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Dokumentenidentifikation DE102005043743A1 15.03.2007
Titel Vorrichtung und Verfahren zur Freigabe und/oder Sperrung der Versorgung eines Elektromotors mit elektrischer Energie
Anmelder Volkswagen AG, 38440 Wolfsburg, DE
Erfinder Bizenberger, Thomas, 38116 Braunschweig, DE;
Wistrach, Michael, 38108 Braunschweig, DE;
Trotzke, Hendrik, 38550 Isenbüttel, DE
DE-Anmeldedatum 14.09.2005
DE-Aktenzeichen 102005043743
Offenlegungstag 15.03.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.03.2007
IPC-Hauptklasse H02H 7/08(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H02P 7/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Freigabe und/oder Sperrung der Versorgung eines Elektromotors (15) mit elektrischer Energie, wobei zur Steuerung der Drehrichtung des Elektromotors (15) mindestens zwei elektrische Versorgungspfade unterschiedlicher Stromrichtung mit elektrischer Spannung beaufschlagbar sind, die in Abhängigkeit der beabsichtigten Drehrichtung des Elektromotors (15) jeweils durch Betätigung mindestens eines Versorgungsschaltmittels (2a, 2b, 2c, 2d) spannungsfrei schaltbar sind, und in mindestens einem der elektrischen Versorgungspfade, welcher eine sicherheitsrelevante Drehrichtung des Elektromotors (15) steuert, mindestens ein unabhängig von den Versorgungsschaltmitteln (2a, 2b, 2c, 2d) schaltbares weiteres Schaltmittel (5a, 5b, 5c) zur Sperrung der Spannungsversorgung lediglich dieses Versorgungspfads vorgesehen ist.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Freigabe und/oder Sperrung der Versorgung eines Elektromotors mit elektrischer Energie nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Beim Einsatz eines Elektromotors als Antriebsmittel bzw. als Stellglied liegt häufig ein Szenario zugrunde, bei welchem zumindest eine der beiden Drehrichtungen des Elektromotors sicherheitsrelevanten Charakter aufweist und demnach bezüglich ihrer Ansteuerung besonderer Vorsicht und gegebenenfalls zusätzlicher Absicherung bedarf. So sind beispielsweise aus der Automobiltechnik elektrische Lenkungsverriegelungen bekannt, bei denen ein Elektromotor zum Verschließen bzw. Öffnen der Verriegelung eines Lenkradschlosses eingesetzt wird. Dabei ist diejenige Drehrichtung des Elektromotors, welche das Schließen der Verriegelung bewirkt, besonders sicherheitsrelevant, da beispielsweise ein ungewolltes Verriegeln der Lenkung im Fahrbetrieb zu schweren Unfällen führen kann, wohingegen ein unbeabsichtigtes Öffnen des Lenkradschlosses in der Regel weniger schwerwiegende Folgen nach sich zieht und daher weniger sicherheitsrelevanten Charakter besitzt. Aus diesem Grunde wurde bei aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen und Verfahren Maßnahmen zur zusätzlichen Absicherung getroffen, die ein ungewolltes Betätigen des Elektromotors generell unterbinden, sofern sicherheitsrelevante Anwendungsfälle betroffen sind. So ist es zum Beispiel bekannt, die elektrische Energieversorgung als Ganzes, beispielsweise die Batteriespannung selbst, zur Ansteuerung des Elektromotors unabhängig von dessen Drehrichtung mittels eines Steuergeräts prinzipiell nur dann anzuschalten, wenn der Betrieb des Elektromotors sicherheitstechnisch insgesamt unkritisch ist, wohingegen der Betrieb des Elektromotors beim Vorliegen eines sicherheitskritischen Zustandes, beispielsweise während des Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs, durch vollständige Abschaltung der Batteriespannung grundsätzlich unterbunden wird. Ein solches Vorgehen erfordert jedoch zusätzlich zur eigentlichen Steuerung des Elektromotors eine relativ aufwändige Sicherheitsschaltung zur grundsätzlichen Freigabe der Batteriespannung. Diese Sicherheitsschaltung ist zudem unabhängig von der eigentlichen Schaltung zur Steuerung der Drehrichtung des Elektromotors. Um daher mögliche Fehler in der Steuerung des Elektromotors, beispielsweise einen Kurzschluss aufgrund des Durchlegierens eines der in der Steuerungsschaltung verwendeten Halbleiter, erkennen zu können, sind außerdem zusätzliche Diagnoseeinrichtungen notwendig, wodurch der konstruktive Aufwand für die Erstellung einer zusätzlich abgesicherten Elektromotorsteuerung weiter erhöht wird.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung zur Freigabe und/oder Sperrung der Versorgung eines Elektromotors mit elektrischer Energie zu schaffen.

