-
Die Erfindung betrifft eine Schaltung
zur Steuerung eines Gleichstromelektromotors eines Scheibenwischers.
-
Grundsätzlich sind derartige Schaltungen bekannt.
Sie umfassen üblicherweise
wenigstens zwei Relais, um je nach Ansteuerung der Relais wahlweise
entweder eine erste Wicklung oder eine zweite Wicklung des Elektromotors
mit einer Gleichstromquelle in Stromverbindung zu bringen. Typischerweise
weisen die erste Wicklung und die zweite Wicklung jeweils eine unterschiedliche
Anzahl von Windungen auf. Je nachdem, ob ein Strom durch die erste
Wicklung oder durch die zweite Wicklung fließt, erreicht der Elektromotor
unterschiedliche Drehgeschwindigkeiten. Es ist somit möglich, den
Scheibenwischer zweistufig, das heißt mit zwei fest vorgegebenen
Frequenzen, zu betreiben.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
vereinfachte und kostengünstige
Schaltung zur Steuerung eines Gleichstromelektromotors eines Scheibenwischers
zu schaffen, die insbesondere eine stufenlose Einstellung der Scheibenwischergeschwindigkeit
ermöglicht.
-
Die Aufgabe wird durch die Merkmale
des Anspruchs 1 gelöst
und insbesondere dadurch, dass die Schaltung ein elektronisches
Schaltelement aufweist, das zwischen einem Pol einer Gleichstromquelle
und einer Wicklung des Elektromotors angeordnet ist, wobei das elektronische
Schalt element durch eine Steuereinheit und mit modulierter Pulsbreite
gepulst in einen stromdurchlässigen
Zustand schaltbar ist, um den Elektromotor zur Erreichung einer
gewünschten
Drehgeschwindigkeit mit der Gleichstromquelle in Stromverbindung
zu bringen.
-
Erfindungsgemäß ist anstelle von einem oder
mehreren Relais ein elektronisches Schaltelement zur Steuerung des
Elektromotors vorgesehen. Dieses elektronische Schaltelement erfüllt zwei Funktionen:
zum einen wirkt es als Unterbrecherkontakt, um den Elektromotor
mit der Stromquelle zu verbinden oder ihn von der Stromquelle zu
trennen. Zum anderen wird das Schaltelement gepulst betrieben, wobei
durch die Modulation der Pulsbreite, das heißt durch eine Veränderung
der Pulsbreite, die Drehgeschwindigkeit des Elektromotors und somit
die Frequenz des Scheibenwischers eingestellt werden kann.
-
Die Pulsbreite ist eine kontinuierlich
variierbare Einstellgröße, so dass
ein Bediener durch eine entsprechende Eingabe an die Steuereinheit
eine beliebige Drehgeschwindigkeit des Elektromotors auswählen und
die Wischfrequenz des Scheibenwischers somit frei vorgeben kann.
Auch kann eine durch Sensoren gesteuerte Ansteuerung der Geschwindigkeit
des Scheibenwischers erfolgen. Die Scheibenwischertätigkeit
lässt sich
auf diese Weise gezielt an eine Verschmutzung oder Belegung der zugehörigen Scheibe
mit Regen, Schnee etc. anpassen. Dadurch ist einerseits der Bedienungskomfort und
andererseits die Sicherheit des Fahrzeugs erhöht.
-
Da es sich bei dem Schaltelement
um ein elektronisches Schaltelement handelt, tritt bei diesem – anders
als bei einem Relais – kein
mechanischer Verschleiß auf.
Das Schaltelement ist somit im Wesentlichen wartungsfrei.
-
Darüber hinaus geht der Schaltvorgang
bei einem elektronischen Schaltelement – im Gegensatz zu einem mechanisch
schaltenden Bauteil, wie einem Relais – geräuschlos vor sich.
-
Gemäß einer Ausführungsform
der Schaltung ist ein zweites elektronisches Schaltelement zwischen
einer Wicklung des Elektromotors und einem anderen Pol der Stromquelle
angeordnet und durch die Steuereinheit in einen stromdurchlässigen Zustand
schaltbar, um ein Abbremsen des Elektromotors zu beschleunigen.
