Stand der Technik Elektromotorische Antriebe der gattungsgemäßen Art sind bekannt. Diese werden beispielsweise in Kraft- fahrzeugen als Stellmotoren eingesetzt. Hierbei wer- den diese mit einer von einer Kraftfahrzeugbatterie bereitgestellten Versorgungsspannung betrieben. Die als Gleichstrommotoren ausgebildeten Elektromotoren können unter anderem in thermisch kritischen Berei- chen des Kraftfahrzeuges, beispielsweise in unmittel- barer Nähe einer Brennkraftmaschine, eingesetzt wer- den. Ferner ist bekannt, elektromotorische Antriebe mit einem Überlastschutz zu versehen, der die Elek- tromotoren vor irreparabler thermischer Beschädigung, beispielsweise bei plötzlich auftretender Schwergän- gigkeit, schützen soll.

Bekannt ist, zum Schutz von Elektromotoren vor ther- mischer Überlastung eine Gehäusetemperatur und/oder

eine Ankerwicklungstemperatur des Gleichstrommotors über einen Temperatursensor oder über ein Bimetall zu erfassen. In Abhängigkeit der Überschreitung einer zulässigen Temperatur wird der Elektromotor stromlos geschaltet.

Ferner ist bekannt, elektrische Verbraucher, bei- spielsweise Motorendstufen für Gleichstrommotoren in Kraftfahrzeugen, mit einem pulsweiten-modulierten Signal anzusteuern. Entsprechend eines Tastverhaltens des pulsweiten-modulierten Signales erfolgt eine Ver- bindung des elektrischen Verbrauchers mit einer Span- nungsquelle beziehungsweise eine Trennung von der Spannungsquelle.

Aus der WO 94/27349 ist ein elektromotorischer An- trieb bekannt, bei dem eine Motorendstufe mit einer Ansteuerschaltung verbunden ist, und die Ansteuer- schaltung ein Überlastsignal in Abhängigkeit einer Temperatur des Elektromotors generiert. Eine Tempera- tur des Elektromotors kann hierbei aus einer Verlust- leistung oder einer zu dieser proportionalen Größe anhand gemessener Motordaten während der Einschalt- dauer des Elektromotors berechnet und integriert wer- den, wobei zur Übermittlung des Überlastsignales der Integrationswert mit einem vorgebbaren Schwellwert verglichen wird. Hierbei ist nachteilig, daß aufgrund der erforderlichen Messung von Motordaten während der Einschaltdauer des Elektromotors ein Meßaufwand be- trieben werden muß, der darüber hinaus fehlerbehaftet ist, so daß ein exaktes Überlastsignal nicht ermit- telbar ist.

Vorteile der Erfindung Der erfindungsgemäße elektromotorische Antrieb mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen bietet demge- genüber den Vorteil, da$ in einfacher Weise ein exak- tes Überlastsignal zur Abschaltung des elektromotori- schen Antriebes bereitgestellt werden kann. Dadurch, daß die Motortemperatur des Elektromotors aus einem Pulsweiten-Modulations-Signal der Ansteuerschaltung gewonnen wird, kann auf die Messung von Motordaten während des Betriebes des Elektromotors verzichtet werden. Der Schaltungsaufwand ist damit erheblich vereinfacht. Mit der Messung von Motordaten während des Betriebes verbundene Fehlerquellen werden eben- falls umgangen, so da$ das Signal mit hoher Genauig- keit generierbar ist. Eine Ermittlung der Motortempe- ratur erfolgt ausschließlich aus bereits vorhandenen Signalen, nämlich dem Pulsweiten-Modulations-Signal zur Ansteuerung des Elektromotors. Irgendwelche zu- sätzlichen direkten Messungen von Betriebsparametern des Motors, beispielsweise eines Stromes oder einer Temperatur, sind nicht erforderlich.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung er- geben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.

Zeichnung Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungs- beispiel anhand der zugehörigen Zeichnung, die ein

Blockschaltbild eines elektromotorischen Antriebes zeigt, näher erläutert.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels Figur 1 zeigt in einem Blockschaltbild einen elektro- motorischen Antrieb. Dieser umfaßt einen Gleichstrom- motor 10, der beispielsweise als Stellmotor in einem Kraftfahrzeug wirkt. Der Gleichstrommotor 10 ist an eine Endstufe 12 angeschlossen, die Schaltmittel zum Verbinden des Gleichstrommotors 10 mit einer Energie- quelle 14 aufweist. In Kraftfahrzeugen ist die Ener- giequelle beispielsweise eine Kraftfahrzeugbatterie.

