DE10003512A1

DE10003512A1 - Vorrichtung zur Unterstützung der Selbsthemmung bei Elektromotoren

Info

Publication number: DE10003512A1
Application number: DE10003512A
Authority: DE
Inventors: Hans-Juergen Oberle; Willi Schmidt
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-01-27
Filing date: 2000-01-27
Publication date: 2001-08-09
Anticipated expiration: 2020-01-28
Also published as: WO2001056137A1; DE10003512B4

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Unterstützung der Selbsthemmung eines Verstellmotors (1), die mit einer antriebsseitigen Ankerwelle (5), die abtriebsseitig mit einer Abtriebswelle (8) eines Getriebes zusammenarbeitet, und das Motorgehäuse (2) des Verstellmotors (1) mit dem Getriebegehäuse (20) des Getriebes verbunden ist. An der Ankerwelle (5) des Verstellmotors (1) sind Mitnehmer (12) gelenkig gelagert, mit denen die selbsthemmende Verbindung (21) mit dem Getriebegehäuse (20) herstellbar und wieder lösbar ist.

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Unterstützung der Selbsthemmung bei Elektromotoren, wie beispielsweise in Verstellmotoren mit Getrieben für Anwendungen im Kraftfahrzeug z. B. für den Einsatz als, Fensterheber, Schiebedachbetätigung, Sitzverstellung und Spiegelverstellung. Bei Verstellmotoren für solche Anwendungen werden bestimmte Stellpositionen angefahren, die dann durch die den Verstellmotoren innewohnende Selbsthemmung beibehalten werden sollen, bis der nächste Stellvorgang erfolgt.

Stand der Technik

Bei Getriebemotoren kommt es in der Regel dann zur Selbsthemmung, wenn der Getriebemotor über ein Schneckengetriebe verfügt, dessen eingängige Schnecke einen Neigungswinkel von ≦ 4° aufweist. Die Schnecke weist demnach eine relativ schwache Steigung auf, was in der Praxis jedoch nicht immer erwünscht ist, weil die schwache Steigung relativ lange Verfahrwege zur Folge hat. Aufgrund der flachen Steigung der Schnecke sind viele Umdrehungen der Schnecke erforderlich, um ausreichend lange Verstellwege zu erzielen.

Bei Verstellmotoren mit Schneckenauslegungen einer Steigung von ≧ 4° kommt es nach längeren Zeiträumen zum sogenannten "Ablaufen" des Sitzes beispielsweise, d. h. der Sitz verändert seine Position, ohne daß der Verstellmotor betätigt worden ist, da das eingesetzte Getriebe nicht absolut selbsthemmend ist und eine einmal eingestellte vorgewählte Position nicht dauerhaft beibehält.

Es wurde versucht, die Selbsthemmung von Verstellmotoren dadurch zu ver bessern, daß der Druck der Kohlebürsten auf den Kommutator erhöht wurde, um so das von außen aufzubringende Moment, den Anker zu verdrehen, zu erhöhen. Nachteile dabei sind, daß einerseits das Geräuschniveau solcher Verstellmotoren ansteigt und sich andererseits aufgrund der erhöhten Bürstenreibung das Anzugsmoment drastisch verschlechtert. Es wurden Überlegungen dahingehend angestellt, daß an der Ankerwelle des Verstellmotors eine magnetische Bremse vorgesehen wird, die mit Einschalten des Motorstroms öffnet. Diese Lösung ist jedoch teurer und zieht einen zusätzlichen Energieaufwand nach sich.

Darstellung der Erfindung

Mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Vorrichtung zur Unterstützung der Selbsthemmung bei Verstellmotoren greift die Selbsthemmung unmittelbar an der Ankerwelle des Verstellmotors an, wo die größte Wirkung erzielt werden kann. Extrem vorteilhaft ist der Umstand, daß beim Bestromen des Verstellmotors die Selbsthemmung durch die Verdrehung der Ankerwelle sofort aufgehoben wird und keine das Anzugsmoment des Verstellmotors mindernder Einfluß der Mechanik durch direkte Freigabe der Ankerwelle auftreten kann.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird in vorteilhafter Weise vermieden, von außen wirkende zusätzliche Kräfte auf die Ankerwelle einwirken zu lassen, sondern aufgrund der im Verstellmotor vorhandenen Permanentmagnete ein auf den Anker wirkendes Rastmoment zur Selbsthemmung auszunutzen.

