CH697140A5

CH697140A5 - Aktuator für Fahrzeugscheinwerfer.

Info

Publication number: CH697140A5
Application number: CH01450/04A
Authority: CH
Inventors: Yvan Bourqui
Original assignee: Saia Burgess Murten Ag
Priority date: 2004-09-02
Filing date: 2004-09-02
Publication date: 2008-05-15

Description

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen Aktuator für Fahrzeugscheinwerfer gemäss Oberbegriff des Anspruches 1.

[0002] Fahrzeugscheinwerfer können üblicherweise zwischen zwei Leuchtcharakteristiken umgeschaltet werden, nämlich Fernlicht und Abblendlicht. Neuerdings werden dafür Einstellvorrichtungen in die Fahrzeugscheinwerfer eingebaut, die die Strahleigenschaften des Lichtstrahls verändern, der vom Scheinwerfer ausgesandt wird. Diese Einstellvorrichtungen werden elektrisch durch Aktuatoren angetrieben. Neuere Entwicklungen in der Lichttechnik für Fahrzeuge gehen dahin, neben den genannten zwei Lichtarten zusätzliche vorzusehen.

Gemäss einer neuen Vorschrift sind z.B. zusätzliche Lichtarten das "Stadtlicht" und das "Autobahnlicht".

[0003] Die aktuellen Einstellvorrichtungen mit zwei Zuständen beruhen z.B. auf einer Maske, die in eine obere Position (Fernlicht) und eine untere Position (Abblendlicht) bewegbar ist. Diese Bewegung wird durch einen Magnetantrieb bewerkstelligt, der sich zwischen zwei Anschlägen bewegt. Jede derartige Bewegung ist jedoch mit einem Geräusch beim Aufprallen auf den jeweiligen Anschlag verbunden.

[0004] Andere Systeme, bei denen eine Blende durch einen motorischen Antrieb bewegt wird, sind aus den Schriften DE-A-19 739 089, DE-A-4 335 286 und EP-A-1 350 670 bekannt.

Allerdings weisen mit Ausnahme der Letztgenannten die Systeme keine Funktion auf, die im Fehlerfall, d.h. bei Ausfall der Steuerung des Antriebes, eine Rückkehr zu einem zugelassenen Lichttyp gewährleistet, z.B. Abblendlicht. Bei der EP-A-1 350 670 ist eine solche Funktion durch eine Feder realisiert, die bei Stromausfall den Aktuator in eine Grundposition zurückzieht. Ein solches mechanisches System hat jedoch den Nachteil, eine zusätzliche, von sonstigen Antrieben grundsätzlich verschiedene aktive Komponente einzubringen. Daneben besteht auch die Gefahr, dass die Feder durch die häufigen Bewegungsvorgänge altert, an Spannung verliert oder gar bricht.

Der Aktuator kann sich auch nur gegen die Federkraft in eine Richtung von der Grundposition wegbewegen, eine Drehbewegung über den Anschlag hinaus in die andere Richtung ist ausgeschlossen.

[0005] Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Aktuator zur Einstellung der Lichtcharakteristik eines Fahrzeugscheinwerfers anzugeben, der eine besser in das Antriebskonzept integrierbare Ausfallsicherung aufweist.

[0006] Ein derartiger Aktuator ist im Anspruch 1 angegeben. Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

[0007] Demgemäss zeichnet sich der erfindungsgemässe Aktuator dadurch aus, dass sein Antrieb einen drehbeweglichen Rotor umfasst, der durch ein elektromagnetisch angeregtes Magnetfeld in verschiedene Positionen gedreht werden kann.

Ein zusätzlicher Abschnitt des Rotors oder allgemein ein zusätzliches bewegliches, mit dem Rotor gekoppeltes Element bildet einen zweipoligen Permanentmagneten mit Orientierung senkrecht zur Rotationsachse. Dieses Element des Rotors ist im Bereich eines permanent vorhandenen, ebenfalls senkrecht zur Rotationsachse des Elements verlaufenden Magnetfeldes angeordnet.

Es wird z.B. durch einen magnetischen Kreis erzeugt, der im Wesentlichen aus einem Permanentmagnet und zum Element hinführenden Jochen besteht.

[0008] Durch die Wechselwirkung mit dem genannten Element und dem Magnetfeld wird eine Ruhestellung des Rotors definiert, bei dem sich der Rotor gemäss der Magnetisierung des Elementes ausrichtet, insbesondere dann, wenn die Anregung im elektromagnetisch angeregten Teil ausfällt.