Die Lösung des technischen Problems ergibt sich erfindungsgemäß aus den Gegenständen der Ansprüche 1 und 8. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, dass durch die Anordnung einer zusätzlichen Absicherungsinstanz zur Sperrung einer sicherheitsrelevanten Drehrichtung eines Elektromotors in einem zugehörigen Versorgungspfad ein selektives Abschalten dieses Versorgungspfades in einfacher Weise möglich ist, ohne die Spannungsquelle selbst ausschalten zu müssen. Dies wird erfindungsgemäß gelöst, indem eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Freigabe und/oder Sperrung der Versorgung eines Elektromotors mit elektrischer Energie vorgeschlagen wird, wobei zur Steuerung der Drehrichtung des Elektromotors mindestens zwei elektrische Versorgungspfade unterschiedlicher Stromrichtung mit elektrischer Spannung beaufschlagbar sind, die in Abhängigkeit der beabsichtigten Drehrichtung des Elektromotors jeweils durch Betätigung mindestens eines Versorgungsschaltmittels spannungsfrei schaltbar sind, und in mindestens einem der elektrischen Versorgungspfade, welcher eine sicherheitsrelevante Drehrichtung des Elektromotors steuert, mindestens ein unabhängig von den Versorgungsschaltmitteln schaltbares weiteres Schaltmittel zur Sperrung der Spannungsversorgung lediglich dieses Versorgungspfades vorgesehen ist. Auf diese Weise ergibt sich für sicherheitsrelevante Anwendungen ein zusätzlicher Sicherheitsgewinn hinsichtlich der Steuerung des Elektromotors in mindestens einer zusätzlich abzusichernden Drehrichtung, was bedeutet, dass zumindest eine sicherheitskritische Drehrichtung des Motors durch ein weiteres Schaltmittel als zusätzliche Absicherung zu einer ohnehin vorhandenen konventionellen Drehrichtungssteuerung sperrbar ist. Die konventionelle Drehrichtungssteuerung erfolgt dabei in bekannter Weise mittels diverser Versorgungsschaltmittel, die in den betreffenden Versorgungspfaden des Elektromotors angeordnet sind. Da es sich bei dem Elektromotor vorzugsweise und in der Regel um einen Gleichstrommotor handelt, lassen sich die beiden möglichen Drehrichtungen jeweils durch Beaufschlagung des Elektromotors mit Gleichstrom unterschiedlicher, d.h. aus Sicht des Elektromotors entgegengesetzter Stromrichtung ansteuern. Dabei ist sowohl vorstellbar, dass der Elektromotor über einen gemeinsamen Eingang für beide Versorgungspfade ansteuerbar ist, als auch, dass er über zwei getrennte Steuerungseingänge verfügt. Bei den Versorgungsschaltmitteln sowie dem weiteren Schaltmittel handelt es sich in der Regel um konventionelle elektronische Bauteile, beispielsweise herkömmliche Schalter, Unterbrecher, Relais, Transistoren oder dergleichen. Mit Hilfe des weiteren Schaltmittels kann dann der sicherheitsrelevante Versorgungs-pfad des Elektromotors unabhängig von der Schaltstellung der Versorgungsschaltmittel gesperrt werden, solange ein Betätigen des Elektromotors in der korrespondierenden Drehrichtung unerwünscht oder sogar unter allen Umständen zu vermeiden ist. Durch die erfindungsgemäße Anordnung des weiteren Schaltmittels fassen sich zudem Fehler in den Versor-gungsschaltmitteln, beispielsweise ein Kurzschluss aufgrund eines fehlerhaften Schalters, besonders leicht anhand von Strömen im Bereich des weiteren Schaltmittels diagnostizieren. Ist ein Versorgungspfad nämlich nicht vom weiteren Schaltmittel gesperrt, so darf im Bereich des weiteren Schaltmittels nur dann ein Strom messbar sein, wenn der betreffende Versorgungspfad auch von den zugehörigen Versorgungsschaltmitteln freigegeben wurde. Andernfalls kann auf das Vorliegen eines Problems in diesem Versorgungspfad, beispielsweise das Vorhandensein eines Kurzschlusses, geschlossen werden.

