DE3803119C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Drehrichtungssteuervorrichtung für einen Wechselstrommotor, insbesondere einen Rolladen-Antriebsmotor mit Hilfsphase, bei der das Einschalten des Motors durch einen elektrisch betriebenen Programmschalter und durch von diesem gesteuerte elektrische Leistungsschaltglieder und sein Ausschalten durch zwei Endlagenschalter erfolgt, die jeweils separat mit einer Motorwicklung und mit je einem der programmgesteuerten Schaltglieder in Reihe geschaltet sind und von einem Stellglied betätigt werden. Eine derartige Steuervorrichtung (nicht für Rolladenantriebe) ist aus der US-PS 40 87 728 bekannt.

Während die in der Regel zwei separate Kippschalter aufweisenden Handschalter für Rolladen-Motoren nur durch drei Leitungen, nämlich durch zwei Schaltleitungen und durch die zugehörige Phasenleitung mit dem Rolladenmotor verbunden sind, benötigen die bekannten elektrisch betriebenen Zeitschaltuhren für Rolladen-Antriebsmotoren eine zusätzliche, vierte Verbindungsleitung, nämlich die N-Leitung für die Stromversorgung der Schaltuhr bzw. der elektrischen Steuerteile der Schaltuhr. Als programmgesteuerte Leistungsschaltglieder sind bei den bekannten Rolladen-Schaltuhren Relaisschalter vorgesehen, die einen relativ hohen Energiebedarf für die Schaltvorgänge aufweisen.

Es ist auch bereits eine elektronische Drehrichtungssteuervorrichtung für einen Einphasen-Kondensatormotor mit Endschaltern und einer Steuerelektronik bekannt (US-PS 40 87 728); die vier Anschlüsse zur Lagesteuerung aufweist, deren Steuerelektronik ist nicht mit einem Programmschalter versehen ist. Diese Motorsteuerung bleibt in jeder Betriebsphase fest mit dem Versorgungsnetz verbunden. Des weiteren ist eine Schaltungsanordnung mit einem elektronischen Programmschalter bekannt ("Timerbaustein für Zweidrahtmontage" in Elektrotechnik, 1985, Heft 11, Seite 18), bei der der für die Spannungsversorgung der Elektronik benötigte Strom über die Last geholt wird. Es handelt sich um einen Programmschalter (Timer), der ohne zusätzliche Installation einen Ein-Aus-Schalter ersetzen kann. Als Leistungsschalter ist ein Triac eingesetzt. Diese Zweidrahtsteuerung würde aber bei jeder kurzzeitigen Stromunterbrechung das Programm auf 0 setzen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektronische Drehrichtungssteuervorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die ebenso wie die bekannten Handschalter nur drei Verbindungsleitungen benötigt, die unabhängig von einer Hilfsstromquelle jederzeit funktionsfähig ist und die zudem die Möglichkeit bietet, durch einfache Maßnahmen und Mittel störungsfrei zu arbeiten und möglichst verlustarm zu schalten. Außerdem soll diese Drehrichtungssteuervorrichtung so wenig Raum beanspruchen, daß sie in einer Unterputzdose, in der sonst die üblichen Handschalter untergebracht sind, installiert werden kann.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß als Leistungsschaltglieder elektronische Wechselstromschalter, z. B. in Form von Triacs vorgesehen sind, welche jeweils eine der beiden die Endlagenschalter enthaltenden Schaltleitungen mit dem spannungsführenden Netzleiter verbinden, wobei dieser Netzleiter zugleich an den einen Eingang eines den Programmschalter versorgenden gepufferten Netzteils angeschlossen ist, dessen zweiter Eingang über je einen Kondensator mit den beiden Schaltleitungen verbunden ist.

Diese elektronische Drehrichtungssteuerung hat den Vorteil, daß sie ohne weiteres auch nachträglich überall anstelle von Handschaltern eingesetzt werden kann und daß sie jederzeit ohne fremde, d. h. netzunabhängige, Stromquelle betriebsbereit ist. Außerdem wird mit einfachen Mitteln trotz großer Schaltleistung ein störungsarmes Schalten erreicht sowie ein wartungsfreies Arbeiten über lange Zeiträume ermöglicht.