Der Schaltstufe 12 wird ein Steuersignal 16 zuge- führt, das von einer Ansteuerschaltung 18 bereitge- stellt wird. Mittels der Ansteuerschaltung 18 erfolgt eine pulsweiten-modulierte Ansteuerung der Schalt- stufe 12, so daß in bekannter Weise eine getaktete Betriebsweise des Gleichstrommotors 10 möglich ist.

Während des bestimmungsgemäßen Einsatzes des Gleich- strommotors 10 kann dieser, beispielsweise durch Schwergängigkeit oder Vorhandensein eines Hindernis- ses, in einem Stellweg eines mit dem Gleichstrommotor 10 bewegbaren Stellgliedes mechanisch und thermisch überlastet werden, so daß eine Temperaturüberwachung des Gleichstrommotors 10 zum rechtzeitigen Generieren eines Überlastsignales erforderlich ist. Hierzu ist in der Ansteuerschaltung 18 eine Überlaststufe 20 integriert.

Die Ermittlung einer Temperatur des Gleichstrommotors 10 mittels der Überlaststufe 20 erfolgt anhand eines Temperaturmodells folgendermaßen : Bekanntermaßen hängt die Temperatur des Gleichstrom- motors 10 von einer zugeführten und einer abgegebenen Leistung ab. Es ergibt sich PT = Pzu-PabB wobei PT die Temperaturleistung des Gleichstrom- motors, PZU die zugeführte und Pab die abgeführte Leistung ist. Die abgeführte Leistung Pab kann bei vorgegebenem bekannten Aufbau des Gleichstrommotors, beispielsweise anhand eines Dauerlauftestes, ermit- telt werden und als konstant angenommen werden.

Die zugeführte Leistung ergibt sich aus der Beziehung Pzu = U = U2/R, wobei U dem über die Ansteuerschaltung 18 vorgegebe- nen pulsweiten-modulierten Spannungssignal 16,1 dem Motorstrom und R dem Ankerwiderstand des Motors ent- spricht. Der Widerstand R kann unter Vernachlässigung einer Temperaturabhängigkeit als konstant angenommen werden. Erfahrungsgemäß schwankt der Ankerwiderstand R des Gleichstrommotors 10 bei einem Temperaturbe- reich von beispielsweise-40°C bis +85°C um circa 50%.

Für die Ermittlung der Temperatur des Gleichstrom- motors 10 mu$ zwischen zwei Betriebssituationen un- terschieden werden. In einer ersten Betriebssituation (diabatischer Fall) ist ein Anker des Gleichstrom- motors 10 in Bewegung, so daß über Kohlebürsten Wärme am gesamten Umfang eines Kommutators des Ankers abge- führt werden kann. Eine zweite Situation (adiabati- scher Fall) ist gegeben, wenn der Anker des Gleich- strommotors 10 steht oder sich nur geringfügig dreht.

Hierbei ist eine Wärmeabfuhr über die Kohlebürsten vom Kommutator stark eingeschränkt, so daß eine schnellere Erwärmung des Ankers und der Kohlebürste erfolgen kann.

Nachfolgend wird die Ermittlung einer Temperatur des Gleichstrommotors 10 aus dem pulsweiten-modulierten Signal 16 der Ansteuerschaltung 18 erläutert. Die Temperatur wird hierbei anhand einer Modellrechnung, das heißt ohne direkte Temperaturmessung, beispiels- weise über einen Temperatursensor oder dergleichen, ermittelt. Die Temperaturermittlung kann in bestimm- ten Zeitintervallen erfolgen. Hierbei kann beispiels- weise als Zeitintervall für die Berechnung der aktu- ellen Temperaturleistung PT das Zeitraster der digi- talen Pulsweiten-Modulations-Signale gewählt werden.

Beispielsweise mit jeder Flanke von einem Übergang des digitalen Signales von AUS in EIN und/oder von EIN in AUS kann die Berechnung erfolgen. Zweckmäßig ist jedoch, die Berechnung in einem Zeitintervall durchzuführen, der jedoch nur jeden n-ten Stellwert (jede n-te Flanke) berücksichtigt. Mittels eines Fil-

ters kann hierbei der n-te zu berücksichtigende Wert ermittelt werden.