In einer vorteilhaften Ausführungsform sind die elektrischen Versorgungspfade als H-Brückenschaltung ausgebildet und weisen einen gemeinsamen Teilabschnitt auf, in welchem der Elektromotor angeordnet ist. Mit Hilfe einer H-Brückenschaltung ist es in besonders einfacher Weise möglich, Drehzahl und -richtung eines Gleichstrommotors zu steuern. Eine herkömmliche H-Brückenschaltung weist in der Regel zwei parallele, vorzugsweise jeweils mit einer Spannungsquelle und einer Masse verbundene Leitungszweige auf, welche miteinander durch eine Brücke verbunden sind und somit einem stilisierten H ähneln. Die Brücke, durch die die beiden parallele Zweige des stilisierten H's miteinander verbunden sind, stellt den gemeinsamen Teilabschnitt der zwei elektrischen Versorgungspfade dar, in welchem der Elektromotor angeordnet ist. Üblicherweise sind in jedem der beiden parallelen Zweige jeweils zwei Versorgungsschaltmittel angeordnet, von denen jeweils eines in Stromrichtung vor und in Stromrichtung nach dem Elektromotor angeordnet und jeweils einem der beiden Versorgungspfade zugeordnet ist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das weitere Schaltmittel in der H-Brückenschaltung in einem Abschnitt desjenigen Versorgungspfades angeordnet, welcher die sicherheitsrelevante Drehrichtung des Elektromotors steuert, wobei der Abschnitt nicht zu dem gemeinsamen Teilabschnitt der Versorgungspfade gehört. Dies bietet den Vorteil, dass lediglich der sicherheitsrelevante Versorgungspfad vom weiteren Schaltmittel kontrolliert und gegebenenfalls gesperrt wird, während der andere Versorgungspfad, dessen korrespondierende Drehrichtung keine sicherheitsrelevanten Auswirkungen besitzt, vom weiteren Schaltmittel unbeeinflusst bleibt. Somit lässt sich der Schaltvorgang zur Sperrung bzw. Freigabe des sicherheitsrelevanten Versorgungspfades in einfacher Weise steuern und koordinieren, ohne dass der nicht sicherheitsrelevante Versorgungspfad berücksichtigt werden muss.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das weitere Schaltmittel in der H-Brückenschaltung in dem gemeinsamen Teilabschnitt der Versorgungspfade angeordnet. In diesem Falle kann das weitere Schaltmittel auf beide Versorgungspfade des Elektromotors sperrend einwirken und muss – sofern keine parallel geschaltete Freilaufdiode eingesetzt wird – dementsprechend koordiniert und gesteuert werden. Das heißt, es besteht dann das Erfordernis, das weitere Schaltmittel für beide möglichen Versorgungspfade aktiv zu steuern, d. h. entweder zu sperren oder freizugeben. So ist beispielsweise dann beim Ansteuern eines nicht sicherheitsrelevanten Versorgungspfades die Spannungsversorgung bevorzugt nicht durch das weitere Schaltmittel aktiv zu kontrollieren und somit gegebenenfalls auch nicht zu unterbinden, sondern lediglich im Falle des Vorliegens eines sicherheitsrelevanten Versorgungspfades bei sicherheitskritischen Anwendungsfällen. Dafür ist jedoch in der Regel ein erhöhter Koordinationsaufwand, beispielsweise in Gestalt der Programmierung eines zugeordneten Steuergeräts, erforderlich, um das weitere Schaltmittel in beiden Richtungen korrekt zu schalten. Diese Anordnung kann jedoch Vorteile bieten, wenn der Elektromotor zum Beispiel für unterschiedliche Anwendungen eingesetzt wird, bei denen die Sicherheitsrelevanz der Versorgungspfade (bzw. der mit diesen korrespondierenden Drehrichtungen des Elektromotors) in Abhängigkeit der Anwendung variiert oder wechselt. Auch kann es hinsichtlich des Einbaus des weiteren Schaltmittels vorteilhaft sein, dieses in dem gemeinsamen Teilabschnitt der H-Brückenschaltung, d.h. schaltungstechnisch in der Nähe des Elektromotors, anzuordnen, da die in den parallelen Zweigen der H-Brückenschaltung positionierten Versorgungsschaltmittel häufig in vorgefertigten Endstufen verbaut sind und der Einbau eines weiteren Schaltmittels dort mit größeren Schwierigkeiten bzw. weitaus höherem Aufwand verbunden wäre.