DE3740981A1 - Schaltanordnung fuer einen drehrichtungsumkehrbaren elektromotor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltanordnung für einen drehrichtungsumkehrbaren Elektromotor, insbesondere einen Wischermotor für Kraftfahrzeuge.

In jüngster Zeit besteht zunehmend ein Bedarf an Wischeranlagen, insbesonder Heckwischeranlagen und Scheinwerferreinigungsanlagen, bei denen der Wischwinkel auf einfache Weise den Erfordernissen angepaßt werden kann. Dazu eignen sich Wischanlagen, bei denen die Drehrichtung des Elektromotors jeweils in den Umkehrlagen zur Umpolung der Versorgungsspannung für den Elektromotor umgekehrt wird, weil dann durch einfaches Auswechseln, beispielsweise einer Schaltscheibe oder eines Schaltnockens eines Endlagenschalters, der Wischwinkel festgelegt werden kann. Solche Wischeranlagen ohne ein Kurbelgetriebe können meist auch platzsparend aufgebaut werden, jedenfalls dann, wenn - wie dies bei Scheinwerferreinigungsanlagen der Fall ist - nur verhältnismäßig kleine Scheibenwischer angetrieben werden sollen.

Bei Verwendung eines solchen drehrichtungsumkehrbaren Elektromotors für eine Scheibenreinigungsanlage eines Kraftfahrzeugscheinwerfers besteht der Wunsch, daß nach einmaliger Betätigung eines Betriebsschalters dieser Wischer mehrere Wischzyklen durchführen soll. Dazu hat man bisher mechanisch arbeitende Schrittschaltwerke vorgesehen, die jedoch in der Herstellung verhältnismäßig teuer sind und den Platzbedarf vergrößern.

Eine Schaltanordnung für einen drehrichtungsumkehrbaren Wischermotor ist aus der DE-OS 28 51 770 bekannt. Bei dieser Ausführung steuert der als Umschalter ausgebildete Endlagenschalter wechselweise einen von zwei Speichern an, die ihrerseits jeweils ein zugeordnetes Umschaltrelais eines Umpolschalters steuern. Diese bekannte Schaltanordnung erfüllt alle Funktionsanforderungen, jedoch ist ein erhöhter Verdrahtungsaufwand zum Motor bzw. dem Endlagenschalter erforderlich.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltanordnung für einen solchen drehrichtungsumkehrbaren Elektromotor derart zu schaffen, daß ein möglichst geringer Verdrahtungsaufwand zu diesem Motor erforderlich ist, wobei diese Schaltanordnung universell für unterschiedliche Anwendungsfälle verwendbar sein soll, insbesondere ist dabei daran gedacht, daß die Schaltanordnung ohne großen Aufwand auch so weitergebildet werden kann, daß bei einmaliger Betätigung eines Betriebsschalters selbsttätig mehrere Wischvorgänge ausgelöst werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Der Erfindung liegt dabei der Gedanke zugrunde, daß der Verdrahtungsaufwand zum Elektromotor bzw. dem Endlagenschalter reduziert werden kann, wenn man von der bisher bekannten Schaltungstechnik, bei der der Endlagenschalter gewissermaßen wechselweise unmittelbar einen der beiden Umpolschalter steuert, abweicht. Dies läßt sich nach dem Kern der vorliegenden Erfindung dadurch erreichen, daß man über den Endlagenschalter zwar beide Umpolschalter wieder in ihre Ruhelage, in der normalerweise der Elektromotor kurzgeschlossen ist, zurückstellt, aber über den Endlagenschalter nicht unmittelbar wechselweise die beiden Umpolschalter wieder in die Arbeitsstellung umstellt. Vielmehr ist nämlich vorgesehen, daß nur der zweite Umpolschalter direkt über das Schaltsignal des Endlagenschalters in die Arbeitsstellung umgestellt wird, während der andere Umpolschalter über einen Schaltimpuls gesteuert wird, der dem Einschaltsignal des Betriebsschalters wirkungsgleich ist. Während also bei der bekannten Ausführung im wesentlichen zwei identische Ansteuerkreise für die beiden Umpolschalter vorhanden sind, ist bei der erfindungsgemäßen Ausführung der eine Ansteuerkreis im wesentlichen vom Schaltverhalten des Endlagenschalters abhängig, der andere Steuerkreis wird aber nur mittelbar über den Endlagenschalter dann angesteuert, wenn der entsprechende Umpolschalter seinen Schaltzustand ändert.

