DE102005010212B4 - Stelleinrichtung - Google Patents
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Abstract
Stelleinrichtung
für in
Kraftfahrzeugen angeordnete Stellglieder, insbesondere Klappen,
wie Drall-, Drossel- oder Abgasklappen, mit
einem Stellmotor (10) zur Betätigung des Stellgliedes,
einer von dem Stellmotor (10) angetriebenen und mit dem Stellglied verbindbaren Abtriebswelle, die um eine Drehachse drehbar ist,
einem in einem Abstand zur Drehachse und mit der Abtriebswelle verbundenen ersten Magneten (28) zur Erzeugung eines Magnetfeldes (36) und
einem ortsfest angeordneten Magnetfeldsensor (32) zur Positionserfassung der Abtriebswelle durch Detektion des Magnetfeldes (36),
dadurch gekennzeichnet, dass
neben dem ersten Magneten (28) ein gleichpolig ausgerichteter Zusatzmagnet (29) mit einem sich mit dem vom ersten Magnet (28) erzeugten Magnetfeld (36) überlagernden Magnetfeld (38) vorgesehen ist.
einem Stellmotor (10) zur Betätigung des Stellgliedes,
einer von dem Stellmotor (10) angetriebenen und mit dem Stellglied verbindbaren Abtriebswelle, die um eine Drehachse drehbar ist,
einem in einem Abstand zur Drehachse und mit der Abtriebswelle verbundenen ersten Magneten (28) zur Erzeugung eines Magnetfeldes (36) und
einem ortsfest angeordneten Magnetfeldsensor (32) zur Positionserfassung der Abtriebswelle durch Detektion des Magnetfeldes (36),
dadurch gekennzeichnet, dass
neben dem ersten Magneten (28) ein gleichpolig ausgerichteter Zusatzmagnet (29) mit einem sich mit dem vom ersten Magnet (28) erzeugten Magnetfeld (36) überlagernden Magnetfeld (38) vorgesehen ist.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Stelleinrichtung für in Kraftfahrzeugen angeordnete Stellglieder, insbesondere Klappen. Bei den Klappen handelt es sich beispielsweise um Drosselklappen, Drallklappen, Abgasklappen oder Tumbleklappen.
- Zum Stellen von Klappen sind die Klappen mit einer Stelleinrichtung verbunden. Die Stelleinrichtung weist eine Antriebseinrichtung, beispielsweise einen Elektromotor, auf, mit dem die Stellglieder betätigt werden. Der Stellmotor treibt üblicherweise über ein zwischengeschaltetes Getriebe eine Abtriebswelle an. Die Abtriebswelle ist unmittelbar oder mittelbar mit der Klappe verbunden. Mit Hilfe der Stelleinrichtung kann somit ein Verschwenken der Klappe in unterschiedliche Stellungen, insbesondere Endstellungen, erfolgen. In den Endstellungen, wie einer geschlossenen Stellung und einer geöffneten Stellung, sind Endanschläge vorgesehen. Damit die betätigte Klappe bzw. die mit der Klappe verbundenen Elemente nicht beschädigt werden, wenn sie an einen Anschlag anschlagen, ist es erforderlich, dass die Stelleinrichtung die Endstellungen detektieren kann. Hierzu ist es bekannt, mit der Abtriebswelle einen Magneten zu verbinden, der ein Magnetfeld erzeugt, das mit Hilfe eines ortsfest angeordneten Magnetfelddetektor, wie einem Hall-Sensor, detektiert wird. Der Magnet ist hierzu derart mit der Abtriebswelle verbunden, dass der Hall-Sensor das Magnetfeld detektiert, bevor die Klappe gegen den Endanschlag stoßen kann. Hierbei ist der Hall-Sensor beispielsweise auf einem Schaltwert von 20 mT eingestellt, so dass ab einer Detektion von 20 mT vom Hall-Sensor ein Schaltsignal erzeugt und an eine Schalteinrichtung oder unmittelbar an den Elektromotor abgegeben wird.
