiger Motoren nach jeweils einer Betätigung sind verschiedene Mittel bekannt. So wird beispielsweise die Einschaltdauer eines derartigen Motors über ein Zeitglied begrenzt oder durch den Stromanstieg bei gewaltsamen Anhalten des Motors ein Abschalten oder eine Strombegrenzung bewirkt. Durch Schwankungen der Betriebsspannung und der mechani­ schen Belastung (beispielsweise durch Temperaturab­ hängigkeit des Schmiermittels) sind jedoch während des Betriebes sowohl die Stromaufnahme als auch die Drehzahl verschieden, so daß bei den oben erwähnten bekannten Maßnahmen häufig Kompromisse zwischen einem einwandfreien Arbeiten des Stellgliedes und der Sicherheit des Motors gegenüber einer Stromüber­ lastung durch zu spätes Abschalten eingegangen wer­ den.

Auch Motoren, bei denen nicht betriebsmäßig ein Stillstand am Ende eines Stellweges erzwungen wird, können durch nicht vorhergesehene Ereignisse gewalt­ sam abgebremst werden, worauf die Betriebsspannung ebenfalls schnellstmöglich abzuschalten ist. Dieses ist beispielsweise der Fall bei einem Scheibenwi­ schermotor, wenn die Wischblätter festgefroren sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zum Betrieb eines Gleichstrommo­ tors anzugeben, bei welcher eine zuverlässige, recht­ zeitige Abschaltung erfolgt, wenn der noch unter Spannung stehende Motor angehalten wird.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß eine auf Wechselspannung anspre­ chende Steuerschaltung mit ihrem Eingang an den Gleichstrommotor angeschlossen ist und die Schaltein­ richtung derart steuert, daß die Schalteinrichtung bei Ausbleiben einer Wechselspannung am Gleichstrom­ motor den Gleichstrommotor abschaltet.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung be­ steht darin, daß die Steuerschaltung einen Hochpaß, eine Demodulatorschaltung und einen Schwellwertschal­ ter umfaßt. Dabei ist es bei den meistens verwende­ ten Kleinstmotoren vorteilhaft, wenn der Hochpaß eine Grenzfrequenz im Bereich von etwa 200 Hz auf­ weist.

Da an den Anschlüssen des Gleichstrommotors zu Be­ ginn der Drehbewegung ebenfalls keine Wechselspan­ nung anliegt, ist gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß der Schwellwertschal­ ter von einem Flip-Flop gebildet ist, dessen einer Setzeingang mit derjenigen Flanke des Ausgangssig­ nals der Demodulatorschaltung ansteuerbar ist, die beim Anhalten des Gleichstrommotors auftritt, und dessen anderer Setzeingang von einem Signal ansteuer­ bar ist, das beim Einschalten des Gleichstrommotors entsteht.

Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der Hochpaß von einem Koppelkonden­ sator und dem Eingangswiderstand eines Verstärkers gebildet wird.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung kann auch bei Gleichstrommotoren angewendet werden, welche nur für eine Drehrichtung vorgesehen sind. Bei vielen Anwendungen der erfindungsgemäßen Schaltungsanord­ nung sind jedoch beide Drehrichtungen erforderlich. Dazu ist bei einer anderen Weiterbildung vorgesehen, daß die steuerbare Schalteinrichtung zwei Umschalter umfaßt, welche die Anschlüsse des Gleichstrommotors wechselweise mit den Anschlüssen der Betriebsspan­ nungsquelle (zum Betrieb in beiden Richtungen) oder mit dem gleichen Anschluß der Betriebsspannungsquel­ le (zum Ausschalten des Gleichstrommotors) verbin­ den, und daß beide Anschlüsse des Gleichstrommotors über je einen Hochpaß mit der Steuerschaltung verbun­ den sind.

Schließlich können gemäß einer weiteren Weiterbil­ dung der Erfindung mehrere Gleichstrommotoren paral­ lelgeschaltet sein. Dabei erfolgt eine Abschaltung, nachdem alle Motoren stehengeblieben sind.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon ist schematisch in der Zeichnung darge­ stellt und nachfolgend beschrieben.

