DE19809628B4

DE19809628B4 - Antriebseinrichtung zum Bewegen eines Bauteils wie Fensterscheibe, Schiebedach eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE19809628B4
Application number: DE19809628A
Authority: DE
Inventors: Norbert Knab; Frank Moskob
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1998-03-06
Filing date: 1998-03-06
Publication date: 2007-06-28
Anticipated expiration: 2018-03-07
Also published as: FR2775848A1; KR19990077588A; DE19809628A1; FR2775848B1; BR9902003A; JPH11311057A

Abstract

Antriebseinrichtung zum Bewegen eines Bauteils wie Fensterscheibe, Schiebedach, Sitz eines Fahrzeugs mit einem in zwei Drehrichtungen betreibbaren bürstenlosen, elektronisch kommutierten Elektromotor (3), mit einer Sicherheitsschaltung (5) zur Realisierung eines Einklemmschutzes, die den Elektromotor bei einer drohenden Einklemmung eines Körperteils einer Person wenigstens stoppt, wenn ein mit einer Änderung der Drehzahl des Elektromotors in Zusammenhang stehender Wert einen Referenzwert erreicht, dadurch gekennzeichnet, dass
– die Sicherheitsschaltung (5) den Wert erfasst,
– wobei der Wert aus Signalen gebildet wird, deren Frequenz mit der Drehzahl des Elektromotors in einem festen Verhältnis steht,
– die Signale durch Messung von Strom- oder Spannungsschwankungen in den jeweils nicht mit Erregungsstrom versorgten Feldspulen (17 bis 22) des Elektromotors durch Sensoren in allen Feldspulenversorgungsleitungen (25, 26, 27) ermittelt werden,
– wobei alle Sensoren (28, 29, 30) über eine Sammelschaltung (51) in Form einer logischen ODER-Funktion verknüpft sind und der Ausgang der Sammelschaltung mit der...

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Antriebseinrichtung nach der Gattung des Patentanspruches.

Durch die Druckschriften DE 30 34 118 C2 und DE 31 36 746 C2 sind Verfahren bekannt zur elektronischen Überwachung von Öffnungs- und Schließvorgängen insbesondere von Fenstern und Schiebedächern, die von Antriebseinrichtungen, die Elektromotoren und Getriebe aufweisen, bewegt werden. Beispielsweise können solche Getriebe aus einem Schneckengetriebe und einem Hebelgetriebe oder einem Schneckengetriebe und einem Zugmittelgetriebe zusammengesetzt sein. Verfahrensgemäß ist der Elektromotor an eine Überwachungsschaltung angeschlossen, die ihrerseits an eine digitale Signale abgebende Sensorik angeschlossen ist. Die digitale Sensorik kann in oder am Elektromotor oder am Getriebe oder beispielsweise am Bewegungsweg einer Fensterscheibe angeordnet sein. Beispielsweise besteht eine solche digitale Signale abgebende Sensorik aus einem Hall-Sensor und einem relativ zum Hall-Sensor bewegten permanentmagnetischen Element, beispielsweise einem Polrad auf einer Welle des Elektromotors oder des Getriebes. Die Überwachungsschaltung ist eingerichtet zum Messen von Zeitabständen zwischen beispielsweise ansteigenden Flanken aufeinanderfolgender Signale aus der digitalen Sensorik, zum Bilden eines Referenzwertes nach dem Einschalten des Elektromotors, zum Speichern dieses Referenzwertes und zum wiederholten Messen von Zeitabständen zwischen zwei digitalen Signalen und Vergleichen der gemessenen Zeit mit dem Referenzwert, um bei einer Zeitüberschreitung gegenüber dem Referenzwert den Elektromotor zu stoppen oder entgegen der seitherigen Drehrichtung zu schalten. Diese Verfahrensschritte bewirken, daß eine Gefährdung von Körperteilen von Personen durch begrenztes Einklemmen mittels der bewegten Fensterscheibe oder des Schiebedaches vermieden ist. Dabei ist vorteilhaft, daß bei Verwendung der angesprochenen Hall-Sensoren oder beispielsweise einer elektrooptischen Schranke gut auswertbare Signale entstehen auch dann, wenn die Drehzahl des Elektromotors oder die Bewegungsgeschwindigkeit von bewegbaren Elementen relativ gering ist. Diese digitale Sensorik ist deshalb auch dazu geeignet, direkte oder mittelbare Wegmessungen für die Fensterscheibe oder das Schiebedach vorzunehmen, so daß unter Zuhilfenahme einer Positionierungsautomatik die genannten Bauteile in eine vorgebbare oder aus vorgegebenen auswählbare Position bewegbar und dann stillsetzbar ist.