- Ferner ist es aus
DE 103 21 653 B3 bekannt, je Endstellung einen Stiftmagnet vorzusehen. Die Stiftmagnete sind bezogen auf den Hall-Sensor in unterschiedlicher Polarisierung angeordnet. Hierbei erzeugt eine Polarisierung ein High-Signal und die andere ein Low-Signal in dem Hall-Sensor. Hierdurch ist es mit Hilfe einer Logikeinrichtung möglich, die nach Erreichen einer Endstellung zukünftige Drehrichtung festzulegen. - Nachteilig bei derartigen Stelleinrichtungen ist, dass in der Mechanik große Toleranzen vorhanden sind. Dies ist insbesondere bei Bauteilen aus Kunststoff der Fall, die zudem eine relativ große Elastizität aufweisen. Es ist insofern möglich, dass das Stellglied bzw. die Abtriebswelle nach Erreichen des Schaltwerts um einen Winkel weitergedreht wird, bei dem das Magnetfeld des Stiftmagneten wieder unter den Schaltwert abgesunken ist. Dies ist beim High-Signal eines Hall-Sensors nachteilig, da bei Unterbrechung der Versorgungsspannung des Hall-Sensors die Information verloren geht. Da in diesem Fall ein Magnetfeld oberhalb des Schaltwertes von dem Hall-Sensor bei Wiederanliegen der Versorgungsspannung nicht detektiert wird, besteht die Gefahr, dass dieser Zustand fälschlicherweise der anderen Endstellung (Low-Signal) oder einer Zwischenstellung der Abtriebswelle zugeordnet wird. Dies führt zu fehlerhaften Steuerbefehlen eines Stellmotors, wodurch der ordnungsgemäße Betrieb der Stellglieder erschwert wird und ggf. eine Beschädigung der Stelleinrichtung, beispielsweise durch Drehen in die falsche Richtung, auftritt.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Stelleinrichtung zu schaffen, deren insbesondere durch Unterbrechen der Spannungsversorgung hervorgerufene Fehleranfälligkeit reduziert ist.
- Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1.
- Erfindungsgemäß ist in einem Abstand zur Drehachse der Abtriebswelle neben dem ersten Magneten ein gleichpolig ausgerichteter Zusatzmagnet angeordnet. Der erste Magnet und der Zusatzmagnet sind erfindungsgemäß derart angeordnet, dass sich die magnetischen Felder überlagern und ergänzen, so dass über einen größeren Bereich, insbesondere einen größeren Winkelbereich der Abtriebswelle, durch einen Magnetfeldsensor, insbesondere einen Hall-Sensor, ein Magnetfeld detektiert werden kann. Hierdurch ist es nach einer Unterbrechung der Versorgungsspannung des Magnetfeldsensors möglich, die Endstellung zuverlässig zu bestimmen, obwohl sich die Abtriebswelle, beispielsweise auf Grund von Toleranzen etc., in einer Stellung befindet, in der bei bekannten Stelleinrichtungen das Magnetfeld bereits wieder unter den Schaltwert abgesunken wäre.
- Vorzugsweise sind der Magnet und der Zusatzmagnet in einem derartigen Abstand zueinander angeordnet, dass die Magnetfeldstärke zwischen den beiden Magneten stets oberhalb des Schaltwertes liegt. Hierdurch ist die Endstellung des Stellgliedes stets zuverlässig detektierbar.
- Erfindungsgemäß ist es vorzugsweise ausreichend, an der mit einem High-Signal des Magnetfeldsensors detektierten Endstellung einen Zusatzmagneten vorzusehen, da das Low-Signal nicht verloren gehen kann.
- Vorzugsweise sind die nebeneinander angeordneten Magneten auf einer Kreisbahn angeordnet. Der Abstand der Magneten zueinander, d. h. die vom Mittelpunkt radial zu den jeweiligen Magneten verlaufenden Mittelpunktlinien weisen zueinander insbesondere einen Winkel von 5°–15°, vorzugsweise von 8°–12° auf. Vorzugsweise sind die nebeneinander angeordneten Magneten derart angeordnet, dass die überlagerten Magnetfelder in einem Winkelbereich von über 20°, insbesondere über 30°, vorzugsweise über 35° oberhalb des Schaltwertes liegen.
- Nachfolgend wird die Erfindung an Hand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert.