Eine solche Schaltanordnung hat nun den wesentlichen Vorteil, daß man ohne großen Aufwand eine auf elektrische Signale ansprechende und weiterschaltende digitale Zählstufe vorsehen kann, die in der Ruhestellung des Betriebsschalters eine vorgebbare Anzahl von Stellvorgängen sicherstellt. Ein mechanisches Schrittschaltwerk wird also nicht benötigt. Bei dieser Gelegenheit wird darauf hingewiesen, daß für diesen Gedanken einer digitalen elektrischen Zählstufe für einen drehrichtungsumkehrbaren Elektromotor selbständiger Schutz beansprucht wird, weil eine solche Ausführung natürlich auch bei der eingangs erwähnten bekannten Schaltung verwendbar wäre. Der große Vorteil einer solchen digitalen Zählstufe liegt darin, daß die vorgegebene Zykluszahl immer genau eingehalten wird.

Die Zählstufe kann dabei die Anzahl der Schaltvorgänge des Endlagenschalters zählen, doch wird eine Ausführung bevorzugt, bei der diese Zählstufe die Anzahl der Schaltvorgänge eines Umpolschalters zählt. Eine besonders einfache Schaltanordnung wird dann erreicht, wenn diese Zählstufe bei jedem Schaltvorgang des Umpolschalters einen dem Schaltsignal des Betriebsschalters wirkungsgleichen Schaltimpuls auslöst, über den dann der erste Umpolschalter - wie beim erstmaligen Einschalten über den Betriebsschalter - mehrfach nacheinander in die Arbeitsstellung umgeschaltet wird.

Die Erfindung und deren vorteilhafte Ausgestaltungen werden nachstehend anhand des in der Zeichnung dargestellten Prinzipschaltbildes näher erläutert.

Der Elektromotor 10 ist mit seinen Anschlüssen 11 bzw. 12 jeweils an den Umschaltkontakt 13, 14 eines steuerbaren Umpolschalters 15, 16 mit dem Relais 17, 18 angeschlossen. Diese Festkontakte 19, 20 der Umpolschalter 15, 16 sind mit dem negativen Pol 21 bzw. dem positiven Pol 22 einer nicht näher dargestellten Spannungsquelle elektrisch leitend verbunden. Über diese steuerbaren Umpolschalter 15, 16 ist also der Elektromotor 10 - wie in der Zeichnung dargestellt - kurzschließbar oder mit wechselnder Polarität an die Spannungsquelle anschließbar, so daß die Drehrichtung des Elektromotors 10 umkehrbar ist.

Dem Elektromotor 10 ist ein Endlagenschalter 30 zugeordnet, der als Umschalter ausgebildet ist, wobei die beiden Festkontakte 31 und 32 an die Anschlüsse 11, 12 des Elektromotors 10 angeschlossen sind. Am beweglichen Schaltkontakt 33 wird das Schaltsignal dieses Endlagenschalters abgegriffen. Der Endlagenschalter wird mittelbar oder unmittelbar vom Elektromotor 10 betätigt, wobei davon auszugehen ist, daß - ausgehend von der dargestellten Ruhelage - der Schaltkontakt 33 schlagartig auf den Festkontakt 31 umschaltet, wenn der Elektromotor 10 seine andere Endlage erreicht hat. In dieser Schaltstellung verharrt der bewegliche Schaltkontakt 33, bis der Elektromotor 10 wieder die Ruhelage erreicht hat. Dann schnappt der Schaltkontakt 33 wieder auf den Festkontakt 32 zurück.