[0009] Die Erfindung soll weiter an Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf Figuren erläutert werden:
<tb>Fig. 1<sep>zeigt eine Scheinwerfereinheit mit einstellbarer Leuchtcharakteristik;

<tb>Fig. 2<sep>zeigt eine Ansicht eines erfindungsgemässen Aktuators für zwei Stellungen;

<tb>Fig. 3<sep>zeigt ein Diagramm der Magnetfelder im Aktuator gemäss Fig. 2 bei Anregung;

<tb>Fig. 4<sep>zeigt eine Ansicht von oben (Fig. 4a) und von unten (Fig. 4b) eines Aktuators;

<tb>Fig. 5<sep>zeigt ein Magnetfelddiagramm des Aktuators gemäss Fig. 4 in einer Arbeitsstellung;

<tb>Fig. 6<sep>zeigt in einer Auftragung des Positionierungsdrehmomentes über der Arbeitsposition verschiedene Arbeitsstellungen eines Aktuators gemäss Fig. 4;

<tb>Fig. 7a-7h<sep>zeigen die Magnetfeldverhältnisse in den verschiedenen Arbeitspositionen des Aktuators gemäss Fig. 4.

[0010] Fig. 1 zeigt eine Scheinwerfereinheit 1 mit einem Reflektor 2, vor dessen Öffnung die Vorrichtung zur Einstellung der Lichtcharakteristik angebracht ist. Sie besteht aus einem Rahmen 3, in dem eine Blendenwelle 4 drehbar gelagert ist. Die Blendenwelle ist je nach den Anforderungen entsprechend ausgeführt, um die verschiedenen Lichtcharakteristiken einzustellen. Dieses Detail ist hier jedoch nicht dargestellt. Die Blendenwelle 4 wird vom Aktuator 5 über eine spielfreie Kupplung 6 angetrieben.

[0011] Im Aktuator 5 befindet sich neben einem Getriebe ein elektromotorischer Antrieb.

Abgesehen vom elektromotorischen Antrieb können alle vorgenannten Bestandteile auf eine übliche Art ausgeführt werden und auf eine detaillierte Darstellung wird daher verzichtet. Da, wie noch beschrieben wird, der elektromotorische Antrieb oder kurz Motor mit einer Einrichtung zur Rückkehr in eine Ruhestellung ausgestattet ist, ist in der Gesamtanordnung ansonsten keine Massnahme zu diesem Zweck erforderlich.

[0012] Fig. 2 zeigt schematisch das Antriebssystem eines erfindungsgemäss ausgebildeten Motors 10. Er umfasst einen Rotor 11, der hier zweipolig radial magnetisiert ist. Im oberen Teil, dem Antriebsabschnitt, ist der Rotor 11 Teil eines elektrisch erregbaren magnetischen Kreises. Der elektromagnetische Kreis umfasst neben den Jochen 13, 14 eine Spule 15.

Je nach Stromrichtung in der Spule 15 kann damit der Rotor durch Erregung des magnetischen Antriebskreises 12 in zwei verschiedene Positionen gedreht werden. Dieser Antrieb eignet sich damit für Fahrzeugscheinwerfer, bei denen höchstens zwei Einstellungen neben einer Grundeinstellung vorgesehen sind.

[0013] Die Grundeinstellung wird vom Rotor 11 eingenommen, wenn der magnetische Antriebskreis 12 nicht erregt ist. Der untere Abschnitt des Rotors 11 bildet dazu einen Teil des magnetischen Rückstellkreises 17. Er besteht neben dem genannten Abschnitt des Rotors 11 aus zwei Jochen 18 und 19, zwischen denen ein Permanentmagnet 20 angeordnet ist, um einen permanent erregten magnetischen Kreis zu bilden.

Wie in Fig. 2 dargestellt, befindet sich damit der Rotor 11 immer in der dargestellten Position, wenn der Antriebskreis 12 nicht erregt ist.

[0014] Fig. 3 zeigt ein Felderdiagramm bei erregtem Antriebskreis für die Anordnung gemäss Fig. 2. Die Ordinate 23 symbolisiert die Ausrichtung in Ruhestellung. Auf ihr liegt daher der Pfeil 24, der Richtung und Stärke des (magnetischen) Feldes des Rückstellkreises am Ort des Rotors 11 angibt. Aus der Wechselwirkung zwischen der Magnetisierung des Rotors und dem permanent erregten magnetischen Rückstellkreis resultiert ein Drehmoment, das auf den Rotor 11 einwirkt und mit zunehmender Abweichung der Rotorstellung von der Ruheposition zunimmt.