- Es zeigen:
-
1 eine schematische Explosionsansicht einer Stelleinrichtung, -
2 eine schematische Seitenansicht eines in1 dargestellten Zahnrades, -
3 ein schematisches Diagramm des Verlaufs des überlagerten Magnetfeldes des ersten Magneten und des Zusatzmagneten und -
4 ein schematisches Diagramm des Verlaufs des Magnetfelds bei Vorsehen eines einzigen Magneten nach dem Stand der Technik. - Die erfindungsgemäße Stelleinrichtung weist einen Elektromotor
10 auf, der eine Antriebswelle12 antreibt. Auf der Antriebswelle12 ist ein Schneckenrad14 mit Hilfe von Halteelementen16 angeordnet. Das Schneckenrad14 greift in ein Zahnrad18 ein, das in einer Gehäusehälfte20 drehbar gehalten und mit einer nicht dargestellten Abtriebswelle fest verbunden ist. Die Abtriebswelle ragt durch eine Öffnung22 aus der Gehäusehälfte20 heraus und ist in einer gegenüberliegenden Gehäusehälfte24 in einer zylindrischen Aufnahme26 . gelagert. - Zur Erfassung der Endstellung der Abtriebswelle, bzw. des mit dieser verbundenen Stellglieds, ist auf einem fest mit der Abtriebswelle verbundenen Zahnrad
18 ein erster Magnet28 und ein zweiter Magnet30 , beispielsweise in einem Winkel von α = 85° zueinander mit dem Zahnrad18 verbunden. Jeder Magnet28 ,30 dient zur Detektion einer Endstellung, wobei der erste Magnet28 ein High-Signal in einem ortsfesten Magnetfeldsensor32 und der zweite Magnet30 ein Low-Signal erzeugt. - Neben dem ersten Magnet
28 ist ein Zusatzmagnet29 vorgesehen, um das erzeugte Magnetfeld36 (3 ) des ersten Magneten28 mit einem zweiten Magnetfeld38 des Zusatzmagneten29 zu überlagern. Die Magneten28 ,29 weisen vorzugsweise im Wesentlichen die gleiche Feldstärke auf. Ferner sind die Magneten28 ,29 vorzugsweise als Stiftmagneten ausgebildet, die insbesondere einen Durchmesser von 2–3 mm aufweisen. Besonders bevorzugt sind die Magneten jeweils im Wesentlichen identisch ausgebildet. - Der zweite Magnet
30 , neben dem kein Zusatzmagnet angeordnet ist, erzeugt ein Magnetfeld, das ebenfalls von dem Magnetfeldsensor32 , bei dem es sich insbesondere um einen Hall-Sensor handelt, detektiert wird. Hierzu ist der Magnetfeldsensor32 zu den Magneten28 ,29 ,30 gegenüberliegend ortsfest angeordnet. Der Magnetfeldsensor32 ist auf einer Leiterplatte33 (1 ), die in der Gehäusehälfte20 gehalten ist, angeordnet. - Das Zahnrad
18 weist vorzugsweise Bohrungen auf, in welche die als Stiftmagneten ausgebildeten Magneten28 ,29 ,30 eingesetzt sind (2 ). Hierbei sind die Magneten28 ,29 ,30 auf einer Kreisbahn angeordnet und können mit ihrem Nordpol bzw. Südpol den Magnetfeldsensor32 bei einer Bewegung der Abtriebswelle überstreichen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist der erste Magnet28 und der Zusatzmagnet29 einen Abstand von 5° zueinander auf. - Der erste Magnet
28 und der Zusatzmagnet29 erzeugen sich überlagernde Magnetfelder36 ,38 . (3 ). Der Magnetfeldsensor32 hat beispielsweise eine Empfindlichkeit bzw. einen Schaltwert34 von 20 mT. Bei erreichen einer Winkelstellung von ca. 85° detektiert der Hallsensor32 im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Überschreiten des Schaltwertes34 im Punkt40 (3 ). Der Hall-Sensor32 gibt ein entsprechendes Signal an die Schalteinrichtung bzw. den Elektromotor ab. Auf Grund von Toleranzen und der Elastizität der Bauteile sowie auf Grund des Nachlaufs des Motors kann die Abtriebswelle beispielsweise eine Winkellage von 110° – kleiner 120° erreichen. - Gemäß dem Stand der Technik (
4 ) wäre die Stärke des Magnetfeldes in diesem Winkelbereich unterhalb des Schaltwertes34 . Durch einen einzelnen Stiftmagneten wird nach dem Stand der Technik ein Magnetfeld42 erzeugt. Auf Grund des Nachlaufens des Elektromotors und um Beschädigungen zu vermeiden, muss ebenfalls bei Erreichen einer Winkelstellung von ca. 85°, d. h. im Punkt40 (4 ) ein Signal von dem Hall-Sensor erzeugt werden. Das Magnetfeld42 liegt im Stand der Technik nur etwa für einen Winkelbereich von ca. 20–25° oberhalb des Schaltwertes34 . Erreicht somit die Antriebswelle auf Grund von Toleranzen, Elastizitäten etc. beispielsweise eine Winkellage von 110°, kann ein Hall-Sensor nach Unterbrechung der Versorgungsspannung die Endlage nicht mehr detektieren. - Durch den erfindungsgemäß vorgesehenen Zusatzmagneten ist dies vermieden. Somit ist auch nach Unterbrechung der Versorgungsspannung des Hall-Sensors eine eindeutige Bestimmung der entsprechenden Endlage sichergestellt.