Durch die Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 2 ist die vorteil­ hafte Möglichkeit gegeben, die Schaltuhr sehr variabel zu programmie­ ren, z. B. auf täglich unterschiedliche Schaltzeitpunkte, zu denen der Rolladenmotor im Sinne einer Aufwärtsbewegung oder Abwärtsbewegung des Rolladens eingeschaltet wird.

Durch die Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 3 ist auch die Möglichkeit der manuellen Einschaltung des Motors zum Zwecke des programmunabhängigen Öffnens und Schließens des betreffenden Rolladens gewährleistet.

Die nach Anspruch 4 vorgesehene Verriegelungsschaltung stellt sicher, daß die beiden Tastschalter nicht gleichzeitig wirksam geschaltet werden können und daß keine Schädigung des Motors durch unsachgemäße, ma­ nuelle Steuerung eintreten kann, wobei sie zugleich den Vorzug hat, weniger Raum zu beanspruchen als Schalter mit einer mechanischen Schaltverriegelungseinrichtung.

Da derartige Drehrichtungssteuerungen in der Regel in genormten Unter­ putzdosen unterzubringen sind, die einen Durchmesser von weniger als 70 mm aufweisen, ist eine Kompaktbauweise von großer Bedeutung.

Besonders vorteilhaft ist dabei die Ausgestaltung nach Anspruch 5, weil die dort vorgesehene Verriegelungsschaltung in relativ einfacher Weise mit preisgünstig erhältlichen Bauteilen realisierbar ist.

Die Ausgestaltungen der Erfindungen nach Anspruch 6 und 7 dienen der zeitlichen Begrenzung der Zünddauer der beiden Wechselstromschalter. Dabei sind die dazu verwendeten Zeitschalter so ausgestaltet und an­ geordnet, daß sie die gewünschte störungsfreie Arbeitsweise der Opto­ koppler nicht beeinträchtigen.

Anhand der Zeichnung wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein vereinfachtes Prinzipschaltbild einer elektronischen Drehrichtungssteuerung für einen Rolladenantriebsmotor mit Hilfsphase;

Fig. 2 in Form eines schematisierten Blockschaltbildes eine elektronische Verriegelungsschaltung mit drei manuell betätigbaren Tastschaltern.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung ist ein drehrich­ tungsumkehrbarer Wechselstrommotor 1 mit zwei Statorspulen Sp 1 und Sp 2, einem Läufer 3 und einer Hilfsphase 4 in Form eines Kondensators C 1 vorgesehen. Dabei sind die beiden Statorspulen Sp 1 und Sp 2 einseitig gemeinsam, d. h. in Parallelschaltung an einen Netzpol N angeschlossen. Der Hilfsphasen-Kondensator 4 liegt zwischen den beiden gegenüberliegenden Spulen­ enden der Statorspulen Sp 1 und Sp 2. Durch zwei Endlagenschalter S 1 und S 2 sind die beiden durch den Hilfsphasen-Kondensator miteinander verbundenen Spulen­ enden der Statorspulen Sp 1 und Sp 2 mit zwei Schaltleitern 5 und 6 und über diese mit einer elektronischen Steuerungsschaltung 7 verbunden, die über eine dritte Leitung 8 mit dem zweiten Netzpol L 1 in Verbindung steht.