-
Wird die Stromverbindung zwischen
Elektromotor und Stromquelle zum Abschalten des Scheibenwischers
durch das erste Schaltelement unterbrochen, so würde der Rotor des Elektromotors
aufgrund seiner Trägheit
zunächst
weiter rotieren. Durch dieses Nachlaufen des Rotors würde in der
Wicklung des Elektromotors eine Ladungsverschiebung in abwechselnd
entgegengesetzte Richtungen bewirkt, die dazu führen würde, dass sich die Rotation
des Rotors über
einen längeren
Zeitraum hinweg fortsetzen würde.
-
Durch das zweite Schaltelement lässt sich die
Wicklung des Elektromotors kurzschließen und mit einem, beispielsweise
auf Masse liegenden, Pol der Stromquelle verbinden, so dass der
durch den nachlaufenden Rotor in der Wicklung induzierte Strom abfließen kann. Ähnlich wie
bei einer Wirbelstrombremse wirkt dieser durch die Wicklung fließende bzw.
aus der Wicklung abfließende
Strom der Drehung des Rotors entgegen. Der Scheibenwischer wird
auf diese Weise nicht nur unkontrolliert durch den Reibungswiderstand
auf der Scheibe, sondern zusätzlich
gezielt durch das Schalten des zweiten Schaltelements in den stromdurchlässigen Zustand abgebremst.
Befindet sich das zweite Schaltelement auch dann im stromdurchlässigen Zustand,
wenn der Scheibenwischer nicht in Betrieb ist, so wird der Stillstand
des Scheibenwischers zusätzlich
sichergestellt.
-
Gemäß einer ersten Variante der
Schaltung weist der Elektromotor zwei Wicklungen auf und das erste
Schaltelement ist mit der einen Wicklung das zweite Schaltelement
mit der anderen Wicklung des Elektromotors verbunden. Diese Variante
der Schaltung ermöglicht
die Verwendung von Elektromotoren, wie sie bereits in herkömmlichen,
bspw. relaisgesteuerten Schaltungen für einen zweistufigen Betrieb
von Scheibenwischern eingesetzt wurden.
-
Zur Steuerung des Elektromotors mit
zwei Wicklungen sind im Prinzip nicht mehr als zwei elektronische
Bauelemente erforderlich, nämlich
das erste Schaltelement, um die eine Wicklung des Elektromotors
mit der Stromquelle in Stromverbindung zu bringen und die Drehgeschwindigkeit
des Motors zu steuern, und das zweite Schaltelement, um die andere
Wicklung zum schnellen Abbremsen des Motors kurzzuschließen.
-
Darüber hinaus ist die erste Schaltungsvariante
unempfindlich gegenüber
einer Verpolung der Stromquelle. Durch die Anordnung der Schaltelemente
zwischen unterschiedlichen Wicklungen und unterschiedlichen Polen
der Stromquelle kann nämlich
selbst bei einer Falschpolung der Stromquelle kein Kurzschlussstrom
von einem Pol der Stromquelle durch beide Schaltelemente hindurch
zum anderen Pol der Stromquelle fließen. Eine Beschädigung der
elektronischen Schaltelemente aufgrund einer versehentlichen Verpolung
ist somit ausgeschlossen.
-
Gemäß einer zweiten Schaltungsvariante weist
der Elektromotor nur eine Wicklung auf, und das zweite Schaltelement
ist parallel zu der Wicklung zwischen das erste Schaltelement und
den anderen Pol der Stromquelle geschaltet. Bei dieser Schaltungsvariante
erfolgt der Antrieb und das Abbremsen des Elektromotors über ein
und dieselbe Wicklung. Für
diese Schaltungsvariante können
daher Elektromotoren mit nur einer Wicklung verwendet werden. Derartige
Elektromotoren weisen im Vergleich zu Elektromotoren mit zwei Wicklungen
in der Regel einen einfachereren Aufbau auf und sind deshalb kostengünstiger.
