DE10133322A1 - Verstellvorrichtung für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verstellvorrichtung (80) für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer, die Federelemente (9, 10) zur Kraftübertragung zwischen einer Stelleinheit (12) und einer bewegbaren Blende (11) aufweist. Eines der Federelemente (9, 10) nimmt nach Erreichen eines Endanschlags (3, 4) die Stellarbeit der noch aktivierten Stelleinheit (12) auf und verhindert somit eine Überlastung der Stelleinheit (12).

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verstellvorrichtung für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer, mit einer Stelleinheit zur Bewegung eines Objekts, insbesondere einer Blende oder eines Reflektors, des Kraftfahrzeugscheinwerfers, längs eines Stellwegs, mit Mitteln zur Kraftübertragung zwischen der Stelleinheit und dem Objekt und mit mindestens einem Anschlag zur Begrenzung des Stellwegs des Objekts.
• Ferner betrifft die vorliegende Erfindung einen Kraftfahrzeugscheinwerfer mit einer Verstellvorrichtung des vorstehend genannten Typs.
• Stand der Technik
• Solche Verstellvorrichtungen werden insbesondere bei Kraftfahrzeugscheinwerfern mit Gasentladungslampen eingesetzt, bei denen eine Umschaltung zwischen verschiedenen Leuchtfunktionen wie z. B. Abblend- und Schlechtwetterlicht (Regenlicht) mit nur einer Lichtquelle zu realisieren ist. Bei sog. Poly-Ellipsoid-System (PES)-Scheinwerfern schattet eine in den Strahlengang hinein- bzw. aus diesem herausbewegbare Blende die Lichtquelle entsprechend ab. Durch eine Projektion der Oberkante der Blende auf die Fahrbahn wird eine Hell- Dunkel-Grenze beim Abblendlicht erzeugt.
• Weitere Anwendungsmöglichkeiten für eine Verstellvorrichtung der eingangs genannten Art finden sich in einem System zur Regelung der Leuchtweite eines Kraftfahrzeugscheinwerfers, wobei die Verstellvorrichtung einen Reflektor des Scheinwerfers um eine horizontale Achse verschwenkt.
• Schließlich kann eine Verstellvorrichtung der eingangs genannten Art auch für Kurvenlicht eingesetzt werden, wobei ein Reflektor eines Kraftfahrzeugscheinwerfers in Abhängigkeit von dem Radius einer durchfahrenen Kurve um eine vertikale Achse verschwenkt wird.
• In den folgenden Ausführungen wird der Übersichtlichkeit halber nur noch die Verstellung einer Blende betrachtet.
• Um innerhalb einer vorgegebenen Leuchtfunktion eine falsche Lichtverteilung zu vermeiden, die u. a. eine Blendung des Gegenverkehrs bewirken könnte, müssen die verschiedenen Positionen der Blende im Kraftfahrzeugscheinwerfer sehr genau von der Stelleinheit eingestellt werden können. Darüber hinaus muss die Blende auch bei Vibrationen im Fahrbetrieb sicher in der eingestellten Position verbleiben.
• Für diese Zwecke weist die Verstellvorrichtung einen Anschlag auf, an den die Blende heranbewegt werden kann, d. h. der Stellweg der Blende ist durch einen Anschlag begrenzt. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die Blende bei Erreichen des Anschlags eine genau definierte Position einnimmt.
• Bei dem Heranbewegen der Blende an den Anschlag ergibt sich das Problem, die Stelleinheit genau zu dem Zeitpunkt zu deaktivieren, zu dem die Blende den Anschlag erreicht. Ansonsten kann es vorkommen, dass der Anschlag überfahren wird, d. h. dass die Stelleinheit versucht, die bereits am Anschlag anliegende Blende trotz des erheblichen mechanischen Widerstands weiter in Richtung Anschlag zu bewegen.
• Die dabei auftretenden Kräfte belasten die Mechanik der Verstellvorrichtung und tragen z. B. durch eine Verschiebung der Position des Anschlags relativ zu anderen Elementen des Kraftfahrzeugscheinwerfers erheblich zum Verschleiß des Systems bei, der sich in einer Verschlechterung der Positioniergenauigkeit niederschlägt. Außerdem treten unerwünschte Betriebsgeräusche auf. Durch eine Überbeanspruchung der Stelleinheit kann es auch zu einem Defekt der Stelleinheit kommen.