Bei der Ausbildung eines Verstellmotors mit 8-nutigem Anker ergeben sich bei einem solcherart ausgestalteten Elektromotor acht mögliche Positionen, auf die er sich aufgrund des Magnetfeldes der einander gegenüberliegend angeordneten Permaneutmagneten einzustellen vermag. Um den Anker von einer Drehposition in die nächstmögliche Drehposition zu bewegen, ist ein bestimmtes Drehmoment, das Rastmoment erforderlich, welches bei der Erfindung als Rückstellmoment für den nicht bestromten Motor genutzt wird. Das Rückstellmoment, welches auf die Ankerwelle des Verstellmotors einwirkt, bewegt die an der Ankerwelle gelenkig aufgenommenen Mitnehmer in ihre gestreckte Lage, so daß diese an der Innenseite des mit dem Motorgehäuse verbundenen Getriebegehäuses anliegen.

Die sich zwischen den Kappen der Mitnehmer und der Innenseite des Getriebe gehäuses einstellende selbsthemmende Verbindung kann eine reibschlüssige, eine formschlüssige oder auch eine kraftschlüssige Verbindung sein, die sich automatisch bei nicht bestromtem Verstellmotor durch dessen Rastmoment einstellt. Wird eine Selbsthemmung auf diese Weise unterstützt, ist die Anker welle, d. h. die Antriebswelle in ihrer beim Betrieb des Verstellmotors zuletzt angefahrenen Position gedreht. Die angefahrene Stellposition wird durch die sich einstellende Selbsthemmung zwischen Mitnehmerköpfen und Getriebegehäuse innenseite gesichert und beibehalten, so daß beispielsweise bei dem Verstellmotor zugeordneten Schneckengetrieben die Steigung der Schnecke zur Erzielung einer Selbsthemmung nicht mehr von Belang ist, sondern die Steigung der Schnecke beispielsweise so ausgelegt werden kann, daß bei Betreiben des Verstellmotors die Stellposition innerhalb kürzester Zeit Stellpositionen angefahren werden können.

An der Ankerwelle der Verstellmotors lassen sich zwei einander gegenüber liegend angebrachte Mitnehmer vorsehen, es können jedoch auch drei um 120° zueinander versetzte oder vier um 90° zueinander versetzte Mitnehmer an der Ankerwelle gelenkig gelagert werden. Eine sichere Führung, die bei Bestromen des Verstellmotors unmittelbar zur Aufhebung der selbsthemmenden Verbindung zwischen Mitnehmerköpfen und Getriebegehäuseinnenseite führt, ist dadurch sichergestellt, daß die Mitnehmer in einer an der Antriebswelle vorgesehenen starr befestigten Mitnahmeglocke beweglich gelagert sind.

Zeichnung

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch Verstellmotor und Getriebe mit getrennten Antriebs-/Abtriebswellen.

Fig. 2 die Ankerwelle mit gelenkig daran gelagerten Mitnehmern, die in eine gestreckte, eine Selbsthemmung der Ankerwelle bewirkende Position gedreht ist,

Fig. 3 und die Aufhebung der selbsthemmenden Verbindung bei Bestromen der Ankerwelle des Verstellmotors.

Ausführungsvarianten

Fig. 1 zeigt den Längsschnitt durch Verstellmotor und Getriebe mit unterbrochener An-/Abtriebswelle.

Der Verstellmotor 1 umfaßt ein Motorgehäuse 2, in welchem die als Antriebs welle fungierende Ankerwelle 5 gelagert ist. Die Ankerwelle 5 ist einerseits in einem am Ende des Motorgehäuses 2 vorgesehenen Lager 6 aufgenommen; mit dem anderen Ende ist die Ankerwelle 5 in ein Kalottenlager 7 aufgenommen. Das Motorgehäuse 2 geht in das Getriebegehäuse 20 über, in dem die Abtriebswelle 8 aufgenommen ist und bildet mit diesem eine kompaktbauende Motor/Ge triebeeinheit. Die Abtriebswelle 8 ihrerseits ist in einem Lager 9 des Getriebes aufgenommen und weist an ihrem der Ankerwelle 5 zuweisenden Ende eine Mitnahmeglocke 13 auf. Die Mitnahmeglocke 13 ist starr mit dem Ende der Abtriebswelle 8 verbunden, während die in der Mitnahmeglocke 13 geführten Mitnehmer 12 gelenkig am Umfang der Ankerwelle 5 gelagert sind. Im darge stellten Ausführungsbeispiel sind zwei um 180° zueinander versetzt angeordnete Mitnehmer 12 dargestellt, deren jeweilige Köpfe an der Innenseite des Getriebe gehäuses 20 anliegen und dort eine selbsthemmende Verbindung bewirken.

Innerhalb des Motorgehäuses 2 des Verstellmotors 1 sind die einander gegenüber liegenden Permanentmagnete 15, 16 dargestellt, zwischen denen die Wicklung 10 der Ankerwelle 15 zu erkennen ist. Der Anker der Ankerwelle 5 ist im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 als 8-nutiger Anker ausgebildet, dessen einzelne Segmente jeweils mit einem Kommutator 11 verbunden sind, der sich ebenfalls auf der Ankerwelle 5 befindet.