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist zur Freigabe einer der beiden Drehrichtungen des Elektromotors eine parallel zum weiteren Schaltmittel geschaltete Diode vorgesehen, deren Durchlassrichtung der Stromrichtung desjenigen Versorgungspfades entspricht, welcher zum Betrieb des Elektromotors in einer stets freizugebenden Drehrichtung dient. Die Diode dient dabei als Freilaufdiode für die „ungefährliche", d. h. nicht sicherheitsrelevante der beiden Drehrichtungen des Elektromotors, welche somit durch das weitere Schaltmittel nicht mehr beeinflusst, d. h. gesperrt werden kann. Das weitere Schaltmittel wirkt durch das Vorhandensein der parallel geschalteten Diode somit nur noch auf denjenigen Versorgungspfad, welcher die sicherheitsrelevante Drehrichtung des Elektromotors steuert, während das Verfahren des Motors in die nicht sicherheitsrelevante Drehrichtung mit Hilfe der Freilaufdiode unabhängig vom Zustand des weiteren Schaltmittels möglich ist. Auf diese Weise wird der notwendige Koordinationsaufwand zur Steuerung des weiteren Schaltmittels erheblich reduziert und die betreffende Steuerungsschaltung vereinfacht.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die Versorgungsschaltmittel und/oder das weitere Schaltmittel als Halbleiterschalter ausgebildet. Dabei kann es sich beispielsweise um handelsübliche Transistoren handeln, welche sich einfach und präzise steuerungstechnisch koordinieren lassen und einen kostengünstigen sowie Platz sparenden Einbau ermöglichen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der mindestens eine Halbleiterschalter als bipolarer und/oder Feldeffekt-Transistor ausgebildet. Bipolare Transistoren bieten beispielsweise gegenüber Feldeffekt-Transistoren Geschwindigkeitsvorteile hinsichtlich ihrer Schaltfrequenz, während Feldeffekt-Transistoren (FET) bei niedrigen Frequenzen den Vorteil einer praktisch leistungslosen Ansteuerung bieten und sich wesentlich verlustärmer und damit auch kühler betreiben lassen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen

1 ein Prinzipschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Freigabe und/oder Sperrung der Versorgung eines Elektromotors mit elektrischer Energie,

2 ein Prinzipschaltbild einer alternativen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Freigabe und/oder Sperrung der Versorgung eines Elektromotors mit elektrischer Energie und

3 ein Prinzipschaltbild einer weiteren alternativen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Freigabe und/oder Sperrung der Versorgung eines Elektromotors mit elektrischer Energie.

1 zeigt schematisch ein Prinzipschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Freigabe und/oder Sperrung der Versorgung eines Elektromotors mit elektrischer Energie. Dabei ist ein als Gleichstrommotor ausgebildeter Elektromotor 15 vorgesehen, der beispielsweise eine elektrische Lenkungsverriegelung eines Kraftfahrzeugs betreibt. Die beiden möglichen Drehrichtungen des Elektromotors 15 lassen sich jeweils durch Beaufschlagung des Elektromotors 15 mit Gleichstrom unterschiedlicher, d.h. aus Sicht des Elektromotors 15 entgegengesetzter Stromrichtung ansteuern. Der Elektromotor 15 ist hierfür durch zwei elektrische Versorgungspfade unterschiedlicher Stromrichtung über einen gemeinsamen Eingang ansteuerbar, d.h. mit elektrischer Energie speisbar, wobei die Versorgungspfade je nach gewünschter Drehrichtung des Elektromotors 15 mit elektrischer Spannung UB von einer Spannungsquelle 10 beaufschlagbar sind. Der Elektromotor 15 ist dabei in einer als solcher bereits aus dem Stand der Technik bekannten H-Brückenschaltung 1a angeordnet. Dazu sind die elektrischen Versorgungspfade des Elektromotors 15 so miteinander verschaltet, dass sie eine so genannte „H-Brücke", d.h. einen gemeinsamen Teilabschnitt 3 aufweisen, in welchem der Elektromotor 15 angeordnet ist. Die H-Brückenschaltung 1a weist dabei zwei parallele, jeweils mit einer Spannungsquelle 10 und einer Masse 12 verbundene Leitungszweige 4a, 4c bzw. 4b, 4d auf, welche miteinander durch die „Brücke", d.h. den gemeinsamen Teilabschnitt 3 der zwei elektrischen Versorgungspfade, verbunden sind und somit insgesamt einem stilisierten H ähneln. In jedem der beiden parallelen Leitungszweige 4a, 4c bzw. 4b, 4d sind jeweils zwei als bipolare Transistoren ausgebildete Versorgungsschaltmittel 2a, 2c bzw. 2b, 2d angeordnet, von denen jeweils eines in Stromrichtung vor und in Stromrichtung nach dem Elektromotor 15 