• Um diese Probleme zu vermeiden, finden sich im Stand der Technik einige Vorschläge.
• Ein sehr aufwendiger Vorschlag basiert auf einer Regelung der Blendenposition bzw. der gesamten Verstellvorrichtung mit Hilfe eines elektronischen Steuergeräts, die neben dem Steuergerät mindestens einen zusätzlichen Sensor zur Erfassung der Blendenposition erforderlich macht.
• Weniger aufwendige Systeme sehen eine fest eingestellte, zuvor berechnete Ansteuerzeit der Stelleinheit vor, die auf der Länge des Stellwegs und der Stellgeschwindigkeit basiert. Durch die reine Steuerung der Blendenposition in diesen Systemen kann es aufgrund von Maßabweichungen der verwendeten Bauteile oder aufgrund einer verschleiß-/temperaturbedingten Verkürzung des erforderlichen Stellwegs zum Überfahren des Anschlags kommen.
• Aufgabe und Vorteile der Erfindung
• Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verstellvorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass mit einfachen Mitteln die Positioniergenauigkeit gesteigert und die Einbaugröße verringert wird und damit ein Kraftfahrzeugscheinwerfer mit einem hochgenau positionierbaren Objekt und einem besonders kleinen Einbauvolumen bereitgestellt werden kann.
• Ausgehend von einer Verstellvorrichtung der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst, indem die Mittel zur Kraftübertragung mindestens ein Federelement umfassen, das eine von der Stelleinheit nach Erreichen mindestens eines der Anschläge weiterhin in Bewegungsrichtung verrichtete Stellarbeit durch elastische Verformung aufnimmt.
• Eine von der Stelleinheit bereitgestellte Antriebskraft wird bei der vorliegenden Erfindung mit einem Federelement auf das Objekt, insbesondere auf die Blende oder den Reflektor, übertragen. Dadurch kann die Stelleinheit für eine gewisse Zeitdauer auch noch aktiviert bleiben, nachdem die Blende den Anschlag erreicht hat, ohne dass ein Überfahren des Anschlags eintritt. Dabei wird das Federelement durch die Stellarbeit der Stelleinheit elastisch verformt, sobald die Blende den Anschlag erreicht hat. Eine weitere Bewegung der Blende in Richtung der Antriebskraft erfolgt aufgrund des Anschlags nicht.
• Die beim Verformen des Federelements auftretenden Kräfte hängen von der Federcharakteristik und dem Stellweg ab und sind deutlich kleiner als die Kraft, die sich beim Überfahren eines Anschlags einstellt.
• Eine Regelung der Blendenposition ist nicht erforderlich, da die Blende allein durch hinreichend langes Aktivieren der Stelleinheit sicher an den Anschlag bewegt werden kann. Die erforderliche Ansteuerzeit ergibt sich aus der empirisch oder auch rechnerisch ermittelten Ansteuerzeit unter Normalbedingungen zuzüglich einer Zeitreserve, die zur Berücksichtigung von Toleranzen mit einbezogen werden muss.
• Beispielsweise ist diese Zeitreserve bei einer als Elektromotor ausgeführten Stelleinheit so groß zu bemessen, dass auch bei niedriger Batteriespannung und infolgedessen geringerer Stellgeschwindigkeit ein Erreichen des Anschlags innerhalb der Ansteuerzeit gewährleistet ist.
• Die Verwendung eines Federelements macht darüber hinaus eine Justage der Endlage der Verstellvorrichtung überflüssig. Es ist nur die korrekte Position der Anschläge sicherzustellen; Bauteiltoleranzen, die die Geometrie der Vorrichtung beeinflussen, werden durch die Verformung des Federelements beim Heranbewegen an einen Anschlag ausgeglichen.
• Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht einen zweiten Anschlag zur Begrenzung des Stellwegs des Objekts in einer zweiten Richtung und ein zweites Federelement vor. Dabei nimmt mindestens eines der Federelemente eine von der Stelleinheit in eine von zwei Bewegungsrichtungen nach Erreichen eines der beiden Anschläge weiterhin verrichtete Stellarbeit auf. Die Blende kann sich zwischen den beiden Anschlägen hin- und herbewegen. Die Positionen der Anschläge entsprechen beispielsweise einer Fernlichtstellung und einer Abblendlichtstellung des Kraftfahrzeugscheinwerfers.