Die Schaltleitung 5 ist über die Eingangsklemme EA der Steuerungsschal­ tung auf den einen Leistungsanschluß eines Wechselstromschalters in Form eines Triacs Tri 1 geschaltet, dessen anderer Leistungsanschluß über eine schaltungsinterne Leitung 9 und die Eingangsklemme EC mit der Netzleitung 8 verbunden ist. In analoger Weise ist die Schaltleitung 6 über die Eingangsklemme EB auf den einen Leistungsanschluß eines zweiten Wechselstromschalters in Form eines Triacs Tri 2 geschaltet, dessen zweiter Leistungsanschluß über die Hilfsleitung 10 ebenfalls mit der Leitung 9 und über diese auch mit der Netzleitung 8 des Netzpols L 1 verbunden ist. Für die Energieversorgung zweier zur Steuerung der bei­ den Triacs Tri 1 und Tri 2 vorgesehenen Optokopplern 11 und 12 sowie eines Programmschalters 13 ist ein Netzteil 14 vorgesehen, das in vereinfachter Darstellung aus einer Gleichrichterbrücke 15, einer Zenerdiode Z 1 und einem dieser parallel geschalteten Siebkondensator C 4 besteht. Außerdem weist das Netzteil 14 zwei Kondensatoren C 2 und C 3 und einen diesen gemeinsam vorgeschalteten ohmschen Widerstand R 5 auf. Dabei ist der eine Wechselspannungseingang W 1 der Gleichrichterbrücke 15 über den ohmschen Widerstand R 5 und über den einen Kondensator C 2 mit der Eingangsklemme EA der Schaltleitung 5 und zugleich über den zweiten Kondensator C 3 mit der Eingangsklemme EB der Schaltleitung 6 verbunden. Der andere Wechselstromeingang W 2 der Gleichrichterbrücke 15 liegt direkt an der Leitung 9 und somit an der Eingangsklemme EC der Netzleitung 8 des Netzpols L 1. Der eine Gleichspannungsausgang G 1 der Gleichrichterbrücke 15 ist über eine Leitung 16 direkt auf einen Ver­ sorgungseingang des Programmschalter 13 geschaltet, während der zweite Gleichspannungsausgang G 2 über die Zenerdiode Z 1 und den Siebkonden­ sator C 4 ebenfalls auf die Leitung 16 und über diese auf den Versor­ gungseingang des Programmschalters 13 geschaltet ist. Über die Zweig­ leitung 17 sowie über ohmsche Widerstände R 3 und R 4 steht der zweite Gleichspannungsausgang G 2 der Wechselstrombrücke 15 zudem mit den beiden Optokopplern 11 und 12 in Verbindung und über einen weiteren ohmschen Widerstand R 6 und eine Diode D 1 mit einem Pufferspeicher 18, der als Kondensator oder als Akkumulator ausgebildet sein kann. In der Zeichnung ist ein NiCd-Akkumulator dargestellt.

Die beiden Kondensatoren C 2 und C 3 versorgen, je nachdem welcher der beiden Endlagenschalter S 1 oder S 2 geschlossen ist, das Netzteil 14 mit einem Scheinstrom von ca. 6 mA. Da von den beiden Endlagenschaltern S 1 oder S 2 immer einer, entweder S 1 oder S 2, geschlossen ist, ist für eine dauernde Stromversorgung des Netzteils 14 gesorgt.

Die beiden Optokoppler 11 und 12 sind jeweils mit Nullspannungs-ICs versehen und durch Leitungen 19 bzw. 20 mit der Eingangsklemme EA der Schaltleitung 5 bzw. mit der Eingangsklemme EB der Schaltleitung 6 verbunden. Außerdem sind sie durch Zündleitungen 21 bzw. 22 mit den jeweiligen Zündeingängen der Triacs Tri 1 und Tri 2 verbunden. Gesteuert werden diese Optokoppler 11 und 12 über Transistoren T 1 bzw. T 2, deren Basisanschlüsse über ohmsche Widerstände R 1 bzw. R 2 mit Schaltorganen des Programmschalters 13 in Verbindung stehen, und emitterseitig jeweils auf den Versorgungsausgang VA des Netzteiles 14 bzw. auf den Versorgungseingang VE des Programmschalters 13 geschaltet sind. Mit Hilfe der jeweils mit einem Nullspannungs-IC versehenen Optokoppler 11 und 12, die als Aktivbauteile einen Verstärkungsfaktor von <20 aufweisen, ist es möglich mit einem ca. 5 mA großen Steuerstrom die als Leistungsschaltglieder vorgesehenen Triacs Tri 1 und Tri 2 zu zünden. Dabei wird dieser Steuerstrom über die ohmschen Widerstände R 3 und R 4 vom Netzteil 14 aufgebracht. Der Zündstrom für die Triacs Tri 1 und Tri 2 wird jeweils vom Optokoppler 11 bzw. 12 vor dem Zündzeitpunkt entnom­ men, so daß eine rückwirkungsfreie Leistungssteuerung erreicht wird.

