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Dokumentenidentifikation DE102006028443A1 03.01.2008
Titel Steuereinheit für einen Gleichstrommotor
Anmelder Jungheinrich Aktiengesellschaft, 22047 Hamburg, DE
Erfinder Kramer, Dieter, Dipl.-Ing., 24558 Henstedt-Ulzburg, DE;
Steiner, Michael, Dipl.-Ing., 22965 Todendorf, DE;
Thienen, Nils von, Dipl.-Ing., 22305 Hamburg, DE
Vertreter Hauck Patent- und Rechtsanwälte, 20354 Hamburg
DE-Anmeldedatum 21.06.2006
DE-Aktenzeichen 102006028443
Offenlegungstag 03.01.2008
Veröffentlichungstag im Patentblatt 03.01.2008
IPC-Hauptklasse H02H 7/122(2006.01)A, F, I, 20060621, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H02H 7/08(2006.01)A, L, I, 20060621, B, H, DE   
Zusammenfassung Steuereinheit für einen von einer Spannungsquelle gespeisten Gleichstrommotor, die eine Brückenschaltung mit vier Schaltelementen aufweist und über eine Sicherung gegenüber der Spannungsquelle abgesichert ist, wobei auf einen Defekt von zwei Schaltelementen in der Brückenschaltung ansprechend mindestens ein drittes Schaltelement derart angesteuert wird, daß über eine Haltebrücke die Spannungsquelle kurzgeschlossen wird und die Sicherung eine Verbindung des Gleichstrommotors mit der Spannungsquelle trennt.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuereinheit für einen Gleichstrommotor, der von einer Spannungsquelle gespeist ist. Der Gleichstrommotor wird über eine Brückenschaltung mit mindestens vier Schaltelementen angesteuert. Der Gleichstrommotor ist mit der Brückenschaltung über eine Sicherung gegenüber der Spannungsquelle abgesichert.

Für Flurförderzeuge werden Gleichstrommotoren als Lenkmotoren eingesetzt. Der Gleichstromlenkmotor wird über eine Steuereinheit angesteuert, um stufenlos in beide Richtungen angesteuert zu werden. Die Ansteuerung erfolgt hierbei in einer sogenannten H-Endstufe, die an der Brückenschaltung vier Transistoren aufweist, bei der die diagonale Ansteuerung mit Pulsweiten modulierten Impulsen den Gleichstromlenkmotor ansteuert. Bei einer Auslegung dieser Steuereinheit ist zu berücksichtigen, daß beispielsweise durch exzessiven Strom, Spannung oder Temperatur-Belastungen die Transistoren durchlegieren können. Durchlegieren bezeichnet bei einem Transistor den Zustand, in dem dieser nicht länger durch Steuersignale geschaltet werden kann und der Transistor insgesamt lediglich einen niederohmigen Widerstand bildet. Besonders kritisch für die Lenkung eines Flurförderzeugs ist, wenn in der Brückenschaltung diagonal geschaltete Transistoren durchlegieren. In diesem Fall fließt der Strom von der Spannungsquelle ungesteuert über den Gleichstrommotor, so daß dieser konstant in eine Richtung dreht. Insbesondere für die Lenkung eines Flurförderzeugs ist es nicht mit den gültigen Sicherheitsvorschriften vereinbar, wenn beim Auftreten eines Fehlers schlagartig das gelenkte Rad in eine Richtung gedreht wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuereinheit für einen Gleichstrommotor zur Verfügung zu stellen, die mit einfachen Mitteln sicherstellt, daß bei einem Defekt in der Ansteuerung des Lenkmotors das zu lenkende Rad mit möglichst geringer Verzögerung nicht weiter ausgelenkt wird.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen aus Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen bilden den Gegenstand der Unteransprüche.