Durch die Unterbrechung von Antriebs- bzw. Ankerwelle 5 und Abtriebswelle 8 läßt sich in diesem Bereich eine mechanisch wirkende Selbsthemmungs vorrichtung einbauen, die ein unbeabsichtigtes Verstellen der durch den Verstellmotor 1 angefahrenen Positionen wirksam verhindert.

Fig. 2 zeigt die Antriebs- bzw. Ankerwelle mit gelenkig daran gelagerten Mit nehmern, die in eine gestreckte, eine Selbsthemmung der Ankerwelle bewirkende Position gestellt sind.

Im Polgehäuse 17 bzw. Verstellmotorgehäuse 2 des Verstellmotors 1 sind ein ander gegenüberliegende Permanentmagnete 15 bzw. 16 untergebracht. Zwischen diesen ist im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ein 8-nutiger Anker auf der Ankerwelle 5 untergebracht, der aus acht einzelnen Ankerpaketen 19 besteht, die allesamt durch eine Nut voneinander getrennt sind. Von den acht einzelnen Segmenten 19 sind in Fig. 2 nur sechs dargestellt, zwei einander gegenüber liegende Segmente 19 sind durch die in der Querschnittsdarstellung vor diesen liegenden Mitnahmeglocke 13 sowie das Getriebegehäuse 20 verdeckt. Am Umfang der Ankerwelle 5 sind zwei einander gegenüberliegend gelenkig gelagerte Mitnehmer 12 vorgesehen. Die Mitnehmer 12 erstrecken sich durch Ausnehmungen 22 der Mitnahmeglocke 13 und sind in Fig. 2 in ihrer gestreckten Position 26 liegend dargestellt. Durch das mittels der Permanentmagnete 15 bzw. 16 aufgebrachte Rückstellmoment 24 werden die Mitnehmer 12 in ihre gestreckte Position 24 gebracht, in der die Mitnehmerköpfe im dargestellten Ausführungs beispiel mit gezahnten Umfangsflächen versehen - eine selbsthemmende Verbindung 21 erzeugend -. Anstelle des in Fig. 2 in vergrößerter Darstellung wiedergegebenen profilierten Kopfes der Mitnehmer können die Mitnehmerköpfe auch mit einer Reibfläche versehen sein, die mit einem an der Innenseite des Getriebegehäuses 20 umlaufenden Reibpartner zusammenarbeiten.

Besteht wie in Fig. 2 dargestellt, eine reibschlüssige oder eine formschlüssige selbsthemmende Verbindung 21 in Form von miteinander verrasteten Zahnsegmenten, muß aufgrund der herrschenden Hebelverhältnisse abtriebsseitig ein relativ hohes Drehmoment aufgebracht werden, um die Ankerwelle 5 aus ihrer Selbsthemmung zu entriegeln. Aus Fig. 2 geht hervor, daß die um ihre Rotations achse 23 rotierende Ankerwelle 5 die Mitnehmer - im Ausführungsbeispiel 2 - in Anlenkpunkten 14 aufnimmt. Die Durchbrüche 22 in der Mitnahmeglocke 13 fungieren als Führung für die Mitnehmer 12. Der Drehpunkt der Mitnehmer 12 hat die gleiche Position wie die Mitte eines Teilsegmentes 18 des Ankerpaketes 19, so daß die gleiche Rückstellkraft in beiden Richtungen anliegt.

Fig. 3 zeigt die Aufhebung der selbsthemmenden Verbindung beim Bestromen der Ankerwelle des Verstellmotors.

Durch Bestromung des Verstellmotors 1 hat sich das schraffiert dargestellte Ankerpaket 18 im Uhrzeigersinn bewegt, verursacht durch das nunmehr an der Ankerwelle 5 anliegende Antriebsmoment 25. Die Verdrehung der Ankerwelle 5 um ihre Rotationsachse 23 um ca. 20° bewirkt die Aufhebung der selbst hemmenden Verbindung 28 durch ein Zurückfahren der Mitnehmer 12 in die Aus nehmungen 22 der Mitnahmeglocke 13, die ihrerseits starr mit der Abtriebswelle 8 verbunden ist. Das Zurückfahren der Mitnehmer 12 wird durch die Verlagerung ihrer Anlenkpunkte 14 bei der Verdrehung der Ankerwelle 5 im Uhrzeigersinn verursacht, wodurch die Mitnehmerköpfe mit der Innenseite des Getriebegehäuses 20 außer Eingriff gebracht werden. Die nunmehr in die Ausnehmungen 22 der Mitnahmeglocke 13 eingreifenden Köpfe der Mitnehmer 12 - seien sie mit Zahnsegmenten profiliert oder als Reibflächen oder dergleichen ausgebildet - übertragen das Antriebsmoment 25 der Ankerwelle 5 auf die abtriebsseitig vorgesehene Mitnahmeglocke 13, die mit der Abtriebswelle 8 in Verbindung steht. Das Antriebsmoment 25 wird im Gegensatz zu dem eingangs erwähnten mit hohem Druck an den Kommutator angestellten Bürsten mit der erfindungs gemäßen Vorrichtung ohne Reibungsverluste auf die Abtriebswelle 8 übertragen.