Zu der Schaltanordnung gehört außerdem ein als selbstrückstellender Tastschalter ausgebildeter Betriebsschalter 40, der jeweils nur kurzzeitig betätigt wird, wobei jedoch dann normalterweise mehrere Wischzyklen ausgelöst werden sollen.

Zur Schaltanordnung gehört außerdem ein Impulsgeber bzw. eine monostabile Kippstufe 41, die über die Diode 42 durch die positive Schaltflanke des Einschaltsignals des Betriebsschalters 40 triggerbar ist. Das Ausgangssignal dieses Impulsgebers 41 wird über eine Diode 43 dem einen Anschluß des Relais 17 des ersten Umpolschalters 15 zugeführt, dessen anderer Anschluß mit dem negativen Pol 21 der Spannungsquelle verbunden ist. Dieses Relais 17 wird dadurch erregt und der Umpolschalter 15 wird in eine Arbeitsstellung umgestellt, in der der Elektromotor 10 an Spannung liegt.

Der Umschaltkontakt 13 des ersten Umpolschalters 15 führt damit positives Potential, das einem ersten Eingang eines UND-Gatters 45 zugeführt wird. Der andere, negierte Eingang des UND-Gatters 45 ist elektrisch leitend mit dem beweglichen Schaltkontakt 33 des Endlagenschalters 30 verbunden, der zu diesem Zeitpunkt an Masse liegt. Folglich ist am Ausgang dieses UND-Gatters 45 positives Potential meßbar, das über die Diode 46 dem Relais 17 geführt wird. Es ist also festzustellen, daß über den Umschaltkontakt 13 des Umpolschalters 15 und das UND-Gatter 45 ein Selbsthaltekreis für das Relais 17 geschaltet ist, der durch das Ausgangssignal des zugeordneten Umpolschalters und des damit nach Art eines UND-Gatters verknüpften negierten Schaltsignals des Endlagenschalters geschaltet wird.

Bei einmaliger kurzzeitiger Betätigung des Betriebsschalters 40 wird also zunächst der erste Umpolschalter 15 in seine Arbeitsstellung umgeschaltet und der Elektromotor 10 läuft damit in einer bestimmten Drehrichtung an. Erreicht der Elektromotor 10 oder der davon angetriebene Wischer seine Umkehrlage, schaltet der bisher mit Masse verbundene Schaltkontakt 33 auf den Festkontakt 31 um, der an positivem Potential liegt. Damit wird das UND-Gatter 45 gesperrt und der Selbsthaltekreis für denUmpolschalter 15 unterbrochen. Durch dieses Schaltsignal des Endlagenschalters 30 wird damit der erste Umpolschalter 15 in seine Ruhelage zurückgestellt und der Elektromotor 10 damit durch Kurzschluß abgebremst.

Da der bewegliche Schaltkontakt 33 des Endlagenschalters 30 kurzzeitig positives Potential über den ersten Umpolschalter 15 erhält, wird über die Diode 53 das Relais 18 des anderen Umpolschalters 16 erregt. Der Umpolschalter 16 wird in seine Arbeitsstellung umgestellt, so daß nun am anderen Motoranschluß 12 positives Potential liegt. Der Motor dreht sich damit in der anderen Drehrichtung. Nach dem Umschalten des Umschaltkontaktes 14 wird wiederum ein Selbsthaltekreis für das Relais 18 gebildet, wobei wiederum das Ausgangssignal dieses Umpolschalters 16 mit dem negierten Ausgangssignal des nun wiederum an Masse liegenden Endlagenschalters 30 über das UND-Gatter 55 miteinander verknüpft wird. Am Ausgang dieses UND-Gatters 55 liegt also wieder positives Potential, das über die Diode 56 dem Relais 18 zugeführt wird und dieses in seiner Arbeitsstellung hält.