Die erfindungsgemäße Steuereinheit ist für einen von einer Gleichspannungsquelle gespeisten Gleichstrommotor vorgesehen. Insbesondere ist sie für einen Gleichstrommotor vorgesehen, der als Lenkantrieb dient. Die Steuereinheit weist eine Brückenschaltung mit vier Schaltelementen auf und ist über eine Sicherung gegenüber der Spannungsquelle gesichert. Bei einem Defekt von zwei Schaltelementen in der Brückenschaltung wird mindestens ein drittes Schaltelement derart angesteuert, daß über eine Halbbrücke die Spannungsquelle kurzgeschlossen wird und die Sicherung eine Verbindung des Gleichstrommotors mit der Spannungsquelle trennt. Die erfindungsgemäße Steuereinheit erzeugt also bei einem Defekt von zwei Schaltelementen einen Kurzschluß. Bei dem Defekt handelt es sich um die Störung von zwei diagonal geschalteten Schaltelementen, die auf diese Weise einen dauerhaften Strom an den Gleichstromlenkmotor anlegen und so für einen Lenkausschlag sorgen. Durch das Schalten mindestens eines dritten Schaltelements in den leitenden Zustand, wenn eine Störung von diagonal geschalteten Elementen vorliegt, wird die Spannungsquelle über eine Halbbrücke kurzgeschlossen. Hierdurch wird die Sicherung ausgelöst und die Steuereinheit von der Spannungsquelle getrennt. Erfindungsgemäß wird mit einfachen Mitteln sichergestellt, daß der Lenkantrieb das zu lenkende Rad nicht länger verstellt. Die erfindungsgemäße Steuereinheit erzeugt bei Vorliegen eines Defekts, der zu einer nicht länger steuerbaren Drehung des Lenkmotors führt, einen Kurzschluß, der den Lenkmotor zum Stillstand bringt.

Bevorzugt wird an dem mindestens einen dritten Transistor eine Kurzschlußüberwachung deaktiviert, bevor dieser angesteuert wird. Üblicherweise besitzen die Treiber der Transistoren eine Kurzschlußsicherung, die einen Kurzschlußstrom über den Transistor verhindert. Um die Sicherung zwischen Spannungsquelle und Steuereinheit auszulösen, wird die Kurzschlußüberwachung der Treiber unmittelbar vor dem Schaltvorgang deaktiviert.

Die erfindungsgemäße Steuereinheit erkennt den Defekt von zwei Schaltelementen an einem Strom über den Gleichstrommotor bei einer gleichzeitigen Drehung von diesem.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Sicherung als eine Schmelzsicherung ausgebildet. Ebenfalls hat es sich als zweckmäßig herausgestellt, wenn die Steuereinheit beider an Masse liegende Bauelemente ansteuert, um in den gleitenden Zustand zu wechseln.

Die erfindungsgemäße Steuereinheit wird anhand der beiliegenden Figur näher erläutert.

Eine Gleichspannungsquelle 10, speist eine Brückenschaltung 14. Die Brückenschaltung 14 ist über eine Schmelzsicherung 12 gegen Kurzschlüsse abgesichert. Die Sicherung dient nur der Trennung von der Batterie im Notabschaltfall. Der „normale" Kurzschlußschutz wird durch die Treiber der Transistoren gewährleistet. Die Brückenschaltung 14 besitzt auf der spannungsführenden Seite, Highside, zwei Transistoren 16, 18. Auf der geerdeten Seite, Low-side, sind ebenfalls zwei Transistoren 20, 22 angeordnet. Jeweils zwischen ein Paar von High- und Low-Transistoren 16, 20 sowie 18, 22 ist der zu steuernde Gleichstrommotor 24 geschaltet. Die Transistoren 16 bis 22 werden von einer Steuereinheit 26 angesteuert, wobei jeder der Transistoren noch zusätzlich eine lokale Steuerung 28 aufweist. Zu der Brückenschaltung 14 ist ein Kondensator 30 parallel geschaltet.

Im regulären Betrieb werden die Transistoren 16 bis 22 jeweils so angesteuert, daß der Gleichstrommotor 24 stufenlos in die eine oder andere Richtung dreht. Kritisch ist, wenn diagonal angeordnete Transistoren 16 und 22 bzw. 18 und 20 durchlegieren. In diesem Fall können die Transistoren nicht länger angesteuert werden und fungieren als ohmsche Widerstände. Der Gleichstrommotor 24 ist in diesem Fall mit der Spannungsquelle 10 verbunden und dreht in eine Richtung. Eine solche Situation kann zu gefährlichen Unfällen führen, beispielsweise wenn ein solcher Ausfall der Lenkung während der Fahrt erfolgt.