• Das Federelement ist vorzugsweise als eine Druck- oder als eine Zugfeder ausgebildet.
• Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung sieht ein einziges Federelement zur Aufnahme von Stellarbeit in eine der Richtungen nach Erreichen eines Anschlags vor. Damit das Federelement Stellarbeit aufnehmen kann, die sowohl in eine erste als auch in eine zweite Bewegungsrichtung verrichtet wird, ist es vorteilhafterweise als Spiralfeder ausgeführt. Dadurch sinken die Materialkosten und auch der Montageaufwand für die Verstellvorrichtung.
• Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Federelement als eine Drehfeder oder als eine Drehstabfeder ausgebildet ist. Die Drehstabfeder kann in eine bereits vorhandene Welle integriert werden und ermöglicht entsprechend geringe Einbaumaße der Verstellvorrichtung bzw. des Kraftfahrzeugscheinwerfers.
• Wie bereits erwähnt, ist es möglich, Elektromotoren als Stelleinheit zu verwenden. Wegen der einfachen Steuerung sind vorzugsweise Gleichstrom- oder Wechselstrommotoren zu verwenden. Prinzipiell ist auch der Einsatz von Schrittmotoren möglich.
• Es ist auch denkbar, dass die Stelleinheit einen Hubmagnet oder einen piezoelektrischen Aktor umfasst.
• Als eine weitere Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird ein Kraftfahrzeugscheinwerfer der eingangs genannten Art vorgeschlagen, der eine erfindungsgemäße Verstellvorrichtung aufweist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung
• Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung. Es zeigen:
• Fig. 1 schematisch eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung,
• Fig. 2a eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform in einer ersten Arbeitsposition,
• Fig. 2b einen teilweisen Querschnitt der zweiten Ausführungsform in der ersten Arbeitsposition,
• Fig. 2c eine Seitenansicht der zweiten Ausführungsform in einer zweiten Arbeitsposition,
• Fig. 3a eine Seitenansicht einer dritten Ausführungsform der Erfindung in einer ersten Arbeitsposition, und
• Fig. 3b eine Seitenansicht der dritten Ausführungsform in einer zweiten Arbeitsposition.
• In Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung 80 abgebildet.
• Die Verstellvorrichtung 80 dient zur Umschaltung zwischen den zwei Leuchtfunktionen Abblendlicht und Fernlicht eines Kraftfahrzeugscheinwerfers und beinhaltet einen Elektromotor 12, der über Mittel 22 zur Kraftübertragung mit einer Blende 11 des Kraftfahrzeugscheinwerfers verbunden ist. Die Mittel 22 zur Kraftübertragung beinhalten Federelemente 9, 10.
• Ebenfalls in Fig. 1 dargestellt ist ein Stellweg 20, längs dessen die Blende 11 des Kraftfahrzeugscheinwerfers in einer ersteh Richtung A, und entgegengesetzt dazu in einer zweiten Richtung B, beweglich ist.
• Der Stellweg 20 ist von einem ersten Anschlag 3 in Richtung A und von einem zweiten Anschlag 4 in Richtung B begrenzt. Die Position des Anschlags 4 entspricht der Position der Blende 11 bei Abblendlicht, die des Anschlags 3 der Position der Blende 11 bei Fernlicht.
• Die Blende 11 wird von dem Elektromotor 12 angetrieben und längs des Stellwegs 20 bewegt. Dabei wird die Antriebskraft des Elektromotors 12 über die Mittel 22 zur Kraftübertragung und damit auch über die Federelemente 9, 10 auf die Blende 11 übertragen.
• Die als Druckfeder ausgebildeten Federelemente 9, 10 können von dem Elektromotor 12 verrichtete Stellarbeit aufnehmen, um ein Überfahren der Anschläge 3, 4 zu verhindern. Dazu verformt sich die Druckfeder 9 bzw. 10 elastisch, solange der Elektromotor 12 nach Erreichen des Anschlags 3 bzw. 4 weiter angesteuert bleibt.