-
Vorteilhafterweise ist bei der zweiten
Schaltungsvariante in einem Leitungszweig der Schaltung, in dem
das erste und das zweite Schaltelement angeordnet sind, zusätzlich ein
Gleichrichterelement vorgesehen. Da die Schaltung gemäß der zweiten
Variante einen Leitungszweig aufweist, in dem die Schaltungselemente
in Reihe zwischen den Polen der Stromquelle angeordnet sind, besteht
hier die Gefahr, dass die Schaltelemente bei einer Falschpolung der
Stromquelle durch einen über
die Schaltelemente fließenden
Kurzschlussstrom beschädigt
werden. Durch die Anordnung des Gleichrichterelements, beispielsweise
einer Diode oder eines Transistors, in diesem Leitungszweig, wird
eine Beschädigung
der Schaltelemente durch Kurzschluss bei einer Verpolung der Stromquelle
ausgeschlossen.
-
Die elektronischen Schaltelemente
können Transistoren
und insbesondere Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs)
sein. MOSFETs sind leicht erhältliche
und kostengünstige
elektronische Bauelemente, die sich für einen Einsatz in einer erfindungsgemäßen Schaltung
besonders gut eignen. Darüber
hinaus arbeiten MOSFETs nahezu verlustfrei, so dass die Schaltung
energiesparend betrieben werden kann.
-
Das erste Schaltelement kann außerdem ein intelligenter
MOSFET (Smart MOSFET) sein, und der durch das erste Schaltelement
fließende
Motorstrom kann, insbesondere durch die Steuerungseinheit, erfassbar
sein. Durch die Erfassung des durch das erste Schaltelement fließenden Stroms
kann zum einen die Funktion des Elektromotors und somit des Scheibenwischers überwacht
werden. Zum anderen ist ein Eingreifen der Steuereinheit möglich, beispielsweise zum
Unterbrechen des Stromkreises, sobald eine Fehlfunktion der Schaltung,
zum Beispiel in Form eines Kurzschlusses, am ersten Schaltelement
detektiert wird. Die Erfassung des durch das erste Stromelement
fließenden
Stroms übernimmt
folglich die Funktion einer Sicherung und macht eine zusätzliche Sicherung
somit überflüssig.
-
Weiterer Gegenstand der Erfindung
ist außerdem
ein Verfahren zum Steuern eines Gleichstromelektromotors eines Scheibenwischers,
bei dem ein elektronisches Schaltelement, das zwischen einem Pol
einer Gleichstromquelle und einer Wicklung des Elektromotors angeordnet
ist, mit modulierter Pulsbreite gepulst in einen stromdurchlässigen Zustand
geschaltet wird, um den Elektromotor zur Erreichung einer gewünschten
Drehgeschwindigkeit mit der Gleichstromquelle in Stromverbindung
zu bringen. Durch die gepulste Schaltung des Schaltelements mit
modulierter Pulsbreite ist – anders
als bei herkömmlichen
Schaltungen zum zweistufigen Betreiben eines Scheibenwischers – eine kontinuierliche
Einstellung der Scheibenwischergeschwindigkeit möglich. Dies erlaubt eine optimale
Anpassung der Scheibenwischerleistung an die Umgebung und erhöht dadurch
sowohl den Bedienungskomfort als auch die Sicherheit, letztere insbesondere
dann, wenn es sich um einen Scheibenwischer für eine Windschutzscheibe eines
Fahrzeugs handelt.
-
Ein zweites elektronisches Schaltelement, das
zwischen einer Wicklung des Elektromotors und einem anderen Pol
der Stromquelle angeordnet ist, kann in einen stromdurchlässigen Zustand
geschaltet werden, um ein Abbremsen des Elektromotors zu beschleunigen.
Auf diese Weise wird ein unerwünschtes
Nachlaufen des Elektromotors nach einem Ausschalten des Scheibenwischers
weitgehend ausgeschlossen. Der Scheibenwischer kommt somit nahezu
unmittelbar nach seinem Ausschalten zum Stillstand, oder, sofern
dies steuerungstechnisch vorgesehen ist, unmittelbar nachdem er
seine Ruhelage erreicht hat. Befindet sich das zweite Schaltelement auch
dann im stromdurchlässigen
Zustand, wenn der Scheibenwischer nicht in Betrieb ist, so wird
der Scheibenwischer hierdurch zusätzlich blockiert.