Aus der bisherigen Beschreibung geht also hervor, daß der erste Umpolschalter 15 durch ein Schaltsignal des Betriebsschalters 40 in seine Arbeitsstellung umgestellt wird. Dieses vom Betriebsschalter ausgelöste Schaltsignal triggert nämlich den Impulsgeber 41, dessen Ausgangssignal über die Entkopplungsdiode 43 dann das Relais 17 erregt. Der andere Umpolschalter 16 bzw. dessen Relais 18 wird dagegen über ein Schaltsignal des Endlagenschalters 30 erregt, das über die Diode 53 dem Relais 18 zugeführt wird. Dabei wird die Erregerspannung an dem noch kurzzeitig auf positivem Potential liegenden Motoranschluß 11 abgegriffen. Der Eingriff des Schaltsignales des Endlagenschalters 30 in die Selbsthaltekreise ist dagegen für beide Relais 17, 18 identisch, was aus der Zeichnung unmittelbar hervorgeht. Das Schaltsignal des Endlagenschalters 30 wird nämlich jeweils dem negierten Eingang des UND-Gatters 45 bzw. 55 zugeführt. Aus der Zeichnung ist weiter ersichtlich, daß dieses Schaltsignal des Endlagenschalters 30 dagegen das Relais 17 nicht unmittelbar ansteuert.

Zur Schaltungsanordnung gehört weiterhin eine Zählstufe 60 in Form eines programmierbaren digitalen Zählers. Die Funktion dieser Zählstufe 60 muß man sich so vorstellen, daß durch die negative Flanke eines Signales am Eingang 61 am Ausgang 62 jeweils ein Schaltimpuls ausgelöst wird, bis der über einen Schalter 63 vorgebbare Zählerstand erreicht ist. Der Schaltimpuls am Ausgang 62 der Zählstufe 60 wird über eine Entkopplungsdiode 64 dem Eingang 41 des Impulsgebers zugeführt. Man kann also sagen, daß diese Zählstufe 60 einen dem Schaltsignal des Betriebsschalters wirkungsgleichen Schaltimpuls auslöst, wobei das Schaltsignal des Betriebsschalters und der Schaltimpuls dieser Zählstufe 60 mittels der beiden Entkopplungsdioden 42 und 64 nach Art eines ODER-Gatters miteinander verknüpft sind.

Die Zählstufe 60 wird durch die negative Schaltflanke des Ausgangsignales getriggert, das am Ausgang des zweiten Umpolschalters 16 abgreifbar ist. Insgesamt wird also aus dem Schaltbild deutlich, daß mit dem Umschalten des Umpolschalters 16 in die Ruhelage jeweils die Zählstufe 60 getriggert und damit am Ausgang ein dem Schaltsignal des Betriebsschalters 40 wirkungsgleicher Schaltimpuls ausgelöst wird, der dann wieder den ersten Umpolschalter 15 in seine Arbeitsstellung umstellt. Durch diese Zählstufe 60 wird also gewissermaßen zum richtigen Zeitpunkt wieder ein neuer Stellvorgang durch Erregung des Relais 17 ausgelöst. In der Umkehrlage wird in der schon beschriebenen Weise dann wieder das Relais 18 erregt und in der Endlage wird der Elektromotor 10 dann wieder kurzgeschlossen, so daß auch am Umschaltkontakt 14 wieder negatives Potential anliegt. Damit wird die Zählstufe 60 erneut getriggert und in der schon zuvor beschriebenen Weise schließlich wieder das Relais 17 erregt. Dieser Vorgang wiederholt sich fortlaufend, bis die Zählstufe 60 einen Zählerstand erreicht, der einer voreingestellten Anzahl entsprechen soll. Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel soll dies nach dem vierten Wischzyklus der Fall sein. Dann soll die Zählstufe 60 keinen neuen Schaltimpuls auslösen, was zur Folge hat, daß auch das Relais 17 nicht wieder erregt werden kann. Folglich bleibt der Elektromotor abgeschaltet, bis der Betriebsschalter 40 erneut betätigt wird.