• Auf diese Weise bedarf es keiner exakt bestimmten Ansteuerzeit des Elektromotors 12 oder sogar einer Erfassung der Blendenposition, um die Blende 11 in eine durch einen Anschlag genau definierte Position zu bringen, ohne diesen zu überfahren. Es reicht aus, eine Zeitreserve in die Ansteuerzeit mit einzubeziehen, die genügend groß ist, dass die Blende 11 z. B. auch bei niedriger Batteriespannung sicher von einem Anschlag zu dem anderen Anschlag bewegt werden kann.
• Dazu kann die Ansteuerzeit beispielsweise so gewählt werden, dass sie etwa 105% bis 110% der Ansteuerzeit unter Standardbedingungen zur Bewegung über den gesamten Stellweg 20 beträgt. Diese für Standardbedingungen überhöhte Ansteuerzeit bildet die angesprochene Zeitreserve zur Überbrückung eines verschleiß- bzw. störungsbedingt verlängerten Stellwegs.
• Eine zweite Ausführungsform der Erfindung ist in den Fig. 2a, 2b und 2c dargestellt. Die Fig. 2a und 2b zeigen eine erfindungsgemäße Verstellvorrichtung mit einer in Fernlichtposition 3 befindlichen Blende 11, während die Verstellvorrichtung in Fig. 2c mit einer in Abblendlichtposition 4 befindlichen Blende 11 dargestellt ist. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
• In Fig. 2a ist ein Elektromotor 12 abgebildet, der eine Antriebsachse 1 antreibt. Ein auf der Antriebsachse 1angeordnetes Schneckenrad 2 wirkt auf eine gezahnte Umlenkrolle 5, die drehbar auf einer Welle 7 gelagert ist. Die Drehachse der Welle 7 steht senkrecht auf der Zeichenebene der Fig. 2a.
• An einer Stirnfläche der Umlenkrolle 5 ist ein zylindrischer Mitnehmer 6 befestigt, dessen Längsachse parallel zur Drehachse der Welle 7 verläuft.
• Der Mitnehmer 6 wirkt auf vorgespannte Druckfedern 9, 10, die ihrerseits auf einen Mitnehmerstift 8 eines Wellenflansches 14 wirken, der fest mit der Welle 7 verbunden ist. Die Blende 11 ist ebenfalls fest mit der Welle 7 verbunden.
• Im folgenden wird ein Verstellvorgang der Blende 11 aus der Schlechtwetterlichtposition (Regenlichtposition) 3 in die Abblendlichtposition 4 betrachtet.
• In der Schlechtwetterlichtposition (Regenlichtposition) 3 liegt die Blende 11 an einem Anschlag 3 an. Zum Verstellen der Blende wird der Elektromotor 12 angesteuert, der das Schneckenrad 2 über die Antriebswelle 1 antreibt. Das Schneckenrad 2 versetzt die gezahnte Umlenkrolle 5 in Rotation, wobei die Drehrichtung durch den in Fig. 2a gezeigten Pfeil angegeben ist.
• Der Mitnehmer 6 übt eine Antriebskraft auf die Druckfeder 10 aus, so dass mindestens ein Teil der Antriebskraft über die Druckfeder 10 auf den Mitnehmerstift 8 wirkt, der die Welle 7 über den Wellenflansch 14 in Rotation versetzt.
• Die sich drehende Welle 7 bewirkt eine Schwenkbewegung der an ihr befestigten Blende 11. Sobald die Blende 11 einen der Abblendlichtposition 4 entsprechenden Anschlag 4 erreicht hat, bewegt sich die aus Blende 11, Welle 7, Wellenflansch 14 und Mitnehmerstift 8 gebildete Einheit nicht mehr weiter.
• Falls der Elektromotor 12 weiterhin angesteuert wird, bewegt sich der Mitnehmer 6 weiter in Drehrichtung und verformt die Druckfeder 10 elastisch. Dieser Zustand ist in Fig. 2c dargestellt.
• Die Rückbewegung der Blende 11 in die Schlechtwetterlichtposition (Regenlichtposition) am Anschlag 3 erfolgt nach dem selben Prinzip, die Kraftwirkung des Mitnehmers 6 erfolgt dann aber auf die Druckfeder 9, die den Mitnehmerstift 8 des Wellenflansches 14 antreibt. Ebenso wird in diesem Fall die Druckfeder 9 gespannt und damit Stellarbeit aufnehmen, falls der Elektromotor 12 nach Erreichen des Anschlages 3 weiterhin aktiviert bleibt.