-
Der durch das erste Schaltelement
fließende Motorstrom
kann, insbesondere durch eine Steuerungseinheit, erfassbar sein.
Die Erfassung des Motorstroms dient zum einen der Überwachung
der Scheibenwischerfunktion und erfüllt zum anderen die Aufgabe
einer Sicherung, indem beispielsweise bei einer Detektion eines über das
Schaltelement fließenden
Kurzschlussstroms eine Unterbrechung des Stromkreises ausgelöst werden
kann.
-
Nachfolgend wird die Erfindung rein
beispielhaft anhand vorteilhafter Ausführungsformen und unter Bezugnahme
auf die beigefügte
Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
-
1 eine
erfindungsgemäße Schaltung
gemäß einer
ersten Variante; und
-
2 eine
erfindungsgemäße Schaltung
gemäß einer
zweiten Variante.
-
Die in 1 gezeigte
erste Schaltungsvariante weist einen Gleichstromelektromotor 10 zum Antreiben
eines nicht dargestellten Scheibenwischers, beispielsweise für eine Windschutzscheibe eines
Kraftfahrzeugs auf. Der Elektromotor 10 ist mit zwei Wicklungen 12, 14 versehen.
Es kann sich beispielsweise um einen Elektromotor 10 handeln,
wie er auch in früheren,
zweistufigen Scheibenwischerantriebssystemen eingesetzt wurde, das
heißt
die Wicklungen 12, 14 können unterschiedliche Anzahlen
von Windungen aufweisen. Das Verhältnis der Anzahl von Windungen
der Wicklungen 12, 14 zueinander ist bei der hier
dargestellten Schaltung jedoch nicht relevant.
-
Die eine Wicklung 12, im
folgenden auch Antriebswicklung genannt, dient der Umsetzung elektrischer
Energie in eine Drehbewegung eines Rotors (nicht gezeigt) des Elektromotors 10,
die wiederum durch ein entsprechendes Getriebe (nicht gezeigt) in eine
Wischbewegung des Scheibenwischers umgesetzt wird. Zur Versorgung
des Elektromotors 10 mit elektrischer Energie ist ein erstes
Ende 16 der Antriebswicklung 12 mit einem Pluspol 18 einer
Gleichstromquelle und ein zweites Ende 20 der Antriebswicklung 12 mit
einem Minuspol 22 der Gleichstromquelle verbunden. Bei
der Gleichstromquelle kann es sich beispielsweise um eine Autobatterie
oder eine Brennstoffzelle handeln. Sofern die Gleichstromquelle
in einem Kraftfahrzeug vorgesehen ist, handelt es sich bei dem Minuspol 22 typi scherweise
um einen Massepol, das heißt
der Minuspol 22 der Gleichstromquelle ist mit der Fahrzeugkarosserie
verbunden.
-
Um die Stromzufuhr von der Stromquelle
zu dem Elektromotor 10 zu unterbrechen, ist zwischen dem
Pluspol 18 der Gleichstromquelle und dem ersten Ende 16 der
Antriebswicklung 12 ein erstes elektronisches Schaltelement 24 angeordnet.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel
ist das Schaltelement 24 ein Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET).
Es ist jedoch auch möglich,
eine andere Art von Transistor oder einen Thyristor als Schaltelement 24 zu
verwenden.
-
Durch eine nicht dargestellte Steuereinheit ist
der MOSFET 24 gepulst in einen stromdurchlässigen Zustand
schaltbar. Zu diesem Zweck wird die Gateelektrode des MOSFETs 24 mit
einem von der Steuereinheit ausgesandten Rechteckspannungssignal 26 beaufschlagt.
Sobald das Schaltelement 24 in einen stromdurchlässigen Zustand
geschaltet wird, beginnt sich der Rotor des Elektromotors 10 zu
drehen. Aufgrund des pulsförmigen,
an der Gateelektrode des MOSFETs 24 anliegenden Spannungssignals 26 ist
der stromdurchlässige
Zustand des Schaltelements 24 kein kontinuierlicher Zustand,
sondern er setzt sich aus einer Reihe von Zustandsabschnitten zusammen,
die abwechselnd stromdurchlässig
und stromsperrend sind.