Eine durch die Patentschrift US 4,001,661 bekannte Antriebseinrichtung mit einem Kollektormotor zum Bewegen einer Fensterscheibe und mit einer Sicherheitsschaltung zum Abschalten des Kollektormotors vermeidet bewußt den Einbau oder Anbau von digitaler Sensorik und gibt als Lösungsweg an, die der Drehzahl des Kollektormotors proportionale Frequenz der Welligkeit von durch eine Bürstenleitung fließenden Strom zu messen. Hierzu ist eine aus Kondensatoren, Dioden und Widerständen bestimmte Meßschaltung vor der Basis eines Transistors an eine Motorstromleitung gekoppelt mittels eines Meßumformers, der hier ausgebildet ist als eine um die Motorstromleitung gewickelte Spule. Sinkt die Frequenz unter einen Grenzwert, so sinkt die Spannung im Meßkondensator, der mittels des Widerstandes entladbar ist. Die Unterschreitung des Grenzwertes führt zum Abschalten des Kollektormotors.

Durch die Druckschrift DE 42 17 664 A1 ist eine Antriebseinheit zum Positionieren eines Lenkrades oder eines Sitzes in einem Fahrgastraum bekannt. Die Antriebseinheit enthält einen bürstenlosen Dreiphasenmotor, drei Hall-Effekt-Schalter zur Gewinnung von Drehpositionssignalen eines Rotors des Dreiphasenmotors und eine Drehfeldsteuerung, die in Abhängigkeit von Drehpositionen der Rotorwelle nacheinander Feldspulen steuert. Die Drehpositionssignale werden zum mittelbaren Messen der Position des Lenkrades oder des Sitzes gezählt unter Zuhilfenahme einer Zählschaltung. Unter Verwendung einer Speicherschaltung für einen Positionswert und einer an die Zählschaltung und die Speicherschaltung angeschlossenen Vergleichseinrichtung ist der Dreiphasenmotor automatisch stillsetzbar.

Durch die Patentschrift US 5,015,927 ist eine Kommutierungsschaltung bekannt für einen beispielsweise als Dreiphasenmotor ausgebildeten Elektromotor. Die Kommutierungsschaltung hat Kommutierungsschalter zum nacheinander pulsweise erfolgenden Versorgen der Feldspulen mit Erregungsströmen und ist eingerichtet zum Erzeugen von Kommutierungssignalen durch Messen von Erregungsströmen in den Feldspulen und durch Messen von Induktionsströmen in Momenten, in denen keine Feldspule mit Erregungsstrom versorgt ist, und durch Beobachtung, in welchem Verhältnis die beiden Ströme zueinander stehen. Die Kommutierungssignale werden auch einem Drehzahlregler zugeführt, der auf einen Pulsweitenmodulator wirkt, der seinerseits mittelbar die Kommutierungsschalter steuert.

Diese Kommutierungsschaltung macht Halleffekt-Schalter im oder am Motor überflüssig.

Durch die Patentschrift US 5,256,923 ist ein weiterer elektronisch kommutierter Motor bekannt, der zur Gewinnung von Drehstellungssignalen und Drehzahlsignalen ohne Hall-Sensor-Schalter an der Motorwelle auskommt. Zur Erzeugung von Kommutierungssignalen ist wenigstens an einem Pol des Stators oder/und wenigstens einem Pol des Rotors des Elektromotors eine Nut angeordnet, so daß an sich normalen Stromänderungen während der Drehung des Rotors Stromhöcker und Stromdellen überlagert werden, aus denen die Kommutierungssignale gewonnen werden. Hierfür ist wenigstens ein Spulendraht oder eine Spulenversorgungsleitung durch einen Ringkern eines Transformators geführt. Dabei gibt die Frequenz der gewonnenen Kommutierungsimpulse die Motordrehzahl an.

Mit der DE 44 45 106 A1 ist eine Schaltungsanordnung zum Detektieren eines Überlastzustands eines Verstellantriebs bekannt geworden, in dem der durch den Elektromotor fließende Strom erfasst wird. Die Schaltung ist hierbei an eine zu einer Bürste führenden Motorstromleitung angeschlossen, um ausgehend von Strom- oder Spannungsschwankungen in der Motorstromleitung, die eine Folge der mechanischen Kommutierung mittels Bürsten und Kollektorlamellen ist, über eine Frequenz von Ankerstromwelligkeiten bzw. Spannungsschwankungen letztlich zu einem Drehzahlsignal zu kommen. Ein solches Drehzahlsignal wird dann mit einem Drehzahlgrenzwert verglichen, um bei einem Unterschreiten des Drehzahlgrenzwerts den Elektromotor zu stoppen oder zu reversieren.

Mit der DE 696 05 786 T2 ist ein Drehzahlsensor bekannt geworden, bei dem ein mehrpoliger Ringmagnet auf einer Ankerwelle als Signalgeber angeordnet ist. Als Signalaufnehmer sind zwei versetzt angeordnete Hallsensoren am Gehäuse befestigt. Ein solcher Ringmagnet kann sowohl für einen bürstenlosen als auch für einen Bürstenmotor verwendet werden.