• Die dritte Ausführungsform weist statt zwei Druckfedern nur ein als Drehfeder ausgebildetes Federelement 15 auf, das zwei in radialer Richtung abgebogene Enden besitzt, in die der Mitnehmer 6 der gezahnten Umlenkrolle 5 sowie der Mitnehmerstift 8 des Wellenflansches 14 eingreifen können.
• Die je nach Drehrichtung wechselweise von den Druckfedern 9, 10 des zweiten Ausführungsbeispiels übernommene Funktion der Kraftübertragung wird in der dritten Ausführungsform allein von der Drehfeder 15 realisiert.
• Auch eine nach Erreichen eines Anschlags weiterhin von dem Elektromotor 12 verrichtete Stellarbeit kann von der Drehfeder 15 aufgenommen werden. Dies wird in Fig. 3b durch den Winkel 16 angedeutet, der nur bei nicht gespannter Drehfeder 15 einen Wert von Null annimmt.
• In Fig. 3b ist zu erkennen, dass der Mitnehmer 6 der Umlenkrolle 5 die Drehfeder 15 um den Winkel 16 spannt, wobei eine Krafteinwirkung des Mitnehmers 6 auf eines der in radialer Richtung abgebogenen Enden der Drehfeder 15 stattfindet.
• Es ist denkbar, die Drehfeder 15 als Drehstabfeder auszuführen und in die Welle 7 zu integrieren, um die Montage zu erleichtern und gleichzeitig Einbauraum zu sparen. Ebenso ist es möglich, mehrere Federn mit unterschiedlicher Charakteristik zu kombinieren.

Claims (10)

1. Verstellvorrichtung (80) für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer, mit einer Stelleinheit (12) zur Bewegung eines Objekts (11), insbesondere einer Blende oder eines Reflektors, des Kraftfahrzeugscheinwerfers, längs eines Stellwegs (20), mit Mitteln (22) zur Kraftübertragung zwischen der Stelleinheit (12) und dem Objekt (11) und mit mindestens einem Anschlag (3) zur Begrenzung des Stellwegs (20) des Objekts (11), dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (22) zur Kraftübertragung mindestens ein Federelement (9) umfassen, das eine von der Stelleinheit (12) nach Erreichen mindestens eines der Anschläge (3, 4) weiterhin in Bewegungsrichtung verrichtete Stellarbeit durch elastische Verformung aufnimmt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Anschlag (4) zur Begrenzung des Stellwegs (20) des Objekts (11) in einer zweiten Richtung (B) vorgesehen ist, und dass ein zweites Federelement (10) vorgesehen ist, wobei mindestens eines der Federelemente (9, 10) eine von der Stelleinheit (12) nach Erreichen eines der Anschläge (3, 4) weiterhin in eine der Richtungen (A, B) verrichtete Stellarbeit aufnimmt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein einziges Federelement (15) vorgesehen ist, das eine von der Stelleinheit (12) nach Erreichen eines der Anschläge (3, 4) weiterhin in eine der Richtungen (A, B) verrichtete Stellarbeit aufnimmt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (9, 10) als eine Druck- oder Zugfeder ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (15) als Spiralfeder ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (15) als Drehfeder oder Drehstabfeder ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinheit (12) einen Elektromotor, insbesondere einen Gleichstrom- oder Wechselstrommotor umfasst.

8. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinheit (12) einen Elektromagnet, insbesondere einen Hubmagnet umfasst.

9. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinheit (12) einen piezoelektrischen Aktor umfasst.

10. Kraftfahrzeugscheinwerfer mit einer Verstellvorrichtung (80) zur Bewegung eines Objekts (11), insbesondere einer Blende oder eines Reflektors des Kraftfahrzeugscheinwerfers, mit Hilfe einer Stelleinheit (12) längs eines Stellwegs (20), mit Mitteln (22) zur Kraftübertragung zwischen der Stelleinheit (12) und dem Objekt (11) und mit mindestens einem Anschlag (3) zur Begrenzung des Stellwegs (20) des Objekts (11), dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellvorrichtung (80) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet ist.