-
Die Drehgeschwindigkeit des Elektromotors 10 hängt vom
Verhältnis
der Länge
des stromdurchlässigen
Zustandsabschnitts zur Länge
des stromsperrenden Zustandsabschnitts ab. Dabei gilt, dass sich
der Rotor des Elektromotors 10 um so schneller dreht, je
länger
der stromdurchlässige
Zustandsabschnitt im Vergleich zum stromsperrenden Zustandsabschnitt ist.
Dieses Verhältnis
der Längen
der stromdurchlässigen
und stromsperrenden Zustände
des MOSFETs 24 zueinander wird durch die Pulsbreite W des
an der Gateelektrode des MOSFETs 24 anliegenden Spannungssignals 26 vorgegeben.
-
Durch eine Veränderung bzw. Modulation der
Pulsbreite W des Spannungssignals 26 lässt sich folglich die Drehgeschwindigkeit
des Elektromotors 10 steuern. In Reaktion auf eine entsprechende
Eingabe eines Bedieners gibt die Steuereinheit ein Rechteckspannungssignal 26 mit
einer der Eingabe entsprechenden Pulsbreite W an das Schaltelement 24 aus.
Dadurch wird der Elektromotor 10 derart gepulst mit Strom
versorgt, dass sich eine gewünschte Drehgeschwindigkeit
des Elektromotors 10 und somit die von dem Bediener gewünschte Wischfrequenz des
Scheibenwischers einstellt.
-
Durch eine kontinuierlich veränderbare
Pulsbreite W sind im Prinzip beliebige Drehgeschwindigkeiten es
Elektromotors 10 einstellbar. Eine minimale Drehgeschwindigkeit
ergibt sich jedoch aus einer minimalen Pulsbreite W, die mindestens
erforderlich ist, damit eine Verdrehung des Rotors des Elektromotors 10 überhaupt
erst in Gang gesetzt wird. Eine obere Grenze für die Drehgeschwindigkeit des
Elektromotors 10 ergibt sich aus der Tatsache, dass mit
immer weiter wachsender Pulsbreite W ab einem bestimmten Punkt kein
gepulstes Signal 26 mehr vorliegt, sondern ein quasi kontinuierliches
Signal. Die maximal erreichbare Drehgeschwindigkeit des Elektromotors 10 ist
deshalb diejenige, die bei einer konstanten Stromzufuhr erreicht
würde.
Maßgeblich
für die
maximal erreichbare Drehgeschwindigkeit des Elektromotors 10 ist
daher die bauliche Ausfüh rung
des Elektromotors 10 und insbesondere die Anzahl der Windungen
der Antriebswicklung 12.
-
Zum Ausschalten des Scheibenwischers wird
das Schaltelement 24 durch die Steuereinheit in einen stromsperrenden
Zustand geschaltet und die Stromzufuhr vom Pluspol 18 der
Gleichstromquelle zum Elektromotor 10 unterbrochen. Aufgrund
seiner Trägheit
dreht sich der Rotor des Elektromotors 10 trotz der Trennung
des Elektromotors 10 von der Stromquelle zunächst weiter.
Durch diesen Nachlauf des Rotors wird sowohl in der ersten Wicklung 12 als auch
in der zweiten Wicklung 14 ein Strom induziert, dessen
Richtungsänderungsgeschwindigkeit
sich in Abhängigkeit
von der Drehgeschwindigkeit des Rotors ständig ändert. Es handelt sich folglich
genauer gesagt um eine alternierende Ladungsverschiebung in den
Wicklungen 12, 14.
-
Ein in den Wicklungen 12, 14 induzierter Strom
würde dazu
führen,
dass dem Rotor immer wieder Energie zugeführt würde, so dass der Nachlauf des
Rotors durch den in den Wicklungen 12, 14 induzierten
Strom verlängert
würde.
Dies bedeutet, dass sich der Scheibenwischer noch für einige
Zeit nach seinem Ausschalten weiter bewegten würde.