Die Stromversorgung des Netzteiles 14 wird jeweils dann kurzzeitig unterbrochen, wenn der auf den gerade geschlossenen Endlagenschalter S 1 oder S 2 geschaltete Triac Tri 1 oder Tri 2 gezündet wird und der andere Endlagenschalter noch nicht geschlossen worden ist. Dieser Zustand dauert etwa 100 ms. Während dieser kurzen Zeitdauer übernimmt der Siebkondensator C 4 des Netzteils 14 die Funktion eines Speicherkondensators, um die Zündung des gerade gezündeten Triacs Tri 1 bzw. Tri 2 aufrechtzuerhalten.

Der Programmschalter 13 ist mit einem programmierbaren Mikroprozessor und einem elektronischen Zeitgeber 23 versehen. Der Mikroprozessor ist in der Zeichnung nicht als solcher dargestellt. Mit ihrer Hilfe ist es möglich, unterschiedliche Schaltzeitpunkte zu programmieren, zu denen der Motor 1 in der einen oder anderen Richtung geschaltet werden soll, um z. B. einen Rolladen zu öffnen oder zu schließen. Bei dieser automa­ tischen Steuerung wird immer angenommen, daß die Abschaltung des Mo­ tors durch einen der beiden Endlagenschalter S 2 und S 3 erfolgt. Damit aber die Leistungsschaltglieder Tri 1 und Tri 2 nicht unnötig lange eingeschaltet bleiben, ist der Programmschalter, wie nachstehend noch näher erläutert wird, mit zusätzlichen Zeitschaltgliedern versehen, welche jeweils die das Einschalten des Motors bewirkenden Schaltzustände nach einer vorbestimmten Zeit rückgängig machen, d. h. die Zündung der Triacs Tri 1 bzw. Tri 2 ausschalten. Die Länge des an diesen Zeitschaltgliedern eingestellten Zeitabschnittes muß dabei jeweils um einen gewissen Sicherheitsfaktor größer sein als die Laufzeit, die der Motor zum vollständigen Öffnen und Schließen des Rolladens benötigt. Es ist deshalb zweckmäßig, auch diese Zeitschaltglieder einstellbar zu machen.

Es ist bereits in Fig. 1 ersichtlich, daß der Programmschalter 13 mit drei manuell betätigbaren Tastschaltern TS 1, TS 2 und TS 3 versehen ist, die auch in dem Schaltbild der Fig. 2 vorhanden sind und die im Zu­ sammenwirken der dort dargestellten Verriegelungsschaltung ein manuel­ les Ein- und Ausschalten des Motors 1 in der einen oder anderen Lauf­ richtung ermöglichen.

Die Verriegelungsschaltung besteht aus einem Flanken-Flip-Flop 24, in dessen beiden Schaltgliedern 25 und 26 die vorerwähnten Zeitschaltglieder ZS 1 und ZS 2, welche die Zünddauer der beiden Triacs Tri 1 und Tri 2 zeitlich begrenzen, integriert sind. Über zwei UND-Verknüpfungsglieder 27 und 28, die auf die Rücksetzeingänge R der beiden Schaltglieder 25 und 26 geschaltet sind, ist der Tastschalter TS 3, der die "Stop"-Funktion ausübt, ebenfalls auf das Flanken-Flip-Flop 24 geschaltet. Der Tastschalter TS 1 ist über ein ODER-Glied 29 auf den Setzeingang S des Schaltgliedes 25 und der Tastschalter TS 2 ebenfalls über ein ODER-Glied 30 auf den Setzeingang des Schaltgliedes 26 geschaltet. Diese ODER-Glieder 29 und 30 sind eingangsseitig zugleich mit dem Signalausgang des Zeitgliedes 23 verbunden, wobei dem ODER-Glied 30 eine Inverterstufe 31 vorgeschaltet ist.