Claims (11)
- Stelleinrichtung für in Kraftfahrzeugen angeordnete Stellglieder, insbesondere Klappen, wie Drall-, Drossel- oder Abgasklappen, mit einem Stellmotor (
10 ) zur Betätigung des Stellgliedes, einer von dem Stellmotor (10 ) angetriebenen und mit dem Stellglied verbindbaren Abtriebswelle, die um eine Drehachse drehbar ist, einem in einem Abstand zur Drehachse und mit der Abtriebswelle verbundenen ersten Magneten (28 ) zur Erzeugung eines Magnetfeldes (36 ) und einem ortsfest angeordneten Magnetfeldsensor (32 ) zur Positionserfassung der Abtriebswelle durch Detektion des Magnetfeldes (36 ), dadurch gekennzeichnet, dass neben dem ersten Magneten (28 ) ein gleichpolig ausgerichteter Zusatzmagnet (29 ) mit einem sich mit dem vom ersten Magnet (28 ) erzeugten Magnetfeld (36 ) überlagernden Magnetfeld (38 ) vorgesehen ist. - Stelleinrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand des Magneten (
28 ) und des Zusatzmagneten (29 ) derart gewählt ist, dass die Magnetfeldstärke zwischen den Magneten (28 ,29 ) stets oberhalb eines Schaltwertes (34 ) liegt. - Stelleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die nebeneinander angeordneten Magneten (
28 ,29 ) auf einer Kreisbahn angeordnet sind und vorzugsweise zueinander einen Winkel von 5°–15°, insbesondere von 8°–12° aufweisen. - Stelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass die Magneten (
28 ,29 ) im wesentlichen die gleiche Feldstärke aufweisen. - Stelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1–4, gekennzeichnet durch einen zweiten Magneten (
30 ) zur Erzeugung eines magnetischen Signals (44 ). - Stelleinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Magnet (
30 ) in einem Abstand von 80°–90° zu dem ersten Magneten (28 ) mit der Abtriebswelle verbunden ist. - Stelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass die Magneten (
28 ,29 ;30 ) als Stiftmagnete ausgebildet sind. - Stelleinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stiftmagnete (
28 ,29 ;30 ) einen Durchmesser von 2–3 mm aufweisen. - Stelleinrichtung nach einem der Ansprüche 2–8, dadurch gekennzeichnet, dass das oberhalb des Schaltwertes (
34 ) vorhandene Magnetfeld über einen Winkelbereich von über 20° vorhanden ist. - Stelleinrichtung nach einem der Ansprüche 2–8, dadurch gekennzeichnet, dass das oberhalb des Schaltwertes (
34 ) vorhandene Magnetfeld über einen Winkelbereich von über 30° vorhanden ist. - Stelleinrichtung nach einem der Ansprüche 2–8, dadurch gekennzeichnet, dass das oberhalb des Schaltwertes (
34 ) vorhandene Magnetfeld über einen Winkelbereich von über 35° vorhanden ist.
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2005
- 2005-03-05 DE DE102005010212A patent/DE102005010212B4/de not_active Expired - Fee Related
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