Vorteile der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Antriebseinrichtung beispielsweise für eine Fensterscheibe oder ein Schiebedach derart zu verbessern, dass die Einklemmschutzfunktion auf Grundlage der Detektion von Strom- oder Spannungsschwankungen den aktuellen Sicherheitsvorschriften entspricht.

Die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches hat den Vorteil einer der Drehzahl des Elektromotors proportionalen Signalgewinnung gemäß der Patentschrift US 4,001,661 und dabei der Verschleißarmut und des geräuscharmen Laufs eines elektronisch kommutierten Motors, dessen Kommutierungsschaltung Kommutierungssignale aus Stromänderungen oder/und Spannungsänderungen und daraus erzeugten Signalen gewinnt.

Zeichnung
Ein schematisiert dargestelltes Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung gezeigt und nachfolgend näher beschrieben. Es zeigen 1 die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung und ein von dieser bewegbares Bauteil und 2 eine schematisierte Darstellung eines Stators mit Feldspulen und eines Rotors des Elektromotors.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung 2 hat einen bürstenlosen Elektromotor 3, eine Kommutierungsschaltung 4 und eine Sicherheitsschaltung 5. Zum willkürlichen Inbetriebsetzen oder Ausschalten des Elektromotors 3 über die Kommutierungsschaltung 4 ist die Kommutierungsschaltung 4 an eine Bedienungseinrichtung 6 angeschlossen. Die Bedienungseinrichtung 6 kann in verhältnismäßig einfacher Weise ausgebildet sein mit Tasten zum Einschalten des Elektromotors in einer ersten Drehrichtung und einer zweiten Drehrichtung und zum Anhalten des Elektromotors. Die Bedienungseinrichtung kann an sich aus dem Stand der Technik ausgewählt werden.
Der Elektromotor 3 besitzt im Beispiel einen Stator 10 mit sechs paarweise angeordneten Polzähnen 11 bis 16 und die Polzähne umgebenden Feldspulen 17 bis 22, einen Rotor 23 mit einem Nordpol N und einem Südpol S und eine Rotorwelle 24. Von der Kommutierungsschaltung 4 führen wenigstens drei Motorstromleitungen 25, 26 und 27 zu Feldspulen 17, 19 und 21. Entsprechend der paarweisen Anordnung der genannten
Polzähne sind unter sich die Spulen 17 mit 18 und 19 mit 20 und 21 mit 22 verbunden. Zur Drehmomenterzeugung versorgt die Kommutierungsschaltung 4 nacheinander folgend die genannten Spulenpaare 17, 18 und 19, 20 sowie 21 und 22 mit Erregungsstrom, so daß bei der Versorgung eines Spulenpaares mit Erregungsstrom die jeweils beiden anderen Spulenpaare keinen Erregungsstrom erhalten. Diese jeweils nicht mit Erregungsstrom versorgten Spulenpaare sind diejenigen, die zur Positionserfassung des Rotors durch Auswertung eines durch den Rotor induzierten Magnetfeldes seitens der Kommutierungsschaltung dienen. Entsprechend der Anzahl der Spulenpaare sind zur Auswertung der jeweiligen Magnetfelder drei Sensoren 28, 29 und 30 vorgesehen. Diese Sensoren können wie im Stand der Technik nach Art von induktiven Umformern gemäß dem transformatorischen Prinzip ausgebildet sein, wobei je nach Ausführungsart die Motorstromleitungen 25, 26 und 27 durch Spulen oder beispielsweise Ringkerne gemäß dem Stand der Technik geführt sind. Signale aus den Sensoren 28, 29 und 30 dienen der Steuerung der Kommutierungsschaltung 4 und werden andererseits auch der Schutzschaltung 5 zugeleitet. Dabei steht die Frequenz der Signale mit der Drehzahl des Rotors 23 bzw. der Drehfrequenz des Rotors 23 in einem festen Verhältnis.
Demgemäß ist die Sicherheitsschaltung 5 beispielsweise eingerichtet zur Messung der Frequenz und dem Vergleich mit einem Referenzwert. Dabei wird unter Verwendung einer Sammelschaltung 51 in Form einer logischen ODER-Schaltung die Abfolge der Signale aller Sensoren 28, 29 und 30 gemessen. Dabei spielt es an sich keine Rolle, ob der Referenzwert als eine Periodendauer gemäß der Druckschrift DE 30 34 118 C2 oder gemäß der Patentschrift US 4,001,661 als eine Spannung festgelegt ist und in der Schutzschaltung 5 die Frequenz der gewonnen Signale in eine im wesentlichen proportionale Spannung umgesetzt wird, die mit der Referenzspannung verglichen wird. In den beschriebenen Fällen sind also die Referenzwerte dem Prinzip nach Drehzahlwerte, bei deren Unterschreitung die Schutzschaltung 5 über die Kommutierungsschaltung 4 herrscht und die Kommutierungsschaltung 4 veranlaßt, den Elektromotor 3 stillzusetzen oder gar in Gegendrehrichtung zu schalten. Andererseits kann die Sicherheitsschaltung 5 aber auch so eingerichtet sein, daß nicht eine bestimmte Drehzahlschwelle, sondern eine zeitliche Ableitung der Drehzahl bzw. der der Drehzahl proportional erzeugten Frequenz das Abschaltkriterium für den Elektromotor 3 ist.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Rotorwelle 3 die Antriebswelle für einen Fensterheber 35. Der Fensterheber 35 selbst gehört nicht zum Gegenstand der Erfindung und es genügt deshalb ein Hinweis, daß er beispielsweise aus dem Stand der Technik entnehmbar ist und an die Rotorwelle 24 angeschlossen ein nicht dargestelltes Schneckengetriebe und an dieses angeschlossen ein Getriebe zum Umsetzen einer Drehbewegung in eine Hubbewegung hat. Die Hubbewegung wird mittels einer Tragschiene 35 auf eine Fensterscheibe 36 übertragen. Die Fensterscheibe 37 ist in an sich bekannter Weise in einem schematisiert dargestellten Fensterrahmen 38 geführt.
Wie bereits erwähnt, ist mittels der Bedienungseinrichtung 6 der Elektromotor 3 in der einen oder der anderen Drehrichtung startbar. Durch Starten des Elektromotors 3 im Sinne des Hebens der Fensterscheibe 37 ist das wenigstens teilweise geöffnet dargestellte Fenster 37, 38 schließbar. Dabei nähert sich ein oberer Rand 39 der Fensterscheibe 37 einem oberen Rand 40 des Fensterrahmens 38. Wenn sich dabei beispielsweise eine Hand einer Person im Bereich zwischen dem oberen Rand 39 und dem oberen Rand 40 befindet, so kommt es schließlich mindestens zum Kontakt der Hand mit dem oberen Rand 39 der Scheibe 37, wodurch die Drehzahl des Motors 3 und damit die Frequenz der Signale, die der Sicherheitsschaltung 5 zugeführt werden, abnehmen. Weil, wie bereits beschrieben, die Sicherheitsschaltung 5 auf die Abnahme der Frequenz und dabei beispielsweise einem Absinken auf einen Frequenzreferenzwert, reagiert, erfolgt eine Beendigung des Hebens der Fensterscheibe 7 und bevorzugt auch eine Absenkung der Fensterscheibe 37, so daß eine Person ihre Hand aus dem Fenster 37, 38 herausziehen kann.
Die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung 2 ist aber auch in nicht dargestellter Weise mit einem Schiebedach kombinierbar. Weil Schiebedächer und zwischen diesen und den jeweiligen Elektromotoren angeordnete Bewegungsgetriebe notorisch zum Stand der Technik gehören, erübrigt sich eine weitere Beschreibung und eine eine solche Beschreibung stützende Zeichnung.
Die Verwendung der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung ist nicht beschränkt auf das Heben von Fensterscheiben oder Bewegen von Schiebedächern. Die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung kann auch verwendet werden zum Bewegen von Schiebetüren, Sitzen, Verdecken und Hauben.