Eine momentane Leistung Pmom ergibt sich aus einer Quadrierung des momentanen digitalen Pulsweiten-Modu- lations-Signales 16 PWMmom. Dies entspricht der aktu- ellen Ausgabe des Pulsweiten-Modulations-Signales 16 an die Schaltstufe 12. Es gilt also : Pmom = PWMmom PWMmom Eine im Gleichstrommotor 10 mit steigender Drehzahl auftretende Gegenspannung wird hierbei nicht berück- sichtigt, sondern diese wird im Mittel als proportio- naler Faktor angenommen, der durch anschließende Pa- rametrierung berücksichtigbar ist.

Anschließend wird von der errechneten Leistung Pmom eine vom konkreten Gleichstrommotor 10 abhängige, maximal zulässige Leistung Pgrenz subtrahiert, so daß sich eine Differenzleistung Pdiff wie folgt ergibt : Pdiff = Pmom-Pgrenz- Zu jedem, für die Berechnung der Momentanleistung herangezogenen Zeitintervall (n-te Flanke des Signa- les 16), wird die Differenzleistung Pdiff aufinte- griert, wobei gilt : Pneu = Palt + Pdiff-

Erreicht die so aufintegrierte Leistung Pneu eine für den Gleichstrommotor festlegbare Warnleistung PWarn kann über die Ansteuerschaltung 18 das pulsweiten- modulierte Signal 16 für die Schaltstufe 12 so vari- iert werden, daß eine weniger leistungsintensive An- steuerung erfolgt. Hierdurch wird die Temperaturbe- lastung des Gleichstrommotors 10 vermindert. Durch weitere Aufintegration der Differenzleistung Pdiff wird eine festlegbare Abschaltschwelle Pmax erreicht, zu der der Gleichstrommotor 10 abgeschaltet wird.

Gleichzeitig erfolgt bei weiterer laufender Berech- nung in jedem festgelegten Zeitintervall eine Absen- kung des Integrationswertes Pneu linear um die Grenz- leistung Pgrenz-Ein Einschalten des Gleichstrom- motors 10 kann dann erfolgen, wenn der Integrations- wert Pneu eine festlegbare Grenze Pmin erreicht hat.

Mit Einschalten des Gleichstrommotors 10 über das Pulsweiten-Modulations-Signal 16 beginnt die Aufinte- gration zur Leistung PneUt entsprechend des genannten Ablaufes, neu.

Durch ein auf den konkreten Gleichstrommotor 10 und dessen konkrete Einsatzbedingung abgestimmtes charak- teristisches Dauerlaufprogramm kann die maximal zu- lässige Dauerlast simuliert werden. Hierbei sind die schlechtmöglichsten Bedingungen, beispielsweise hin- sichtlich einer Außentemperatur und einer Luft- feuchte, gegebenenfalls unter Berücksichtigung einer Zwangskühlung im Zusammenhang mit einem repräsentati- ven, das heißt durchschnittlich zu erwartenden Last- moment zu berücksichtigen. Die maximal zulässige Dau- erbelastung kann ermittelt werden, indem die Außen-

temperatur und gegebenenfalls die Luftfeuchte auf die schlechtmöglichsten zu erwartenden Werte eingestellt werden. Anschließend werden ein Dauerlaufzyklus und/oder ein Lastmoment solange schrittweise erhöht, bis eine gerade noch zulässige Temperatur des Gleich- strommotors 10 erreicht ist. Aufgrund vorhandener Zeitkonstanten muß zur Ermittlung der zulässigen Dau- erbelastung ein geringfügig unter dem ermittelten zulässigen Wert liegender Wert ermittelt werden. Un- ter diesen dann gewählten Belastungsparametern wird der Gleichstrommotor 10 im Dauerlastbetrieb gefahren, wobei stabile Bedingungen nach circa einer Zeit ein- treten, die dem Drei-bis Fünffachen einer thermi- schen System-Zeit-Konstante des Gleichstrommotors 10 entsprechen. Die diesen Bedingungen entsprechenden Pulweiten-Modulations-Signale 16 werden durch die Ansteuerschaltung 18 erfaßt und abgespeichert und bei der späteren Temperaturbestimmung unter Einsatzbedin- gungen herangezogen.

Die Grenzleistung Pgrenz wird aus dem zeitlichen An- stieg des Integrationswertes Pneu ermittelt, der zu- nächst noch mit Pgrenz = 0 berechnet wird und somit monoton steigt. Das Berücksichtigen des dann ermit- telten Wertes für die Grenzleistung Pgrenz bewirkt, da$ bei maximaler zulässiger Belastung des Gleich- strommotors 10 der Integrationswert Pneu unverändert bleibt. Die Festlegung der Warnleistung PWarn erfolgt unterhalb der Abschaltleistung PmaX.