angeordnet und jeweils einem der beiden Versorgungspfade zugeordnet ist. Die konventionelle Drehrichtungssteuerung des Elektromotors 15 erfolgt dabei in bekannter Weise mittels der miteinander korrespondierenden Versorgungsschaltmittel 2a, 2d bzw. 2b, 2c, die in den betreffenden Versorgungspfaden des Elektromotors 15 angeordnet sind. Die „Verschlussrichtung" des Elektromotors 15, d.h. diejenige Drehrichtung, die die elektrische Lenkradverriegelung schließend betätigt, wird dabei durch einen Versorgungspfad angesteuert, der durch die Leitungszweige 4b, 3, 4c gebildet wird. Die „Öffnungsrichtung" des Elektromotors 15, d.h. diejenige Drehrichtung, die die elektrische Lenkradverriegelung öffnend betätigt, wird dabei durch einen Versorgungspfad angesteuert, der durch die Leitungszweige 4a, 3, 4d gebildet wird. Die Versorgungspfade sind hierzu in Abhängigkeit der beabsichtigten Drehrichtung des Elektromotors 15 jeweils durch Betätigung der beiden jeweils miteinander korrespondierenden Versorgungsschaltmittel 2a, 2c bzw. 2b, 2d spannungsfrei schaltbar, beispielsweise mit Hilfe eines hierfür geeigneten Steuergeräts (nicht dargestellt). Damit der Elektromotor 15 sich in der Verschlussrichtung drehen kann, müssen zumindest die Versorgungsschaltmittel 2b und 2c geschlossen bzw. durchgeschaltet sein, während die Versorgungsschaltmittel 2a und 2d geöffnet, beziehungsweise im Sperrzustand geschaltet sein müssen. Damit der Elektromotor 15 sich in der Öffnungsrichtung drehen kann, müssen zumindest die Versorgungsschaltmittel 2a und 2d geschlossen bzw. durchgeschaltet sein, während die Versorgungsschaltmittel 2b und 2c geöffnet, beziehungsweise im Sperrzustand geschaltet sein müssen. Dabei ist das Verfahren des Elektromotors 15 in Verschlussrichtung der Lenkungsverriegelung besonders sicherheitsrelevant, da ein ungewolltes Verriegeln beispielsweise im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs zu schwerwiegenden Unfällen führen kann. Zur zusätzlichen Absicherung des betreffenden Versorgungspfades, der die sicherheitsrelevante Drehrichtung des Elektromotors 15 steuert und durch die Leitungszweige 4b, 3, 4c gebildet wird, ist ist der H-Brückenschaltung 1a in dem gemeinsamen Teilabschnitt 3 der elektrischen Versorgungspfade ein unabhängig von den Versorgungsschaltmitteln 2a, 2b, 2c, 2d schaltbares, ebenfalls als bipolarer Transistor ausgebildetes weiteres Schaltmittel 5a zur Sperrung der Spannungsversorgung lediglich des betreffenden sicherheitsrelevanten Versorgungspfades vorgesehen. Das weitere Schaltmittel 5a ist ebenfalls vorzugsweise mit Hilfe eines hierfür geeigneten Steuergeräts (nicht dargestellt) schaltbar. Zur Gewährleistung, dass lediglich der sicherheitsrelevante Versorgungspfad durch das weitere Schaltmittel 5a kontrollierbar ist, ist zur Freigabe der nicht sicherheitsrelevanten Drehrichtung des Elektromotors 15 eine parallel zum weiteren Schaltmittel 5a geschaltete Diode 6 vorgesehen, deren Durchlassrichtung der Stromrichtung desjenigen Versorgungspfades entspricht, welcher zum Betrieb des Elektromotors 15 in der stets freizugebenden „Öffnungs"-Drehrichtung dient und durch die Leitungszweige 4a, 3, 4d gebildet wird. Die Diode 6 dient also dabei als Freilaufdiode für die „ungefährliche", d. h. nicht sicherheitsrelevante der beiden Drehrichtungen des Elektromotors 15, welche somit durch das weitere Schaltmittel 5a nicht mehr beeinflusst, d. h. insbesondere nicht gesperrt werden kann. Mit Hilfe dieses weiteren Schaltmittels 5a kann dann der sicherheitsrelevante Versorgungspfad des Elektromotors 15 unabhängig von der Schaltstellung der Versorgungsschaltmittel 2a, 2b, 2c, 2d gesperrt werden, solange ein Betätigen des Elektromotors 15 in der korrespondierenden Drehrichtung unerwünscht ist, zum Beispiel weil ein sicherheitskritischer Zustand (Fahrbetrieb des Fahrzeugs oder dergleichen) vorliegt. Somit ist durch die Anordnung einer zusätzlichen Instanz – nämlich des weiteren Schaltmittels 5a – zur Sperrung der sicherheitsrelevanten Drehrichtung des Elektromotors 15 in dem zugehörigen Versorgungspfad ein selektives Abschalten dieses Versorgungspfades in einfacher Weise möglich, ohne die Spannungsquelle 10 selbst ausschalten zu müssen.