-
Um zu erreichen, dass die Scheibenwischerbewegung
bei einem entsprechenden Ausschaltbefehl des Bedieners unmittelbar
stoppt, ist die zweite Wicklung 14, im Folgenden auch Bremswicklung
genannt, über
ein zweites Schaltelement 28 kurzgeschlossen, indem ein
Anschluss des Schaltelements 28 mit dem einen Ende 30 der
Bremswicklung 14 und ein anderer Anschluss des Schaltelements 28 mit
ihrem anderen Ende 32 verbunden ist.
-
Bei dem Schaltelement 28 handelt
es sich im dargestellten Ausführungsbeispiel
ebenfalls um einen MOSFET, wobei, wie bereits im Zusammenhang mit
dem ersten Schaltelement 24 erwähnt, auch andere Arten von
Transistoren oder Thyristoren in Frage kommen können. Der MOSFET 28 ist
durch die Steuereinheit aus einem stromsperrenden Zustand in einen
stromdurchlässigen
Zustand schaltbar.
-
Während
der Scheibenwischer aktiviert ist, das heißt solange der Elektromotor 10 mit
Strom versorgt wird, befindet sich das zweite Schaltelement 28 in
einem stromsperrenden Zustand. Sobald der Scheibenwischer aber ausgeschaltet
wird – mit
anderen Worten – kurz
nachdem durch das erste Schaltelement 24 die Stromzufuhr
zum Elektromotor 10 unterbrochen wurde, wird das zweite
Schaltelement 28 durch die Steuereinheit in einen stromdurchlässigen Zustand
geschaltet.
-
Dies bewirkt einen Kurzschluss der
zweiten Wicklung 14, und der durch den Nachlauf des Rotors in
der zweiten Wicklung 14 induzierte Strom kann ungehindert
durch die Wicklung 14 und durch den MOSFET 28 hindurch
fließen
und insbesondere über den
Minuspol 22 der Gleichstromquelle – der bei einer Kraftfahrzeugbatterie
einem Massepol entspricht – abfließen.
-
Dieser Stromfluss in der zweiten
Wicklung 14 führt, ähnlich wie
bei einer Wirbelstrombremse, zu einem annähernd sofortigen Stopp der
Drehbewegung des Rotors und somit zu einem unmittelbaren Anhalten
des Scheibenwischers. Um den Rotor bis zu einem völligen Stillstand
abzubremsen, ist es ausreichend, das zweite Schaltelement 28 für eine Zeitdauer
von einigen Millisekunden bis einigen zehn Millisekunden in den
stromdurchlässigen
Zustand zu schalten. Die aus dem Kurzschließen der zweiten Wicklung 14 resultierende
Bremswirkung ist dabei so stark, dass sie die weiter antreibende
Wirkung des in der ersten Wicklung 12 induzierten Stroms
bei weitem übertrifft.
-
Das zweite Schaltelement 28 kann
durch die Steuereinheit in einen stromdurchlässigen Zustand geschaltet sein,
wenn der Scheibenwischer ausgeschaltet ist. Auf diese Weise ist
der Scheibenwischer nicht nur durch die Unterbrechung der Stromzufuhr zum
Elektromotor 10 sondern zusätzlich auch durch das Kurzschließen der
Wicklung 14 blockiert. Eine unbeabsichtigte Wischbewegung
des Scheibenwischers ist somit zweifach ausgeschlossen.
-
Die in 1 dargestellte
erste Schaltungsvariante erfordert keine zusätzlichen Gleichrichterelemente
zum Schutz der Schaltelemente 24, 28 vor einer
Beschädigung
bei Verpolung. Das heißt,
selbst wenn das erste Schaltelement 24 versehentlich mit einem
Minuspol bzw. Massepol und die zweiten Enden 20, 32 der
Wicklungen 12, 14 sowie das zweite Schaltelement 28 mit
dem Pluspol einer Gleichstromquelle verbunden würden, so würde über das zweite Schaltelement 28 kein
Strom fließen,
da dieses lediglich mit einem Pol der Stromquelle verbunden ist,
und über
das erste Schaltelement 24 würde aufgrund der in MOSFETs
typischerweise vorhandenen parasitären Diode 34 ein Strom
fließen.