Insgesamt ist also festzustellen, daß jedes Umschaltrelais 17, 18 über zwei Steuerkreise ansteuerbar ist, die nach Art eines ODER-Gatters gebildet durch die Dioden 46, 43 bzw. 56, 53 miteinander verknüpft sind. Jeweils ein Steuerkreis, nämlich der Steuerkreis über die Diode 46 bzw. 56 ist als Selbsthaltekreis geschaltet, der durch das Ausgangssignal des zugeordneten Umpolschalters und des damit über das UND-Gatter 45 bzw. 55 verknüpften negierten Schaltsignals des Endlagenschalters 30 geschaltet wird. Das Relais 17 des ersten Umpolschalters 15 wird über den zweiten Steuerkreis über die Diode 43 entweder über ein Schaltsignal des Betriebsschalters 40 oder einen Schaltimpuls der Zählstufe 60 aktiviert. Der zweite Steuerkreis des zweiten Umpolschalters wird dagegen durch das Schaltsignal des Endlagenschalters 30 über die Diode 53 unmittelbar aktiviert. Das Schaltsignal dieses Endlagenschalters 30 wird also in unterschiedlicher Weise zur Steuerung der beiden Umpolschalter ausgenutzt.

Aus der Zeichnung wird deutlich, daß zum Elektromotor 10 hin nur drei Leitungen erforderlich sind, was gegenüber der bekannten Ausführung erhebliche Kostenvorteile verspricht. Aus der Zeichnung wird auch deutlich, daß die Schaltung universell verwendbar ist, denn durch entsprechende Vorgabe eines Zählerstandes für die Zählstufe 60 kann jede beliebige Anzahl von Wischzyklen pro Schaltvorgang des Betriebsschalters 40 auf einfache Weise vorgegeben werden. Durch entsprechende Einstellung des Schalters 63 kann beispielsweise auch ein Zählerstand von einer Einheit vorgegeben werden, so daß bei jeder Betätigung des Betriebsschalters 40 nur ein Wischzyklus ausgeführt wird. Andererseits kann man die Schaltanordnung auch leicht für Dauerbetrieb weiterbilden, indem man den maximalen Zählerstand auf einen sehr großen Wert erhöht und zwischen den Ausgang 62 der Zählstufe 60 und die Diode 64 ein Tor einschaltet, das durch Betätigung eines Ausschalters gesperrt wird, was in der Zeichdnung aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht näher dargestellt ist. Bei einer anderen Ausführung könnte man aus dem gleichen Grund den Zähler überbrücken und die Schaltung so auslegen, daß durch das Signal des Umpolschalters 14 jeweils unmittelbar die Kippstufe 41 getriggert wird.

Aus der Zeichnung ist weiter erkennbar, daß zwischen dem Elektromotor 10 und den Endlagenschaltern keinerlei Entkopplungsdioden erforderlich sind, so daß der Motor mit kleinsten Abmessungen ausgeführt werden kann.

Selbstverständlich wird man diese Schaltung mit einem elektronischen Überlastschutz ausbilden, der beide Umpolschalter in die Ruhelage zurückstellt, sobald der Motor überlastet werden sollte.

Schließlich wird nochmals darauf hingewiesen, daß die Zeichnung nur ein Prinzipschaltbild zeigt. Insbesondere wird der Fachmann die Relais über vorgeschaltete Zeitglieder ansteuern, um das beabsichtigte Schaltverhalten zu erreichen. Er wird dabei insbesondere darauf achten, daß auch bei unterschiedlichen Relaisschaltzeiten der Motor erst durch Kurzschluß gebremst wird, bevor er mit der anderen Polarität an Spannung gelegt wird.