Wird der Verstellmotor 1 abgeschaltet, und die Ankerwelle 5 kommt zum Still stand, tritt der in Fig. 2 dargestellte Zustand ein, das Rückstellmoment der Permanentmagnete 15, 1b bewegt die an der Ankerwelle 5 angelenkten Mitnehmer 12 in ihre jeweils gestreckte Position 26 zur Erzeugung einer die Selbsthemmung unterstützenden Verbindung 21. Steht der Abtrieb unter Last, können kurzfristig Zustände auftreten, bei denen die Mitnehmer 12 noch nicht an der Innenseite des Getriebsgehäuses 20 eingreifen. Die Sperrfunktion tritt jedoch dann ein, wenn sich der Abtrieb soweit zurückgestellt hat, daß eine Rastposition erreicht wird etwa ein 20°-Drehung. Da es sich hierbei um den Bruchteil einer Ankerumdrehung handelt, ist diese leichte Verzögerung durch Einstellen der Selbsthemmung bei übersetzten Getrieben kaum wahrnehmbar.

Bezugszeichenliste

1

Verstellmotor

2

Motorgehäuse

3

Antriebsseite

4

Abtriebsseite

5

Antriebs-, Ankerwelle

6

Lager

7

Kalottenlager

8

Abtriebswelle

9

Lager

10

Wicklung

11

Kommutator

12

Mitnehmer

13

Mitnahmeglocke

14

Anlenkpunkte

15

Permanentmagnet

16

Permanentmagnet

17

Polgehäuse

18

Keilsegment

19

Ankerpaket (

8

-nutig)

20

Getriebegehäuse

21

selbsthemmende Verbindung

22

Ausnehmung

23

Rotationsachse Ankerwelle

24

Rückstellmomente M_R

25

Antriebsmoment M_A

26

gestreckte Mitnehmerlage

27

gelöste Mitnehmerlage

28

aufgehobene selbsthemmende Verbindung

Claims

1. Vorrichtung zur Unterstützung der Selbsthemmung eines Verstellmotors (1) mit einer antriebsseitigen Ankerwelle (5), und die abtriebsseitig mit einer Abtriebswelle (8) eines Getriebes zusammenarbeitet und das Motorgehäuse (2) des Verstellmotors (1) mit dem Getriebegehäuse (20) des Getriebes verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß an der Ankerwelle (5) des Verstellmotors (1) Mitnehmer (12) gelenkig gelagert sind, mit denen eine selbsthemmende Verbindung (21) mit dem Getriebegehäuse (20) herstellbar und wieder lösbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitnehmer (12) antriebsseitig in Anlenkpunkten (14) der Ankerwelle (5) gelagert sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitnehmer (12) abtriebsseitig in einer Mitnahmeglocke (13) der Abtriebswelle (8) gelagert sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitnehmer (12) durch einen Zwischenpermanentmagneten (15, 16) und Ankerpaketen (19) wirkendes Rückstellmoment (24) in eine gestreckte Mitnehmerlage (26) gebracht werden.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der gesteckten Mitnehmerlage (26) zwischen Mitnehmern (12) und Getriebe gehäuse (20) eine formschlüssige selbsthemmende Verbindung (21) besteht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der gestreckten Mitnehmerlage (26) zwischen Mitnehmer (12) und Getriebe gehäuse (20) eine reibschlüssige selbsthemmende Verbindung (21) besteht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der gestreckten Mitnehmerlage (26) zwischen Mitnehmer (12) und Getriebe gehäuse (20) eine kraftschlüssige selbsthemmende Verbindung (21) besteht.

8. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitnehmer (12) in Ausnehmungen (22) am Umfang der Mitnahmeglocke (13) geführt sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitnahmeglocke (13) mit der Abtriebswelle (8) starr verbunden ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitnehmer (12) beim Bestromen des Verstellmotors (1) und Verdrehung der Ankerwelle (5) um 360°/Anzahl Ankersegmente die selbsthemmende Verbindung (21) unterbrechen und das Antriebsmoment (25) über die Mitnahmeglocke (13) auf die Abtriebswelle (8) übertragen.

11. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Ankerwelle (5) mindestens zwei Mitnehmer (12) gelenkig gelagert sind.