DE102006033982B4

DE102006033982B4 - Spindelantrieb

Info

Publication number: DE102006033982B4
Application number: DE102006033982A
Authority: DE
Inventors: Timo Frieb-Preis; Michael Kleinmann
Original assignee: Stabilus GmbH
Current assignee: Stabilus GmbH
Priority date: 2006-07-22
Filing date: 2006-07-22
Publication date: 2009-03-05
Anticipated expiration: 2026-07-23
Also published as: US20090011894A1; US8430446B2; DE102006033982A1

Abstract

Spindelantrieb für ein bewegbares Bauteil, insbesondere für ein um eine Schwenkachse schwenkbares Bauteil, mit einer von einem reversierbaren Antrieb um ihre Spindelachse drehbar antreibbaren Gewindespindel, auf der eine verdrehgesicherte Spindelmutter angeordnet ist, durch die ein mit dem Bauteil verbundenes Übertragungselement axial zur Spindelachse bewegbar antreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindelmutter (2) mit dem Übertragungselement (9) durch eine Kopplungseinrichtung koppelbar und entkoppelbar ist und daß durch einen Mutterpositionssensor die jeweilige axiale Position der Spindelmutter (2) auf der Gewindespindel (1) sowie durch einen Bauteilsensor die jeweilige axiale Position des Übertragungselements (9) zur Spindelachse (10) erfaßbar ist und entsprechende Signale vom Mutterpositionssensor und vom Bauteilsensor einer Steuereinheit (15) zuleitbar sind, wobei bei Vorliegen einer Plausibilität der Signale von Mutterpositionssensor und Bauteilsensor die Spindelmutter (2) mit dem Übertragungselement (9) durch die Kopplungseinrichtung koppelbar ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Spindelantrieb für ein bewegbares Bauteil, insbesondere für ein um eine Schwenkachse schwenkbares Bauteil, mit einer von einem reversierbaren Antrieb um ihre Spindelachse drehbar antreibbaren Gewindespindel, auf der eine verdrehgesicherte Spindelmutter angeordnet ist, durch die ein mit dem Bauteil verbundenes Übertragungselement axial zur Spindelachse bewegbar antreibbar ist.
Bei einem derartigen Spindelantrieb für eine automatisch betätigbare Fahrzeugtür, wie in der DE 103 13 440 A1 gezeigt, ist es bekannt die Gewindespindel über ein Getriebe und eine lösbare Kupplung von einem elektromotorischen Antrieb drehbar anzutreiben.
Durch einen Sensor ist eine manuelle Kraftbeaufschlagung der Fahrzeugtür erkennbar und ein entsprechendes Signal einer Steuerelektronik zuleitbar. Die Steuerelektronik steuert dann die Kupplung zum Entkoppeln des Antriebs von der Gewindespindel an, so daß die Fahrzeugtür leicht manuell bewegbar ist.
Dabei erfordert der Spindelantrieb durch eine Kupplung einen großen Bauraum. Weiterhin ist die Kupplung eine aufwendige und teure Komponente.
Aufgabe der Erfindung ist es daher einen Spindelantrieb der eingangs genannten Art zu schaffen, der ein Bewegen des bewegbaren Bauteils sowohl durch den Antrieb als auch leichtgängig manuell ermöglicht und der einen geringen Bauraum erfordert sowie einfach und kostengünstig aufgebaut ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Spindelmutter mit dem Übertragungselement durch eine Kopplungseinrichtung koppelbar und entkoppelbar ist und daß durch einen Mutterpositionssensor die jeweilige axiale Position der Spindelmutter auf der Gewindespindel sowie durch einen Bauteilsensor die jeweilige axiale Position des Übertragungselements zur Spindelachse erfaßbar ist und entsprechende Signale vom Mutterpositionssensor und vom Bauteilsensor einer Steuereinheit zuleitbar sind, wobei bei Vorliegen einer Plausibilität der Signale von Mutterpositionssensor und Bauteilsensor die Spindelmutter mit dem Übertragungselement durch die Kopplungseinrichtung koppelbar ist.
Bei mit dem Übertragungselement gekoppelter Spindelmutter erfolgt durch den Antrieb eine Bewegung des bewegbaren Bauteils.
Soll das Bauteil manuell bewegt werden, wird durch die Kopplungseinrichtung das Übertragungselement von der Spindelmutter entkoppelt, so daß das bewegbare Bauteil leichtgängig frei bewegt werden kann.
Da nach einer manuellen Bewegung des Bauteils das Übertragungselement sich in einer anderen Position befindet als die Spindelmutter, muß die Spindelmutter zunächst in die mit dem Übertragungselement übereinstimmende Position bewegt werden.
