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Technisches
Gebiet
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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.
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DE 41 28 112 A1 hat eine Sperrvorrichtung zwischen
Motor und Getriebe eines Elektromotors zum Gegenstand. An einer
Getriebewelle sind mehrere Exzenterflächen ausgebildet, die Sperrglieder
in Umfangsrichtung bewegen. Die Sperrglieder werden dadurch an die
Innenfläche
eines die Getriebewelle umgebenden Sperringes gedrückt. Dessen
Außenumfangsfläche ist
eine federbelastete Sperrklinke zugeordnet, welche eine Drehung
des Sperringes in eine der Drehrichtungen des Antriebes verhindert.
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US
2,873,832 hat eine Sperrvorrichtung für eine Antriebswelle zum Gegenstand.
Ein durch Federelemente beaufschlagter pilzförmig ausgebildeter Stempel
wird über
die Federelemente gegen eine Innenverzahnung gedrückt. Der
Stempel umfaßt
verzahnte Abschnitte aufweisende Finger, die in die Innenverzahnung
eingreifen und dadurch eine Drehbewegung verhindern.
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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.
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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.
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Es wurde versucht, die Selbsthemmung
von Verstellmotoren dadurch zu verbessern, 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.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung
isr es eine Vorrichtung zur Unterstützung der Selbsthemmung von
Verstellmotoren zu schaffen. Die Aufgabe wird mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst.
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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.
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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.
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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 Permanentmagneten 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.
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Die sich zwischen den Kappen der
Mitnehmer und der Innenseite des Getriebegehäuses 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 Ankerwelle, 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
Getriebegehäuseinnenseite
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.
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An der Ankerwelle der Verstellmotors
lassen sich zwei einander gegenüberliegend
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 Aushebung 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.
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Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend
näher erläutert.
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Es zeigt:
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1 einen
Längsschnitt
durch Verstellmotor und Getriebe mit getrennten Antriebs-/Abtriebswellen.
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2 die
Ankerwelle mit gelenkig daran gelagerten Mitnehmern, die in eine
gestreckte, eine Selbsthemmung der Ankerwelle bewirkende Position gedreht
ist,
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3 und
die Aushebung der selbsthemmenden Verbindung bei Bestromen der Ankerwelle des
Verstellmotors.
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Ausführungsvarianten:
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1 zeigt
den Längsschnitt
durch Verstellmotor und Getriebe mit unterbrochener An-/Antriebswelle.
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Der Verstellmotor 1 umfaßt ein Motorgehäuse 2,
in welchem die als Antriebswelle 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/Getriebeeinheit. 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 dargestellten
Ausführungsbeispiel
sind zwei um 180° zueinander
versetzt angeordnete Mitnehmer 12 dargestellt, deren jeweilige
Köpfe an
der Innenseite des Getriebegehäuses 20 anliegen
und dort eine selbsthemmende Verbindung bewirken.
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Innerhalb des Motorgehäuses 2 des
Verstellmotors 1 sind die einander gegenüberliegenden
Permanentmagnete 15, 16 dargestellt, zwischen
denen die Wicklung 10 der Ankerwelle 15 zu erkennen
ist. Der Anker der Ankerwelle 5 ist im Ausführungsbeispiel
gemäß 1 als 8-nutiger Anker ausgebildet, dessen
einzelne Segmente jeweils mit einem Kommutator 11 verbunden
sind, der sich ebenfalls auf der Ankerwelle 5 befindet.
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Durch die Unterbrechung von Antriebs-
bzw. Ankerwelle 5 und Abtriebswelle 8 läßt sich
in diesem Bereich eine mechanisch wirkende Selbsthemmungsvorrichtung
einbauen, die ein unbeabsichtigtes Verstellen der durch den Verstellmotor 1 angefahrenen
Positionen wirksam verhindert.
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2 zeigt
die Antriebs- bzw. Ankerwelle mit gelenkig daran gelagerten Mitnehmern,
die in eine gestreckte, eine Selbsthemmung der Ankerwelle bewirkende
Position gestellt sind.
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Im Polgehäuse 17 bzw. Verstellmotorgehäuse 2 des
Verstellmotors 1 sind einander gegenüberliegende Permanentmagnete 15 bzw. 16 untergebracht.
Zwischen diesen ist im Ausführungsbeispiel gemäß 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 2 nur sechs dargestellt,
zwei einander gegenüberliegende
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 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 Ausführungsbeispiel
mit gezahnten Umfangsflächen
versehen – eine
selbsthemmende Verbindung 21 erzeugend –. Anstelle des in 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.
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Besteht wie in 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 2 geht hervor, daß die um
ihre Rotationsachse 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.
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3 zeigt
die Aufhebung der selbsthemmenden Verbindung beim Bestromen der
Ankerwelle des Verstellmotors.
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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 selbsthemmenden
Verbindung 28 durch ein Zurückfahren
der Mitnehmer 12 in die Ausnehmungen 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 erfindungsgemäßen Vorrichtung
ohne Reibungsverluste auf die Abtriebswelle 8 übertragen.
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Wird der Verstellmotor 1 abgeschaltet,
und die Ankerwelle 5 kommt zum Stillstand, tritt der in 2 dargestellte Zustand ein,
das Rückstellmoment
der Permanentmagnete 15, 16 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.
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- 1
- Verstellmotor
- 2
- Motorgehäuse
- 3
- Antriebsseite
- 4
- Antriebsseite
- 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
MR
- 25
- Antriebsmoment
MA
- 26
- gestreckte
Mitnehmerlage
- 27
- gelöste Mitnehmerlage
- 28
- aufgehobene
selbsthemmende
-
- Verbindung