2 zeigt schematisch ein Prinzipschaltbild einer alternativen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Freigabe und/oder Sperrung der Versorgung eines Elektromotors mit elektrischer Energie. Der Aufbau ist dabei dem in 1 gezeigten prinzipiellen Aufbau weitestgehend vergleichbar, weswegen gleiche Bezugszeichen auch gleiche oder gleich wirkende Komponenten bezeichnen. Zwar ist in der in 2 gezeigten Vorrichtung in dem gemeinsamen Teilabschnitt 3 der elektrischen Versorgungspfade in der H-Brückenschaltung 1b ein unabhängig von den Versorgungsschaltmitteln 2a, 2b, 2c, 2d schaltbares, als Relais ausgebildetes weiteres Schaltmittel 5b zur Sperrung der Spannungsversorgung eines sicherheitsrelevanten Versorgungspfades vorgesehen, welches vorzugsweise mit Hilfe eines hierfür geeigneten Steuergeräts (nicht dargestellt) schaltbar ist. Jedoch ist im Unterschied zu der in 1 gezeigten Vorrichtung hier keine parallel zum weiteren Schaltmittel 5b geschaltete Diode vorgesehen. Mit Hilfe dieses weiteren Schaltmittels 5b können daher – zumindest theoretisch, jedoch praktisch nicht zwingend notwendig – beide Versorgungspfade des Elektromotors 15 unabhängig von der Schaltstellung der Versorgungsschaltmittel 2a, 2b, 2c, 2d gesperrt werden, was dazu führt, dass beide Drehrichtungen des Elektromotors 15 durch das weitere Schaltmittel 5b beeinflusst, d. h. gesperrt werden können. Dementsprechend muss der Schaltzustand des weiteren Schaltmittels 5b dann gemäß der Spezifikation der Drehrichtungen des Elektromotors 15 und deren konkreter Anwendungen koordiniert und gesteuert werden. Das heißt, es besteht das Erfordernis, das weitere Schaltmittel 5b für beide möglichen Versorgungspfade, nämlich sowohl den von den Leitungszweigen 4a, 3, 4d als auch den von den Leitungszweigen 4b, 3, 4c gebildeten Versorgungspfad, aktiv zu steuern, d. h. entweder zu sperren oder freizugeben. Vorzugsweise ist dabei beim Vorliegen eines nicht sicherheitsrelevanten Versorgungspfades dessen Spannungsversorgung nicht durch das weitere Schaltmittel 5b aktiv zu unterbinden, sondern eine aktive Kontrolle – und gegebenenfalls Sperrung – durch das Schaltmittel 5b erfolgt dann lediglich im Falle des Vorliegens mindestens eines sicherheitsrelevanten Versorgungspfades, und zwar nur für dessen individuelle Spannungsversorgung. Hierfür ist in der Regel ein erhöhter Koordinationsaufwand von Seiten des dem weiteren Schaltmittel 5b zugeordneten Steuergeräts (nicht dargestellt) erforderlich, um das weitere Schaltmittel 5b in beiden Drehrichtungen des Elektromotors 15 korrekt zu schalten. Diese Anordnung ist insbesondere denkbar, wenn der Elektromotor 15 beispielsweise für mehrere Anwendungen unterschiedlicher Art eingesetzt wird, bei denen die Sicherheitsrelevanz der Versorgungspfade (bzw. der mit diesen korrespondierenden Drehrichtungen des Elektromotors 15) in Abhängigkeit der Anwendung variiert oder wechselt. Vorstellbar ist auch, dass zumindest zeitweise – auch in Abhängigkeit von weiteren äußeren Bedingungen, wie z.B. der Geschwindigkeit oder sonstiger Betriebszustände eines Fahrzeugs – beide Versorgungspfade sicherheitsrelevanten Charakter aufweisen und im Falle eines sicherheitskritischen Betriebszustands dann beide getrennt voneinander vom weiteren Schaltmittel 5b zusätzlich abgesichert und gegebenenfalls gesperrt werden können. Anstelle eines Relais kann auch jedes andere Schalterelement verwendet werden, was einen Stromfluss in beide Richtungen erlaubt, also auch geeignete Halbleiterbauelemente.