Die beiden Motoren 1 und 2 sind untereinander paral­ lelgeschaltet und mit den Umschaltkontakten 3, 4 je eines Relais verbunden. Die Spulen 5, 6 der Relais sind mit je einem Treibertransistor 7, 8 in Reihe geschaltet. Die Ruhekontakte 9, 10 der Relais sind mit dem negativen Anschluß 13 einer Betriebsspan­ nungsquelle 14 verbunden, während die Arbeitskontak­ te 11, 12 an den positiven Anschluß 15 der Betriebs­ spannungsquelle 14 angeschlossen sind.

Über eine an sich bekannte Logikschaltung 16, der über verschiedene Leitungen 17 bis 20 Steuersignale zugeführt werden, können die Treibertransistoren 7, 8 beide in den nichtleitenden Zustand geschaltet werden, was dazu führt, daß beide Anschlüsse der Motoren mit dem Minusanschluß 13 verbunden sind, die Motoren also stillstehen. Ferner kann einer der Treibertransistoren 7, 8 in den leitenden Zustand geschaltet werden, was jeweils eine andere Drehrich­ tung der Motoren 1 und 2 zur Folge hat.

Befinden sich die Motoren in Bewegung, so entsteht an den Kollektoren eine pulsierende Stromaufnahme mit zusätzlich überlagerten Störspitzen. Um am Vor­ handensein dieser Wechselspannungen erkennen zu kön­ nen, ob sich die Motoren drehen, werden von beiden Anschlüssen der Motoren die Spannungen über je einen Kondensator 21, 22 je einem Eingang eines Verstär­ kers 23 zugeführt. Dabei wirkt die Kapazität jeweils eines Kondensators mit dem jeweiligen Eingangswider­ stand des Verstärkers 23 als Hochpaß, der die Gleich­ spannung vom Verstärker fernhält. Die Eingänge des Verstärkers 23 weisen gleiche Polarität auf, da bei der Beaufschlagung der Motoren mit Betriebsspannung jeweils einer der Anschlüsse über die Ruhekontakte 9, 10 der Relais mit Masse verbunden ist und die Wechselspannung am anderen Anschluß des Motors unab­ hängig von der Drehrichtung auszuwerten ist. Das Ausgangssignal des Verstärkers 23 wird einer Demodu­ latorschaltung zugeführt, die aus einer Diode 24, zwei Widerständen 25, 26 und einem Kondensator 27 besteht.

Am Ausgang 28 der Demodulatorschaltung entsteht ein Signal, welches etwa der Amplitude der Wechselspan­ nung entspricht. Dieses Signal wird einem Rücksetz­ eingang eines Flip-Flops 30 zugeführt, der auf nega­ tive Flanken anspricht. Ein Ausgang des Flip-Flops 30 steuert einen Transistor 31, der in einer Zulei­ tung zwischen dem positiven Anschluß 15 der Betriebs­ spannungsquelle 14 und der Logikschaltung 16 liegt. Ferner sind die Kollektoren der Treibertransistoren 7, 8 mit jeweils einem Eingang einer Nicht-Und-Schal­ tung 32 verbunden, deren Ausgang an dem Setzeingang des Flip-Flops 30 angeschlossen ist, wobei dieser Eingang auf positive Flanken reagiert.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise des Ausführungsbei­ spiels sind Teile der Logikschaltung detaillierter dargestellt. Für jeden der Treibertransistoren 7, 8 sind zwei kaskadierte Emitterfolger 34, 35; 36, 37 vorgesehen. Die Kollektoren der Transistoren 34, 36 sind über einen Widerstand 38 mit dem Anschluß 15 der Batterie verbunden. Der Wert des Widerstandes 38 ist klein genug, um bei entsprechendem Basisstrom der Transistoren 34, 36 ein Durchschalten der Trei­ bertransistoren 7, 8 zu ermöglichen. Die Kollektoren der Transistoren 35, 37 sind direkt mit dem Kollek­ tor des Transistors 31 und über einen weiteren Wider­ stand 39 mit dem Anschluß 15 der Batterie 14 verbun­ den.

Der Widerstand 39 weist einen derart großen Wert auf, daß der Strom durch den Widerstand 39 nicht zum Aufsteuern der Transistoren 35, 37 und damit auch nicht zum Aufsteuern der Treibertransistoren 7, 8 genügt. Sind die Motoren 1, 2 abgeschaltet, so wird den Basisanschlüssen der Transistoren 34, 36 kein Strom zugeführt. Diese sowie die folgenden Transisto­ ren 35, 37, 7, 8 befinden sich im nichtleitenden Zustand. Über den Widerstand 39 wird ein Kondensator 40 auf die Batteriespannung aufgeladen. Beiden Ein­ gängen der Nicht-Und-Schaltung 32 wird positive Span­ nung zugeführt. Der Ausgang der Nicht-Und-Schaltung 32 liegt dann auf 0 V.