Vorzugsweise bestehen die Schaltglieder 25, 26, die UND-Ver­ knüpfungsglieder 27 und 28 ebenso wie die ODER-Glieder 29 und 30 und die Inverterstufe 31 aus integrierten Bausteinen, sog. ICs.

Die Funktionsweise der vorstehend anhand der Fig. 1 und 2 beschrie­ benen Schaltungsanordnungen ist folgende:
Angenommen bei der zuletzt vorausgegangenen Arbeitsphase des Motors 1 sei die Spule Sp 2 aktiv gewesen und der Endlagenschalter S 2 sei am Ende dieser Aktivität geöffnet worden; der Endlagenschalter S 1 ist demnach geschlossen. Wenn nun der Zeitgeber 23 des Programmschalters 13 programmgemäß das Signal "1" liefert, so wird dieses vom ODER-Glied 29 an das Schaltglied 25 des Flanken-Flip-Flops 24 gegeben. Das Schaltglied 25 wird auf Durchgang gesetzt. Gleichzeitig wird das dort integrierte Zeitschaltglied ZS 1 in Gang gesetzt. Über den an den Aus­ gang des Schaltgliedes 25 angeschlossenen Transistor T 1 erhält der Optokoppler 11 das Zündsignal für den Triac Tri 1. Dieser wird beim nächsten Nulldurchgang gezündet, die Spule Sp 1 des Motors 1 wird aktiviert. Der Motor läuft in einer bestimmten Richtung, die beispiels­ weise das Öffnen eines Rolladens zur Folge hat.

Wenn in der Zwischenzeit nicht durch Betätigung des Tastschalters TS 3 eine Beendigung dieses Schaltzustandes erfolgt, läuft der Motor 1 bis der Endlagenschalter S 1 geöffnet wird. Die Zündung des Triacs Tri 1 bleibt beispielsweise vier Minuten lang aufrechterhalten. Sie wird dann durch das Zeitschaltglied ZS 1 abgeschaltet. Das vorzeitige Abschalten der Zün­ dung des Tri 1 kann aber auch durch Betätigung des Tastschalters TS 3 erfolgen, durch den dann über das UND-Glied 27 ein Rücksetzen des Schaltgliedes 25 erfolgt. Durch das Aktivieren der Motorspule Sp 1 und die Rotation des Rotors 3 ist gleich zu Beginn der Endlagenschalter S 2 geschlossen worden, so daß danach, unabhängig davon ob der Endlagenschalter S 1 geöffnet oder geschlossen ist, die Möglichkeit besteht, über den Triac Tri 2 die Motorspule Sp 2 zu aktivieren, und zwar durch entsprechendes Setzen des Schaltgliedes 26 des Flanken-Flip-Flop 24. Dieses Setzen kann entweder durch ein "0"-Signal vom Zeitgeber 23 erfolgen, welches über die Inverterstufe 31 in ein "1"-Signal umgewandelt wird und über das ODER-Glied 30 auf den Setzeingang S des Schaltgliedes 26 gelangt oder durch ein "1"-Signal des Tastschalters TS 2, das ebenfalls über das ODER-Glied 30 zum Setzeingang S gelangt. Durch dieses "1"-Signal wird das Schaltglied 26 auf Durchgang gesetzt und über den Transistor T 2 das Zündsignal an den Optokoppler 12 geliefert. Mit dem Setzen des Schaltgliedes 26 wird auch zugleich dessen Zeitschaltglied ZS 2 in Gang gesetzt, das nach beispielsweise vier Minuten diesen Schaltzustand wieder beendet, wenn nicht zuvor die Betätigung des Tastschalters TS 3 erfolgt.