Claims (13)

1. Schaltanordnung für einen drehrichtungsumkehrbaren Elektromotor, insbesondere für einen Wischermotor für Kraftfahrzeuge, mit einem Betriebsschalter zum Einschalten des Elektromotors, mit zwei steuerbaren Umpolschaltern, über die die Anschlüsse des Elektromotors mit wechselnder Polarität an eine Spannungsquelle anschließbar sind, sowie einem vom Elektromotor in den beiden Endlagen umstellbaren Endlagenschalter, wobei durch ein Schaltsignal des Betriebsschalters der erste Umpolschalter in die Arbeitsstellung und dann in Abhängigkeit von der Schaltstellung des Endlagenschalters in den Endlagen wechselweise einer der beiden steuerbaren Umpolschalter in die Arbeitsstellung umstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Schaltsignal des Endlagenschalters (30) beide Umpolschalter (15, 16) in die Ruhestellung zurückstellbar sind, aber nur der zweite Umpolschalter (16) in die Arbeitsstellung umstellbar ist, während der erste Umpolschalter (15) durch einen vom zweiten Umpolschalter (16) ausgelösten, dem Einschaltsignal des Betriebsschalters (40) wirkungsgleichen Schaltimpuls in die Arbeitsstellung umstellbar ist.

2. Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Umpolschalter (15, 16) ein Selbsthaltekreis zugeordnet ist und beide Selbsthaltekreise durch das gleiche Schaltsignal des Endlagenschalters (30) steuerbar sind.

3. Schaltanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Endlagenschalter (30) als Umschalter ausgebildet ist, dessen Festkontakte (31, 32) mit den Anschlüssen (11, 12) des Elektromotors (10) verbunden sind und an dessen beweglichem Schaltkontakt (33) das Schaltsignal abgreifbar ist.

4. Schaltanordnung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerspannung zum Umschalten des zweiten Umpolschalters (16) in die Betriebsstellung diesem zweiten Umpolschalter (16) über den ersten Umpolschalter (15) und den Endlagenschalter (30) zugeführt wird.

5. Schaltanordnung, insbesondere nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine durch elektrische Signale digital weiterschaltende Zählstufe (60) vorhanden ist, die in der Ruhestellung des Betriebsschalters (40) eine vorgebbare Anzahl von Stellvorgängen sicherstellt.

6. Schaltanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zählstufe die Anzahl der Schaltvorgänge des Endlagenschalters zählt.

7. Schaltanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zählstufe (60) die Anzahl der Schaltvorgänge eines Umpolschalters, vorzugsweise des zweiten Umpolschalters (16) zählt.

8. Schaltanordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zählstufe (60) dem Einschaltsignal des Betriebsschalters (40) wirkungsgleiche Schaltimpulse auslöst.

9. Schaltanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zählstufe (60) durch das Ausgangssignal des zweiten Umpolschalters (16) getriggert wird und mit jedem Triggerimpuls jeweils einen kurzzeitigen Schaltimpuls auslöst, bis ein der Zählstufe vorgegebener Zählerstand erreicht ist.

10. Schaltanordnung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Umpolschalter (15, 16) ein Umschaltrelais (17, 18) aufweist, das über zwei nacht Art eines ODER-Gatters miteinander verknüpfte Steuerkreise ansteuerbar ist, wobei jeweils ein Steuerkreis als Selbsthaltekreis geschaltet ist, der durch das Ausgangssignal des zugeordneten Umpolschalters (15, 16) und des damit nach Art eines UND-Gatters (45, 55) verknüpften negierten Schaltsignals des Endlagenschalters (30) geschaltet wird.

11. Schaltanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Steuerkreis des zweiten Umpolschalters (16) durch das Schaltsignal des Endlagenschalters (30) aktiviert wird.

12. Schaltanordnung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Steuerkreis des ersten Umpolschalters (15) durch ein Schaltsignal des Betriebsschalters (40) oder einen Schaltimpuls der Zählstufe (60) aktivierbar ist.

13. Schaltanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltsignal des Betriebsschalters (40) und der Schaltimpuls der Zählstufe (60) nach Art eines ODER-Gatters vorzugsweise gebildet durch Dioden (42, 64) miteinander verknüpft dem Eingang eines Impulsgebers zugeführt sind, dessen Ausgangssignal zur Umstellung des ersten Umpolschalters (15) ausgewertet wird.