Um auch den genannten adiabatischen Fall berücksich- tigen zu können, bei dem eine extreme Erwärmung in-

folge fehlender Wärmeabfuhr über die Kohlebürsten gegeben ist, ist vorgesehen, die momentane Leistung Pmom mit einer Filterleistung Pfilter zu filtern. Die Filterleistung ergibt sich hierbei aus folgender Be- ziehung Pfrlter-K'a (T + T)-P, (Y+T). Pf' wobei K ein Verstärkungsfaktor, Ta eine Abtastzeit und T ein Tau-Wert ist.

Überschreitet die Filterleistung Pfilter eine Warn- leistung Parn''kann auf eine weniger thermisch be- lastende Regelstrategie zur Ansteuerung des Gleich- strommotors 10 umgeschaltet werden. Beim Überschrei- ten der Abschaltleistung Pmax wird der Gleichstrom- motor 10 abgeschaltet. Die Filterleistung Pfilter sinkt dann mit einer Zeitkonstante bis zum Erreichen einer Minimalleistung Pmin'. Zu diesem Zeitpunkt bleibt die Filterleistung Pfilter konstant, und der Gleichstrommotor 10 kann erneut eingeschaltet werden.

Die Zeitkonstante des Filters liegt in der Größenord- nung, in der der Gleichstrommotor 10 durch maximal mögliche Belastung von seiner Betriebstemperatur auf eine kritische Temperatur erwärmt wird. Eine Parame- trierung erfolgt durch Analyse einer kurzzeitig maxi- mal zulässigen Belastung mit der kritischen Tempera- tur. Diese kurzzeitige Belastung besitzt eine Größen- ordnung von zirka dem dreifachen Wert der Zeitkon- stante. Die maximal zulässige Belastung kann bei-

spielsweise durch einen Hochlauf des Gleichstrom- motors unter maximaler Last bei ungünstigster zu er- wartender Umgebungstemperatur sein. Die Filter- leistung Pfilter wird vorerst ohne Abschaltleistung Pmax'implementiert und so das unter der Höchstlast erreichte Maximum der Filterleistung Pfilter ermit- telt. Die Abschaltleistung Pmax wird dann geringfü- gig größer als diese erreichte maximale Filterlei- stung Pfilter gewählt. Die Warnleistung PWarnt wird wiederum unterhalb der Abschaltleistung PmaXl ge- wählt.

Die beiden genannten Betriebsfälle, der diabatische Fall beziehungsweise der adiabatische Fall, werden beim bestimmungsgemäßen Einsatz des Gleichstrommotors 10 gemischt vorkommen. Insofern ist eine Verknüpfung der genannten ermittelten Werte notwendig. Hierbei erfolgt eine ODER-Verknüpfung der Warnleistung PWarn gemäß dem diabatischen Fall mit der Warnleistung warn'9'emäß dem adiabatischen Fall. Eine Abschaltung des Gleichstrommotors 10 erfolgt ebenfalls durch eine ODER-Verknüpfung der beiden Abschaltleistungen Pmax beziehungsweise Pwarn'des diabatischen Falles bezie- hungsweise des adiabatischen Falles. Ein Wiederein- schalten des Gleichstrommotors 10 ist nur möglich, wenn bei beiden Fällen eine Wiedereinschaltung ge- stattet ist, das heißt, die minimale Leistung Pmin des diabatischen Falles und des adiabatischen Falles sind durch eine UND-Verknüpfung verbunden.

Insgesamt wird somit durch einfache Ausgestaltung beziehungsweise Auslegung der Auswerteschaltung 18

mit der Überlaststufe 20 eine Beeinflussung des Puls- weiten-Modulations-Signales 16 zur Ansteuerung des Gleichstrommotors 10 möglich. Zusätzliche Temperatur- messungen oder Strommessungen sind nicht erforder- lich. Der Überlaststufe 20 muß lediglich eine An- fangstemperatur mitgeteilt werden. Diese kann bei- spielsweise die synthetische Vorgabe eines Anfangs- wertes sein, der den schlechtmöglichsten Betriebsbe- dingungen des Gleichstrommotors 10 entspricht. Ferner ist denkbar, eine von anderen Sensoren, beispielswei- se innerhalb eines Kraftfahrzeuges angeordneten Tem- peratursensoren, gelieferte Außentemperatur mit einer Abschaltzeit des Gleichstrommotors 10 zu verknüpfen, um so einen Anfangswert zu generieren.