Zum Einschalten der Motoren 1, 2 wird je nach ge­ wünschter Drehrichtung einem der Transistoren 34, 36 Basisstrom zugeführt. Damit erhält auch einer der Transistoren 35, 37 Basisstrom, wodurch einer der Treibertransistoren 7, 8 in den leitenden Zustand geschaltet wird. Dadurch ändert sich der Pegel an einem der beiden Eingänge der Nicht-Und-Schaltung 32, so daß deren Ausgangssignal auf den Pegel H springt. Das Flip-Flop 30 wird dann in einen Zustand versetzt, der eine Durchsteuerung des Transistors 31 und damit eine weitere Ansteuerung eines der Treiber­ transistoren 7, 8 ermöglicht. Bis zu diesem Zeit­ punkt wurde der Strom für die Durchsteuerung des Treibertransistors dem Kondensator 40 entnommen.

Sind die Motoren angelaufen, so entsteht an ihren Kollektoren eine Wechselspannung, die ein entspre­ chendes Signal am Ausgang 28 der Demodulatorschal­ tung zur Folge hat. Die positive Flanke dieses Sig­ nals beim Anlaufen der Motoren hat jedoch keinen Einfluß, da der Rücksetzeingang des Flip-Flops 30 nur auf negative Flanken anspricht. Sind jedoch die Motoren 1, 2 an einen Anschlag gefahren, sinkt die Wechselspannung und damit die Spannung am Ausgang 28 des Demodulators auf 0 und das Flip-Flop 30 wird umgeschaltet. Dadurch wird der Transistor 31 in den nichtleitenden Zustand versetzt, wodurch der Strom­ fluß durch den jeweils leitenden der Treibertransi­ storen 7, 8 beendet wird. Daraufhin fällt das ent­ sprechende Relais ab, so daß die Motoren von der Betriebsspannungsquelle getrennt werden.

Claims (7)

1. Schaltungsanordnung zum Betrieb eines Gleichstrom­ motors, der über eine steuerbare Schalteinrichtung mit einer Betriebsspannungsquelle verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine auf Wechselspannung ansprechende Steuerschaltung (21 bis 31) mit ihrem Eingang an den Gleichstrommotor (1, 2) angeschlossen ist und die Schalteinrichtung (3 bis 12) derart steuert, daß die Schalteinrichtung (3 bis 12) bei Ausbleiben einer Wechselspannung am Gleichstrommotor (1, 2) den Gleichstrommotor (1, 2) abschaltet.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (21 bis 31) einen Hochpaß (21, 22), eine Demodulatorschaltung (24 bis 28) und einen Schwellwertschalter (30) um­ faßt.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochpaß (21, 22) eine Grenz­ frequenz im Bereich von etwa 200 Hz aufweist.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwert­ schalter von einem Flip-Flop (30) gebildet ist, des­ sen einer Setzeingang mit derjenigen Flanke des Aus­ gangssignals der Demodulatorschaltung (24 bis 28) ansteuerbar ist, die beim Anhalten des Gleichstrom­ motors (1, 2) auftritt, und dessen anderer Setzein­ gang von einem Signal ansteuerbar ist, das beim Einschalten des Gleichstrommotors (1, 2) entsteht.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochpaß von einem Koppelkondensator (21, 22) und dem Eingangs­ widerstand eines Verstärkers (23) gebildet wird.

6. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die steuer­ bare Schalteinrichtung (3 bis 12) zwei Umschalter umfaßt, welche die Anschlüsse des Gleichstrommotors (1, 2) wechselweise mit den Anschlüssen (13, 15) der Betriebsspannungsquelle (14) (zum Betrieb in beiden Richtungen) oder mit dem gleichen Anschluß (13) der Betriebsspannungsquelle (14) (zum Ausschalten des Gleichstrommotors) verbinden, und daß beide Anschlüs­ se des Gleichstrommotors (1, 2) über je einen Hoch­ paß (21, 22) mit der Steuerschaltung verbunden sind.

7. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Gleichstrommotoren (1, 2) parallelgeschaltet sind.