Gleichzeitig würde der
Elektromotor 10 in umgekehrter Richtung angetrieben, so
dass der über
das erste Schaltelement 24 fließende Strom keinesfalls höher als
ein bei korrekter Polung der Gleichstromquelle durch das Schaltelement 24 fließender Laststrom
wäre. Eine
Beschädigung
der MOSFETs 24, 28 durch eine Falschpolung der
Stromquelle ist bei dieser Schaltung folglich von vorn herein ausgeschlossen.
-
Bei dem in 1 gezeigten ersten Schaltelement 24 handelt
es sich um einen so genannten Smart MOSFET, das heißt um einen
MOSFET, bei dem ein zwischen Source und Drain oder umgekehrt fließender Strom überwachbar
ist. Die Überwachung dieses
durch das Schaltelement 24 fließenden Stroms erfolgt durch
eine Strommesseinrichtung 35, die vorteilhafterweise in
die Steuereinheit eingebunden, zumindest aber mit dieser verbunden
ist. Durch die Erfassung des durch das erste Schaltelement 24 fließenden Stroms
ist die Funktion des Elektromotors 10 überwachbar. Darüber hinaus
sind auch für
das Schaltelement 24 schädliche Stromspitzen oder Kurzschlussströme detektierbar
und durch die Steuereinheit gegebenenfalls entsprechende Gegenmaßnahmen
einleitbar, wie beispielsweise die Trennung der Schaltung von der
Stromquelle.
-
In 2 ist
eine zweite Schaltungsvariante zur pulsbreitenmodulierten Steuerung
eines Elektromotors 37 für einen Scheibenwischer dargestellt.
Die Regelung der Drehgeschwindigkeit des Elektromotors 37 erfolgt
wie bei der voranstehend beschriebenen ersten Schaltungsvariante
durch ein erstes Schaltelement 24, das durch eine (nicht
gezeigte) Steuereinheit gepulst und mit modulierter Pulsbreite in
einen stromdurchlässigen
Zustand geschaltet wird.
-
Im Unterschied zur ersten Schaltungsvariante
weist der Elektromotor 37 der in 2 gezeigten Schaltung jedoch nur eine
einzige Wicklung 36 auf, die sowohl zum Antreiben als auch
zum Abbremsen des Rotors des Elektromotors dient. Ein erstes Ende 38 der
Wicklung 36 ist über
das erste Schaltelement 24 mit dem Pluspol 18 einer
Gleichstromquelle verbunden. Das zweite Ende 40 der Wicklung 36 ist
entsprechend mit dem Minuspol 22 bzw. dem Massepol der
Gleichstromquelle verbunden.
-
Anders als bei der ersten Schaltung
von 1 ist das zweite
Schaltungselement 28 bei der zweiten Schaltungsvariante
mit den Enden 38, 40 der gleichen Wicklung 36 verbunden,
die auch zum Antreiben des Rotors des Elektromotors 37 dient.
Auch hier ist das zweite Schaltelement 28 durch die Steuereinheit
in einen stromdurchlässigen
Zustand schaltbar. Im stromdurchlässigen Zustand schließt das zweite
Schaltelement 28 die Wicklung 36 kurz, und die
Bewegung des Rotors wird, wie im Zusammenhang mit 1 bereits beschrieben wurde, gebremst.
-
Bei der in 2 gezeigten Schaltungsvariante ist darauf
zu achten, dass sich jeweils nur eines der Schaltungselemente 24, 28 im
stromdurchlässigen
Zustand befindet. Wären
beide Schaltungselemente 24, 28 gleichzeitig im
stromdurchlässigen
Zustand, so würde
der von der Stromquelle erzeugte Strom vom Pluspol 18 durch
das erste Schaltungselement 24 nicht durch die Wicklung 36 des
Elektromotors 37 hindurch, sondern aufgrund eines geringeren
Widerstands an der Wicklung 36 vorbei durch das zweite
Schaltungselement 28 zum Minuspol 22 der Stromquelle
fließen.
Dadurch würde
der Rotor des Elektromotors 37 weder aktiv angetrieben
noch abgebremst.