3 zeigt schematisch ein Prinzipschaltbild einer weiteren alternativen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Freigabe und/oder Sperrung der Versorgung eines Elektromotors mit elektrischer Energie. Der Aufbau ist dabei dem in 1 und 2 gezeigten prinzipiellen Aufbau weitestgehend vergleichbar, weswegen gleiche Bezugszeichen auch gleiche oder gleich wirkende Komponenten bezeichnen. Zwar ist in der in 3 gezeigten Vorrichtung in der H-Brückenschaltung 1c ein unabhängig von den Versorgungsschaltmitteln 2a, 2b, 2c, 2d schaltbares, als bipolarer Transistor ausgebildetes weiteres Schaltmittel 5c zur Sperrung der Spannungsversorgung eines sicherheitsrelevanten Versorgungspfades vorgesehen, welches vorzugsweise mit Hilfe eines hierfür geeigneten Steuergeräts (nicht dargestellt) schaltbar ist. Jedoch ist im Unterschied zu den in 1 und 2 gezeigten Vorrichtungen das weitere Schaltmittel 5c nicht in dem gemeinsamen Teilabschnitt 3 der elektrischen Versorgungspfade angeordnet. Vielmehr ist das weitere Schaltmittel 5c in der H-Brückenschaltung 1c in einem durch den Leitungszweig 4a gebildeten Abschnitt desjenigen Versorgungspfades angeordnet, welcher die sicherheitsrelevante Drehrichtung des Elektromotors 15 steuert und durch die Leitungszweige 4a, 3, 4d gebildet wird, wobei der betreffende durch den Leitungszweig 4a gebildete Abschnitt nicht zu dem gemeinsamen Teilabschnitt 3 der beiden Versorgungspfade gehört.

Somit kann lediglich der durch die Leitungszweige 4a, 3, 4d gebildete sicherheitsrelevante Versorgungspfad vom weiteren Schaltmittel 5c kontrolliert und gegebenenfalls gesperrt werden, während der andere durch die Leitungszweige 4b, 3, 4c gebildete Versorgungspfad, dessen korrespondierende Drehrichtung keine sicherheitsrelevanten Auswirkungen besitzt, vom weiteren Schaltmittel 5c unbeeinflusst bleibt. Auf diese Weise lässt sich der Schaltvorgang zur Sperrung bzw. Freigabe des sicherheitsrelevanten Versorgungspfades in einfacher Weise steuern und koordinieren, ohne dass der nicht sicherheitsrelevante Versorgungspfad berücksichtigt werden muss. Zudem ist hier keine parallel zum weiteren Schaltmittel 5c geschaltete Diode vorgesehen, da dieser bei ausschließlicher Anordnung in lediglich einem der beiden Versorgungspfade keine sinnvolle Funktion mehr zukommt. Da außerhalb des gemeinsamen Teilabschnitts 3 keine „Freilaufrichtung" hinsichtlich des Stromflusses bzw. der Drehrichtungen des Elektromotors 15 existiert, kann hier auf eine Freilaufdiode verzichtet werden. Dabei sei nur ergänzend angemerkt, dass das zusätzliche Schaltmittel in irgendeinem der Leitungszweige 4a-4d angeordnet sein kann.

Es ist zudem zumindest in der Theorie auch eine nicht einzeln dargestellte, jedoch prinzipiell mit 3 vergleichbare erfindungsgemäße Ausführungsform vorstellbar, bei der beide Versorgungspfade sicherheitsrelevanten Charakter aufweisen. In diesem Falle ist dann denkbar, dass in beiden Versorgungspfaden jeweils ein weiteres Schaltmittel in jeweils einem Abschnitt 4a, 4b beider Versorgungspfade angeordnet ist, wobei der jeweilige betreffende Abschnitt 4a, 4b nicht zu dem gemeinsamen Teilabschnitt 3 der beiden Versorgungspfade gehört. Somit können beide Versorgungspfade dann vom jeweiligen weiteren Schaltmittel getrennt voneinander kontrolliert und gegebenenfalls gesperrt werden. Allerdings sind dann in dieser Ausführungsform zwei als weitere Schaltmittel dienende Transistoren, die dann vorzugsweise auch jeweils mittels eines Steuergeräts koordiniert werden müssen, erforderlich.