Entsprechend liegt auf der Abszisse 25 der Pfeil 26, der Betrag und Richtung des Felds symbolisiert, das der elektromagnetisch erregte Antriebskreis auf den Rotor erzeugt.

[0015] Aus dem von den Feldpfeilen 24 und 26 aufgestellten Parallelogramm 27 resultiert das resultierende Magnetfeld 28, das auf den Rotor 11 wirkt und eine Drehung um den Winkel 29 aus der Ruheposition heraus bewirkt. Durch eine Erregung der Spule 15 mit einem Strom in umgekehrter Richtung resultiert auch eine Umkehrung des Feldpfeils 26 und damit eine Spiegelung des Feldparallelogrammes 27 an der Ordinate 23.

Entsprechend bewirkt eine derartige umgekehrte Erregung des Antriebskreises 12 eine Drehung um den Winkel gegen den Uhrzeigersinn.

[0016] Weiterhin ist aus Fig. 3 ableitbar, dass der Winkel 29 durch die Stärke der Erregung des Antriebskreises 12 veränderbar ist.

[0017] Die Fig. 4 zeigt in einer Ansicht von oben (Fig. 4a) und unten (Fig. 4b) schematisch die Antriebseinheit 30 für einen Aktuator 5.

Funktionell mit der vorangehend beschriebenen Ausführung übereinstimmende Teile sind darin mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

[0018] Die Antriebseinheit 30 umfasst ein Rückstellsystem, das im Wesentlichen identisch wie beim oben beschriebenen Antrieb ausgebildet ist: Ein permanent erregter magnetischer Rückstellkreis mit einem Permanentmagneten 20, Jochen 18 und 19 sowie einem entsprechend zweipolig radial magnetisierten Abschnitt 32 des Rotors 33.

[0019] Der Rotor 33 umfasst im Weiteren den Antriebsabschnitt 35. Er stellt ebenfalls einen radial magnetisierten Permanentmagneten dar, weist jedoch drei Polpaare gemäss Fig. 4 auf. Denkbar sind jedoch auch andere Polpaarzahlen, z.B. vier oder auch nur zwei. Der Antriebsabschnitt 35 ist Teil von zwei elektromagnetischen Antriebskreisen 37 und 38.

Mit dieser Anordnung kann eine Mehrzahl von Arbeitsstellungen des Rotors 32 durch Bestromen der Spulen 40 (erster elektromagnetischer Antriebskreis 37) und 41 (zweiter elektromagnetischer Antriebskreis 38) eingestellt werden. Mit der vorliegenden Magnetisierung mit einer Mehrzahl von Polpaaren ist dabei zum Erreichen bestimmter Stellungen eine Ansteuerung mit mehreren Stromwechseln in den Spulen 40, 41 notwendig, wie es vom Betrieb von Schrittmotoren her bekannt ist. Auf eine Darstellung dieser Ansteuerung wird daher nicht im Detail eingegangen.

[0020] In Fig. 5 ist ein Felddiagramm der Antriebseinheit gemäss Fig. 4 in einer Darstellung analog Fig. 3 dargestellt. Entsprechend tragen übereinstimmende Elemente der Darstellung die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 3.

Die Abszisse 25 symbolisiert dabei die Richtung des Feldpfeils 45 des ersten elektromagnetischen Antriebskreises 37, der senkrecht zum Rückstellkreis 17 auf den Rotor 33 einwirkt. Kraftpfeil 46 symbolisiert das Feld des zweiten Antriebskreises 38, der parallel zum Rückstellkreis 17 ausgerichtet ist.

[0021] Die Feldpfeile 45, 46 der beiden Antriebskreise 37, 38 spannen ein Parallelogramm 48 auf, aus dem sich das resultierende Antriebsfeld 49 ergibt. Aus dem Feld 49 und dem Feld 24 des Rückstellkreises 70 ergibt sich das Felderparallelogramm 27 mit dem resultierenden Feld 28 am Ort des Rotors 33.

Das Feld 33 bewirkt somit die Drehung um den Winkel 29 im Uhrzeigersinn aus der Ruheposition heraus.

[0022] In Fig. 7 sind die verschiedenen möglichen Feldkombinationen einer Antriebseinheit gemäss Fig. 4 dargestellt.