Die erfindungsgemäße Steuereinheit überprüft, ob ein Defekt bei der Ansteuerung des Gleichstrommotors 24 vorliegt. Hierzu überprüft die Steuereinheit 26 beispielsweise den über den Motor fließenden Strom und sensiert eine Drehung des Motors. Hiervon ausgehend wird erkannt, daß zwei diagonal angeordnete Transistoren durchlegiert sind. Aufgrund der unterschiedlichen Betriebszustände, mit denen der Gleichstrommotor angesteuert werden kann, ist die Erkennung eines Defekts mit diagonal durchlegierten Transistoren auf verschiedene Weisen möglich. In einem Beispiel erfolgt die Erkennung, indem, wenn eine nicht gewünschte Bewegung des Motors erkannt wird, die Endstufe abgeschaltet wird. Zum Abschalten wird die Endstufe deaktiviert. In dem vorliegenden Fall, daß durch diagonal durchlegierte Transistoren eine ungewollte Drehung auftritt, bewegt sich der Lenkmotor auch nach einem Abschalten der Endstufe weiter. Um diesen Fall abzudecken, wird die erfindungsgemäße Notabschaltung immer nach einer fest vorgegebenen Zeit ausgelöst, nachdem ein anderer Fehler den Motor hätte stoppen sollen. Wurde der Lenkmotor durch die Deaktivierung der Endstufe schon angehalten, so passiert nichts, weil die beiden Transistoren 20, 22 durch die High-side-Transistoren 16, 18 von der Quelle getrennt sind. Wenn aber einer der High-side-Transistoren durchlegiert ist, wirkt die Notabschaltung wie oben beschrieben.

Die erfindungsgemäße Steuereinheit 26 deaktiviert die lokalen Steuerung 28 für die Transistoren. Insbesondere wird die Kurzschlußsicherung der Low-side-Transistoren 20 und 22 deaktiviert und die Transistoren 20 und 22 werden auf „leitend" geschaltet. Dies bedeutet, die Steuereinheit 26 generiert das entsprechende Signal, um die Transistoren 20 und 22 leitend durchzuschalten. Da über eine Diagonale in diesem Fall die Transistoren bereits durchlegiert sind, spricht einer der beiden Low-side-Transistoren auf das Signal an und schaltet durch. Aufgrund des deaktivierten Kurzschlußschutzes an dem durchschaltenden Transistor fließt bei einer Halbbrücke mit den Transistoren 16, 20 oder 18, 22 ein Strom, der die Spannungsquelle 10 kurzschließt. Hierdurch wird die Sicherung 12 ausgelöst und der Gleichstrommotor von der Spannungsversorgung getrennt. Eine unkontrollierte Lenkbewegung hierdurch entfällt. Zusätzlich wird über die beiden leitenden Low-side-Transistoren 20, 22 der Motor direkt an der Anschlußklemme kurzgeschlossen. Dies bewirkt ein schnelles Abbremsen des Motors.


Anspruch[de]
Steuereinheit für einen von einer Spannungsquelle gespeisten Gleichstrommotor, die eine Brückenschaltung mit vier Schaltelementen aufweist und über eine Sicherung (12) gegenüber der Spannungsquelle (10) abgesichert ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf einen Defekt von zwei Schaltelementen in der Brückenschaltung (14) ansprechend mindestens ein drittes Schaltelement (12, 22) derart angesteuert wird, daß über eine Halbbrücke (16, 20; 18, 22), die Spannungsquelle (10) kurzgeschlossen wird und die Sicherung (12) eine Verbindung des Gleichstrommotors (24) mit der Spannungsquelle (10) trennt. Steuereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem mineinem dritten Schaltelement (20, 22) eine Kurzschlußüberwachung (28) deaktiviert, bevor der Transistor angesteuert wird. Steuereinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Defekt von zwei Schaltelementen an einem konstanten Strom im Gleichstrommotor und einer gleichzeitigen Drehung des Motors erkannt wird. Steuereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Sicherung (12) eine Schmelzsicherung vorgesehen ist. Steuereinheit nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß beide an Masse liegenden Bauelemente angesteuert werden, um in den leitenden Zustand zu wechseln.






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