1a, 1b, 1c
H-Brückenschaltung
2a, 2b, 2c, 2d
Versorgungsschaltmittel
3
gemeinsamer Teilabschnitt
4a, 4b, 4c, 4d
Leitungszweige
5a, 5b, 5c
weiteres Schaltmittel
6
Diode
10
Spannungsquelle
12
Masse
15
Elektromotor


Anspruch[de]
Vorrichtung zur Freigabe und/oder Sperrung der Versorgung eines Elektromotors (15) mit elektrischer Energie, wobei zur Steuerung der Drehrichtung des Elektromotors (15) mindestens zwei elektrische Versorgungspfade unterschiedlicher Stromrichtung mit elektrischer Spannung beaufschlagbar sind, die in Abhängigkeit der beabsichtigten Drehrichtung des Elektromotors (15) jeweils durch Betätigung mindestens eines Versorgungsschaltmittels (2a, 2b, 2c, 2d) spannungsfrei schaltbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einem der elektrischen Versorgungspfade, welcher eine sicherheitsrelevante Drehrichtung des Elektromotors (15) steuert, mindestens ein unabhängig von den Versorgungsschaltmitteln (2a, 2b, 2c, 2d) schaltbares weiteres Schaltmittel (5a, 5b, 5c) zur Sperrung der Spannungsversorgung lediglich dieses Versorgungspfads vorgesehen ist. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Versorgungspfade als H-Brückenschaltung (1a, 1b, 1c) ausgebildet sind und einen gemeinsamen Teilabschnitt (3) aufweisen, in welchem der Elektromotor (15) angeordnet ist. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Schaltmittel (5c) in der H-Brückenschaltung (1c) in einem Abschnitt desjenigen Versorgungspfades angeordnet ist, welcher die sicherheitsrelevante Drehrichtung des Elektromotors (15) steuert, wobei der Abschnitt nicht zu dem gemeinsamen Teilabschnitt (3) der Versorgungspfade gehört. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Schaltmittel (5a, 5b) in der H-Brückenschaltung (1a, 1b) in dem gemeinsamen Teilabschnitt (3) der Versorgungspfade angeordnet ist. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Freigabe einer der beiden Drehrichtungen des Elektromotors (15) eine parallel zum weiteren Schaltmittel (5a) geschaltete Diode (6) vorgesehen ist, deren Durchlassrichtung der Stromrichtung desjenigen Versorgungspfades entspricht, welcher zum Betrieb des Elektromotors (15) in einer stets freizugebenden Drehrichtung dient. Vorrichtung nach einem der genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsschaltmittel (2a, 2b, 2c, 2d) und/oder das weitere Schaltmittel (5a, 5b, 5c) als Halbleiterschalter ausgebildet sind. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Halbleiterschalter als bipolarer und/oder Feldeffekt-Transistor ausgebildet ist. Verfahren zur Freigabe und/oder Sperrung der Versorgung eines Elektromotors (15) mit elektrischer Energie, wobei zur Steuerung der Drehrichtung des Elektromotors (15) mindestens zwei elektrische Versorgungspfade unterschiedlicher Stromrichtung mit elektrischer Spannung beaufschlagt werden, die in Abhängigkeit der beabsichtigten Drehrichtung des Elektromotors (15) jeweils durch Betätigung mindestens eines Versorgungsschaltmittels (2a, 2b, 2c, 2d) spannungsfrei geschaltet werden, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einem der elektrischen Versorgungspfade, welcher eine sicherheitsrelevante Drehrichtung des Elektromotors (15) steuert, mindestens ein unabhängig von den Versorgungsschaltmitteln (2a, 2b, 2c, 2d) schaltbares weiteres Schaltmittel (5a, 5b, 5c) zur Sperrung der Spannungsversorgung lediglich dieses Versorgungspfads vorgesehen ist. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Versorgungspfade als H-Brückenschaltung (1a, 1b, 1c) ausgebildet sind und einen gemeinsamen Teilabschnitt (3) aufweisen, in welchem der Elektromotor (15) angeordnet ist. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Schaltmittel (5c) in der H-Brückenschaltung (1c) in einem Abschnitt desjenigen Versorgungspfades angeordnet ist, welcher die sicherheitsrelevante Drehrichtung des Elektromotors (15) steuert, wobei der Abschnitt nicht zu dem gemeinsamen Teilabschnitt (3) der Versorgungspfade gehört. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Schaltmittel (5a, 5b) in der H-Brückenschaltung (1a, 1b) in dem gemeinsamen Teilabschnitt (3) der Versorgungspfade angeordnet ist. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Freigabe einer der beiden Drehrichtungen des Elektromotors (15) eine parallel zum weiteren Schaltmittel (5a) geschaltete Diode (6) vorgesehen ist, deren Durchlassrichtung der Stromrichtung desjenigen Versorgungspfades entspricht, welcher zum Betrieb des Elektromotors (15) in einer stets freizugebenden Drehrichtung dient. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsschaltmittel (2a, 2b, 2c, 2d) und/oder das weitere Schaltmittel (5a, 5b, 5c) als Halbleiterschalter ausgebildet sind. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Halbleiterschalter als bipolarer und/oder Feldeffekt-Transistor ausgebildet ist.






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