[0023] In dieser Darstellung ist jeweils nur das resultierende Feld 49 der Kräfte der Felder der Antriebskreise 37, 38, das Feld 24 des Rückstellkreises und das resultierende Feld 28 eingezeichnet. In Fig. 7 wird dabei vorausgesetzt, dass die Spulen 40, 41 jeweils derart bestromt werden, dass der resultierende Antriebsfeldteil 49 eine konstante Länge aufweist und sich somit auf dem Kreis 51 bewegt.

Das resultierende Gesamtfeld 28 variiert demgemäss zwischen einem grössten Wert (Fig. 7b, h) und einem minimalen Wert, der in Fig. 7e dargestellt ist, in der das Rückstellfeld 24 dem resultierenden Antriebsfeld 49 entgegengesetzt ist.

[0024] Fig. 6 zeigt die verschiedenen Arbeitspositionen des Antriebes in einer Auftragung der Position gegen das Antriebsdrehmoment, das in der jeweiligen Position von den Antriebskreisen aufgebracht wird. Der mittlere Bereich 53 ist dabei der Bereich der Einstellungen, in denen eine Blendgefahr durch den Scheinwerfer besteht (Blendbereich). Der linke Bereich 55 ist der nicht blendende Bereich bei Rechtsverkehr, der Bereich 57 derjenige der nicht blendenden Einstellungen bei Linksverkehr.

Hieraus ergibt sich bereits, dass bei entsprechender Auslegung der Vorkehrung zur Beinflussung der Leuchtcharakteristik einfach durch Ansteuerung des Aktuators die Fahrzeugscheinwerfer entsprechend den Anforderungen für Rechts- oder Linksverkehr betrieben werden können, ohne dass mechanische Änderungen an den Scheinwerfern nötig sind.

U.a. ergibt sich dadurch auch eine wesentliche Vereinfachung bei der Herstellung.

[0025] Die Einstellungen sind im Einzelnen:
60 : Stadtlicht (Rechts- und Linksverkehr)
61 : Abblendlicht (Rechtsverkehr)
62 : Abblendlicht (Linksverkehr)
63 : Autobahnlicht (Rechtsverkehr)
64 : Autobahnlicht (Linksverkehr)
65 : unbenutzt
66 :

Fernlicht (Rechts- und Linksverkehr)

[0026] Aus einem Vergleich der in Fig. 2 und Fig. 4 dargestellten Ausführungen wird auch eine Modularität des Konzeptes deutlich: z.B. kann durch Auswechseln des Rotors und Weglassen des zweiten elektromagnetischen Antriebskreises 38, der ein Magnetfeld parallel zum Rückstellkreis 17 erzeugt, bereits ein Wechsel zwischen einem Antrieb mit mehreren Positionen und einem Antrieb mit zwei Positionen gewechselt werden.

[0027] Weitere Vorteile und Merkmale der beschriebenen Ausführung sind:
Die verschiedenen Positionen sind als Gleichgewichtslagen aus der Wechselwirkung der Magnetfelder definiert.

Anschläge oder andere mechanische Mittel, die Geräusche beim Eingreifen erzeugen, namentlich beim Aufprall auf einen Anschlag, und nur mit Aufwand veränderbar oder einstellbar sind, sind nicht nötig.
Die Aktuatoren sind kompakt und für hohe Temperaturen geeignet.
Geschlossenes und damit geschütztes System.
Leichte Anpassbarkeit an verschiedene Anforderungen bezüglich Anzahl einstellbarer Positionen, dadurch höhere Standardisierung der Bestandteile.

[0028] Aus der vorangehenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen sind dem Fachmann vielfältige Abwandlungen zugänglich, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen, der durch die Ansprüche definiert wird.