Claims

Antriebseinrichtung zum Bewegen eines Bauteils wie Fensterscheibe, Schiebedach, Sitz eines Fahrzeugs mit einem in zwei Drehrichtungen betreibbaren bürstenlosen, elektronisch kommutierten Elektromotor (3), mit einer Sicherheitsschaltung (5) zur Realisierung eines Einklemmschutzes, die den Elektromotor bei einer drohenden Einklemmung eines Körperteils einer Person wenigstens stoppt, wenn ein mit einer Änderung der Drehzahl des Elektromotors in Zusammenhang stehender Wert einen Referenzwert erreicht, dadurch gekennzeichnet, dass – die Sicherheitsschaltung (5) den Wert erfasst, – wobei der Wert aus Signalen gebildet wird, deren Frequenz mit der Drehzahl des Elektromotors in einem festen Verhältnis steht, – die Signale durch Messung von Strom- oder Spannungsschwankungen in den jeweils nicht mit Erregungsstrom versorgten Feldspulen (17 bis 22) des Elektromotors durch Sensoren in allen Feldspulenversorgungsleitungen (25, 26, 27) ermittelt werden, – wobei alle Sensoren (28, 29, 30) über eine Sammelschaltung (51) in Form einer logischen ODER-Funktion verknüpft sind und der Ausgang der Sammelschaltung mit der Sicherheitsschaltung (5)verbunden ist.