-
Solange der Scheibenwischer aktiv
angetrieben werden soll, muss sich das zweite Schaltelement 28 folglich
in einem stromsperrenden Zustand befinden. Soll die Bewegung des
Scheibenwischers gestoppt werden, so wird zunächst das erste Schaltelement 24 in
einen stromsperrenden Zustand geschaltet und unmittelbar danach
das zweite Schaltelement 28 zum Kurzschließen der
Wicklung 36 in einen stromdurchlässigen Zustand gebracht. Wie
bereits im Zusammenhang mit der ersten Schaltungsvariante bemerkt
wurde, ist es zum Kurzschließen
der Wicklung 36 und somit zum Abbremsen des Rotors ausreichend,
das zweite Schaltelement 28 für eine Zeitdauer von wenigen
Millisekunden bis wenigen zehn Millisekunden in den stromdurchlässigen Zustand
zu bringen.
-
Bei der in 2 gezeigten Anordnung der beiden Schaltelemente 24, 28 und
des Elektromotors 37 könnte
bei einem Anschluss der Gleichstromquelle mit verkehrter Polung
ein Kurzschlussstrom durch die Schaltelemente 24, 28 hindurch
von einem Pol der Stromquelle zum anderen fließen. Ermöglicht würde ein solcher Stromfluss
durch die in MOSFETs vorhandenen parasitären Dioden 34. Der
Kurzschlussstrom würde
die MOSFETs 24, 28 beschädigen oder bei ausreichender
Stärke
sogar zerstören.
-
Um einen solchen Kurzschluss der
Schaltung bei einer Verpolung auszuschließen, umfasst die in 2 gezeigte Schaltungsvariante
deshalb ein Gleichrichterelement 42, das in dem Leitungszweig der
Schaltung vorgesehen ist, der von dem einen Pol 18 zum
anderen Pol 22 der Stromquelle führt und in dem die beiden Schaltelemente 24, 28 in
Reihe angeordnet sind.
-
Im dargestellten Ausführungsbeispiel
ist das Gleichrichterelement 42 ein weiterer MOSFET, der zwischen
dem ersten Schaltelement 24 und dem zweiten Schaltelement 28 angeordnet
ist. Es ist aber ebenso möglich,
das Gleichrichterelement 42 zwischen dem ersten Schaltungselement 24 und der Stromquelle
oder zwischen dem zweiten Schaltungselement 28 und der
Stromquelle anzuordnen.
-
Das Gleichrichterelement 42 könnte auch eine
Diode sein. Da über
einen MOSFET in der Regel aber eine geringere Verlustleistung abfällt als über eine
Diode, ist als Gleichrichterelement 42 ein MOSFET vorzuziehen.
Der als Gleichrichterelement 42 dienende MOSFET ist dabei
so in die Schaltung eingebaut, dass seine parasitäre Diode 44 in
zu den parasitären
Dioden 34 der Schaltelemente 24, 28 umgekehrter
Richtung orientiert ist. Im Normalbetrieb des Scheibenwischers ist
der MOSFET 42 durch die Steuereinheit in einen stromdurchlässigen Zustand geschaltet.
-
Die voranstehend beschriebenen Schaltungen
gemäß der ersten
und zweiten Variante können zur
Steuerung eines Scheibenwischers einer Windschutzscheibe oder einer
Heckscheibe eines Kraftfahrzeugs verwendet werden. Entsprechend
können auch
Scheibenwischer an Bord eines Schiffes oder eines Flugzeuges gesteuert
werden. Des Weiteren eignen sich die offenbarten Schaltungen zur
Steuerung von Scheibenwischern für
Scheinwerfer, bspw. in Kraftfahrzeugen.
-
- 10
- Elektromotor
- 12
- erste
Wicklung
- 14
- zweite
Wicklung
- 16
- erstes
Ende
- 18
- Pluspol
- 20
- zweites
Ende
- 22
- Minuspol
- 24
- Schaltelement
- 26
- Rechteckspannungssignal
- 28
- zweites
Schaltelement
- 30
- erstes
Ende
- 32
- zweites
Ende
- 34
- parasitäre Diode
- 35
- Strommesseinrichtung
- 36
- Wicklung
- 37
- Elektromotor
- 38
- erstes
Ende
- 40
- zweites
Ende
- 42
- Gleichrichterelement
- 44
- parasitäre Diode
- W
- Pulsbreite