Bei den beiden vorbeschriebenen Ausgangspositionen besteht aber auch die Möglichkeit, die Aktivierung der Motorspule Sp 1 bzw. Sp 2 durch ent­ sprechende Betätigung eines der Tastschalter TS 1 bzw. TS 2 zu bewirken. Dabei erfolgt die Betätigung der beiden Tastschalter TS 1 und TS 2 jeweils nur kurzzeitig. Betätigt man den Tastschalter TS 1, so erfolgt in der vorbeschriebenen Weise die Zündung des Triacs Tri 1. Eine Unterbre­ chung der Zündung vor Ablauf der programmierten Zeitdauer des Zeit­ schaltgliedes ZS 1 ist dann nur durch die Betätigung des Tastschalters TS 3 möglich. Ebenso kann die Aktivierung der anderen Motorspule Sp 2 durch die Betätigung des Tastschalters TS 2 nur nach vorheriger Betä­ tigung des Tastschalters TS 3 erfolgen, weil durch diesen jeweils das Rücksetzen des Flanken-Flip-Flops bewirkt sein muß. Dadurch ist sichergestellt, daß eine gleichzeitige Betätigung der beiden aktiven Tastschalter TS 1 und TS 2 nicht zu einer gleichzeitigen Zündung der beiden Triacs Tri 1 und Tri 2 führen kann.

Claims (7)

1. Elektronische Drehrichtungssteuervorrichtung für einen Wechselstrommotor, insbesondere einen Rolladenantriebsmotor mit Hilfsphase, bei der das Einschalten des Motors durch einen elektrisch betriebenen Programmschalter und durch von diesem gesteuerte elektrische Leistungsschaltglieder und sein Ausschalten durch zwei Endlagenschalter erfolgt, die jeweils separat mit einer Motorwicklung und mit je einem der programmgesteuerten Schaltglieder in Reihe geschaltet sind und von einem Stellglied betätigt werden, dadurch gekennzeichnet, daß als Leistungsschaltglieder elektronische Wechselstromschalter z. B. in Form von Triacs (Tri 1, Tri 2) vorgesehen sind, welche jeweils eine der beiden Endlagenschalter (S 1, S 2) enthaltenden Schaltleitungen (5, 6) mit dem spannungsführenden Netzleiter (8) verbinden, wobei dieser Netzleiter (8) zugleich an den einen Eingang eines den Programmschalter (13) versorgenden gepufferten Netzteils (14) angeschlossen ist, dessen zweiter Eingang über je einen Kondensator (C 2, C 3) mit den beiden Schaltleitungen (5, 6) verbunden ist.

2. Elektronische Drehrichtungssteuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Programmschalter (13) aus einer mittels eines Mikroprozessors programmierbar gesteuerten Schaltuhr besteht.

3. Elektronische Drehrichtungssteuervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Programmschalter (13) mit zwei manuell betätigbaren Tastschaltern (TS 1, TS 2) versehen ist, durch welche die beiden Leistungsschaltglieder (Tri 1, Tri 2) wechselweise programmunabhängig zündbar sind.

4. Elektronische Drehrichtungssteuervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Leistungsschaltglieder (Tri 1, Tri 2) durch eine elektronische Verriegelungsschaltung (24) gegen gleichzeitiges Zünden geschützt sind.

5. Elektronische Drehrichtungssteuervorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungsschaltung im wesent­ lichen aus einem Flanken-Flip-Flop (24) besteht, das durch die beiden Tastschalter (TS 1, TS 2) oder durch das Zeitglied des Programmschalters wechselweise in jeweils einen der Schaltzustände setzbar ist, in denen jeweils eines der beiden Leistungsschaltglieder (Tri 1, Tri 2) gezündet ist, und daß zum Rücksetzen des Flanken-Flip-Flop (24) ein zusätzlicher Tastschalter (TS 3) über elektronische Verknüpfungsglieder (27, 28) auf die Rücksetzeingänge des Flanken-Flip-Flop (24) geschaltet ist.

6. Elektronische Drehrichtungssteuervorrichtung nach einem der An­ sprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Programmschalter mit einer die maximale Zünddauer der beiden Leistungsschaltglieder (Tri 1, Tri 2) auf eine vorbestimmte Länge begrenzenden Zeitschalt­ einrichtung (ZS 1, ZS 2) versehen ist.

7. Elektronische Drehrichtungssteuervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitschalteinrichtung aus zwei in die Schaltglieder (25, 26) des Flanken-Flip-Flops (24) integrierten Zeitschaltgliedern (ZS 1, ZS 2) besteht.