Denkbar sind u.a. folgende Abwandlungen:
Anordnung des Rückstellkreises 17 in einem Winkel zu allen magnetischen Antriebskreisen, d.h. keiner der Antriebskreise erzeugt ein Magnetfeld parallel zu demjenigen des Rückstellkreises durch den Rotor;
Anordnung der Antriebskreise gegeneinander und/oder bezüglich des Rückstellkreises in anderen Winkeln als 90 ;
Unterteilung des Rotors derart, dass im Extremfall für jeden magnetischen Kreis (Antriebskreise 12 bzw. 37, 38;

Rückstellkreis 17) ein eigener Rotor-Magnet auf einer gemeinsamen Achse vorgesehen ist oder z.B. der Rückstellmagnet, d.h. das bewegliche Element des Rückstellreises, im Wesentlichen einen eigenen Rotor bildet, der über ein Getriebe (Zahnräder, Zahnriemen oder dergleichen) mit dem Antriebsrotor verbunden ist, der unter der Wirkung der Antriebskreise steht.
Das angulare Polpaar für das Rotorteil des Rückstellkreises kann statt durch radiale Magnetisierung auch durch axiale Magnetisierung realisiert sein. Im einfachsten Fall werden dafür zwei axial magnetisierte Halbzylinder magnetisch antiparallel zu einem Zylinder zusammengesetzt.

Insbesondere kann dadurch ein Rotor gefertigt werden, der Teil eines Antriebskreises und eines Rückstellkreises ist, wobei die Polpaare des Rotors an den beiden Enden des gebildeten Zylinders mit zunehmender Ausprägung zu diesen hin, jedoch mit antiparalleler Anordnung, ausgebildet sind.

Claims

1. Aktuator (5) für die Einstellung der Lichtcharakteristik eines Fahrzeugscheinwerfers und mit einem Motor (11), dadurch gekennzeichnet, dass eine Rückstelleinrichtung zum Stellen des Motors in eine Ruhelage vorhanden ist, wobei die Einrichtung ein drehbewegliches permanentmagnetisches Rückstellelement, das mit dem Rotor (11; 33) des Motors wenigstens bezüglich der Drehbewegung mechanisch im Wesentlichen starr gekoppelt ist, und ein stationäres permanentmagnetisches Rückstellelement (18-20) umfasst, und dass das Magnetfeld des stationären Elements mit demjenigen des drehbeweglichen Rückstellelements derart in Wirkverbindung steht, dass der Motor (10) durch das dabei entstehende Drehmoment in die Ruheposition bewegbar ist.

2. Aktuator (5) gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegliche Rückstellelement im Wesentlichen ein Abschnitt des Rotors (11; 33) ist.

3. Aktuator (5) gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegliche Rückstellelement über ein mechanisches Transmissionsmittel mit dem Rotor (11; 33) des Motors (10) gekoppelt ist.

4. Aktuator (5) gemäss einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegliche Rückstellelement im Wesentlichen ein drehbeweglicher Permanentmagnet ist, der angular mindestens ein Polpaar aufweist.

5. Aktuator (5) gemäss Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegliche Rückstellelement angular genau ein Polpaar aufweist.

6. Aktuator (5) gemäss einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das stationäre Rückstellelement (18, 19, 20) im Wesentlichen ringförmig mit einem Spalt ist, wobei sich das bewegliche Rückstellelement im Spalt befindet und die beiden Enden des stationären Rückstellelements, die den Spalt begrenzen, Nord- und Südpol eines Magneten bilden, um die Wechselwirkung des stationären Rückstellelements mit dem beweglichen Rückstellelement zu verstärken.

7. Aktuator (5) gemäss einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (11; 33) angular zur Drehachse mindestens ein permanentmagnetisches Polpaar aufweist und Teil mindestens eines magnetischen Antriebskreises (12; 37, 38) ist, der mittels einer Spule (15; 40, 41) elektrisch erregbar ist, um durch Bestromung der Spule eine Drehung des Rotors in mindestens eine von der Ruheposition verschiedene Arbeitsposition bewirken zu können.

8. Aktuator (5) gemäss einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Antriebskreise (12; 37, 38) vorhanden sind, wobei die durch die Antriebskreise erzeugbaren Magnetfelder im Rotor jeweils ein Drehmoment in einem solchen Winkel erzeugen, dass durch deren Überlagerung miteinander und mit demjenigen des Rückstellkreises der Rotor in mehr als eine Arbeitsposition gedreht werden kann.

9. Aktuator (5) gemäss Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel im Wesentlichen gleich einem Halbkreis (= 180 ) geteilt durch die Zahl der Antriebskreise (12; 37, 38) oder ein ganzzahliges Mehrfaches davon ist.

10. Aktuator (5) gemäss einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (11; 33) mindestens ein Polpaar aufweist.

11. Aktuator (5) gemäss einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsmagnetkreise (12; 37, 38) mechanisch im Wesentlichen unabhängig voneinander ausgeführt sind, so dass das Ausrüsten des Motors (10) mit mehreren Antriebskreisen möglich ist.