Dies erfolgt durch den die Gewindespindel antreibenden Antrieb, wobei durch die Steuereinheit die Signale von Mutterpositionssensor und Bauteilsensor permanent erfaßt und auf Plausibilität überprüft werden.
Bei Erreichen der übereinstimmenden Position von Übertragungselement und Spindelmutter steuert die Steuereinheit, die vorzugsweise eine elektronische Steuereinheit ist, die Kopplungseinrichtung zum Einkoppeln an, so daß Spindelmutter und Übertragungselement wieder miteinander verbunden sind.
Anstatt einer permanenten Erfassung der Signale von Mutterpositionssensor und Bauteilsensor kann auch nur eine Erfassung der Ausgangsposition von Spindelmutter und Übertragungselement erfolgen und aufgrund der durch die Steuereinheit daraus ermittelten Differenzpositionen ein Antrieb der Spindelmutter in die mit der Position des Übertragungselements übereinstimmende Position erfolgen.
Vorzugsweise ist der Antrieb ein elektromotorischer Antrieb, der auch an anderer Stelle angeordnet und z. B. über eine flexible Welle mit der Gewindespindel verbunden sein kann.
In einfacher und bauraumsparender Ausbildung kann die Spindelmutter einen radialen Mitnehmerarm aufweisen, der zwischen einer Einkoppelposition und einer Auskoppelposition um die Spindelachse schwenkbar antreibbar ist, wobei der Mitnehmerarm mit seinem freien Endbereich in der Einkoppelposition in eine Klaue des Übertragungselements dieses axial beaufschlagbar eingreift und in der Auskoppelposition außer Eingriff von der Klaue ist.
Besonders bauraumsparend ist es dabei, wenn Gewindespindel und Spindelmutter von einem axial feststehenden, schwenkbar gelagerten Führungsrohr koaxial umschlossen sind und der Mitnehmerarm einen Mitnehmeraxialschlitz in dem Führungsrohr durchragt, der eine zumindest dem axialen Verstellweg der Spindelmutter entsprechende Länge aufweist, wobei die Spindelmutter den Mitnehmerarm mitnehmend zwischen der Einkoppelposition und der Auskoppelposition schwenkbar antreibbar ist.
Dadurch wird ein bauraumsparender konzentrischer Aufbau ermöglicht.
Zum Schwenkantrieb des Führungsrohres kann mit dem Führungsrohr ein Zahnrad oder Zahnsegment koaxial verbunden sein, in das direkt oder über eine Getriebestufe ein Antriebsritzel eines reversierbaren Schwenkantriebs eingreift.
Eine andere Möglichkeit für den Schwenkantrieb des Führungsrohres besteht darin, daß das Führungsrohr eine zur Spindelachse geneigt sich erstreckende Nut aufweist, in die ein von einem reversierbaren Axialantrieb axial zur Spindelachse bewegbar antreibbarer Nutstein hineinragt.
Auch können der Schwenkantrieb oder der Axialantrieb ein elektromotorischer Schwenkantrieb oder elektromotorischer Axialantrieb sein.
Zur einfach ausgebildeten Betätigung des Bauteilsensors kann das Übertragungselement einen ersten Sensorarm aufweisen, der entlang einer sich axial zur Spindelachse erstreckenden ersten Sensorbahn des Bauteilsensors bewegbar ist.
Vorzugsweise ist dabei der Bauteilsensor ein Bauteilpositionspotentiometer.
Zur einfach ausgebildeten Betätigung des Mutterpositionssensors kann die Spindelmutter einen zweiten radialen Sensorarm aufweisen, der einen Axialsensorschlitz in dem Führungsrohr durchragt, welcher eine zumindest dem Verstellweg der Spindelmutter entsprechende Länge aufweist und der entlang einer sich axial zur Spindelachse erstreckenden zweiten Sensorbahn des Mutterpositionssensors bewegbar ist.
Vorzugsweise ist dabei der Mutterpositionssensor ein Mutterpositionspotentiometer.
Zur einfachen Betätigung des Mutterpositionssensors kann auf der zweiten Sensorbahn ein Schleifer axial bewegbar geführt sein, der eine weitere Klaue aufweist, in die der freie Endbereich des zweiten Sensorarms hineinragt.
Ist das bewegbare Bauteil ein schwenkbares Bauteil, so ist das Übertragungselement an dem schwenkbaren Bauteil in einem radialen Abstand zur Schwenkachse angelenkt.
Vorzugsweise ist das bewegbare Bauteil eine Tür oder eine Klappe eines Kraftfahrzeugs.
Das bewegbare Bauteil kann ein um eine Schwenkachse schwenkbares Bauteil, aber auch ein linear bewegbares Bauteil sein.
Weiterhin können das Führungsrohr oder die Gewindespindel über ein Getriebe drehbar antreibbar sein.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen
1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Spindelantriebs im Querschnitt
2 eine Stirnansicht des Spindelantriebs nach 1
3 ein zweites Ausführungsbeispiels eines Schwenkantriebs des Führungsrohres eines Spindelantriebs nach 1.
Der in den Figuren dargestellte Spindelantrieb weist eine um eine Spindelachse 10 drehbar gelagerte Gewindespindel 1 auf, die von einem nicht dargestellten reversierbaren Elektromotor drehbar antreibbar ist. Auf der Gewindespindel 1 ist eine Spindelmutter 2 angeordnet, die durch die sich drehende Gewindespindel 1 axial auf der Gewindespindel 1 bewegbar ist.
Die Gewindespindel 1 ist koaxial von einem Führungsrohr 3 umschlossen, das sich diametral gegenüberliegend einen Mitnehmeraxialschlitz 4 und einen Axialsensorschlitz 5 aufweist, die sich axial über eine etwa dem axialen Stellweg der Spindelmutter 2 entsprechende Länge erstrecken.
Die Spindelmutter 2 weist einen radialen Mitnehmerarm 6 auf, der durch den Mitnehmeraxialschlitz 4 hindurchragt und mit seinem freien Endbereich 7 in eine Klaue 8 eines Übertragungselements 9 eingreifen kann.
Das Übertragungselement 9 ist axial zur Spindelachse 10 bewegbar und mit einer nicht dargestellten, um eine Schwenkachse schwenkbaren Klappe eines Kraftfahrzeugs verbunden.
An der Klaue 8 ist weiterhin ein einen Schleifer eines Bauteilpositionspotentiometers 12 bildender erster Sensorarm 11 angeordnet, der mit der Klaue 8 entlang einer zur Spindelachse 10 parallelen ersten Sensorbahn 13 bewegbar ist.
Von dem ersten Sensorarm 11 führt eine elektrische Verbindung 14 zu einer elektronischen Steuereinheit 15 zum Zuleiten von einem der jeweiligen Position des Übertragungselements 9 entsprechenden Signal zur Steuereinheit 15.
Weiterhin weist die Spindelmutter 2 einen zweiten radialen Sensorarm 16 auf, der den axialen Sensorschlitz 5 durchragt und mit seinem freien Endbereich 17 in eine weitere Klaue 18 eines Schleifers 19 eines Mutterpositionspotentiometers 20 hineinragt.
Der Schleifer 19 ist auf einer zweiten Sensorbahn 21 parallel zur Spindelachse 10 bewegbar geführt. Von dem Schleifer 19 führt eine weitere elektrische Verbindung 22 zum Zuleiten von einem der jeweiligen Position der Spindelmutter 2 entsprechenden Signal zur Steuereinheit 15.
In der Steuereinheit 15 werden die Signale des Bauteilpositionspotentiometers 12 und des Mutterpositionspotentiometers 20 auf Plausibilität geprüft und ggf. über eine Steuerleitung 23 der Elektromotor angesteuert und die Gewindespindel 1 gedreht. Das Führungsrohr 3 ist um die Spindelachse 10 um einen bestimmten Schwenkwinkel zwischen zwei Endpositionen schwenkbar antreibbar.
In der ersten Endposition greift sowohl der Mitnehmerarm 6 in die Klaue 8 als auch der zweite Sensorarm 16 in die Klaue 18 ein, so daß bei einem Drehantrieb der Gewindespindel 1 sowohl der erste Sensorarm 11 als auch der Schleifer 19 mit der Spindelmutter 2 axial mitbewegt werden.
Damit besteht Plausibilität zwischen den Signalen von Bauteilpositionspotentiometer 12 und Mutterpositionspotentiometer 20.
Durch den den Mitnehmeraxialschlitz 4 durchragenden Mitnehmerarm 6 und den den Axialsensorschlitz 5 durchragenden zweiten Sensorarm 16 ist die Spindelmutter 2 gegen Verdrehen um die Spindelachse 10 gesichert.
Wird das Führungsrohr 3 in seine zweite Endposition verschwenkt, schwenkt der Mitnehmerarm 6 aus der Klaue 8 heraus und ist damit von dem Übertragungselement 9 entkoppelt.
Da die Erstreckung des zweiten Sensorarms 16 in Umfangsrichtung größer ist als die Erstreckung des Mitnehmerarms 6 in Umfangsrichtung, verbleibt dabei aber der zweite Sensorarm 16 in der weiteren Klaue 18 eingekoppelt.
Durch die Entkopplung des Übertragungselements 9 von der Spindelmutter 2 kann die Klappe des Kraftfahrzeugs frei manuell bewegt werden, wobei mit dem Übertragungselement 9 nur der erste Sensorarm 11 des Bauteilpositionspotentiometers 12 mitbewegt und somit immer auch die Position des Übertragungselements 9 erfaßt wird.
Soll nun wieder ein Antrieb der Klappe durch den Elektromotor erfolgen, ergibt ein Vergleich der Signale von Bauteilpositionspotentiometer 12 und Mutterpositionspotentiometer 20, daß keine Plausibilität vorliegt.
Dies führt zu einem Ansteuern des Elektromotors, der dann die Gewindespindel 1 solange antreibt, bis wieder Plausibilität vorliegt und durch Verdrehen des Führungsrohres 3 der Mitnehmerarm 6 wieder in die Klaue 8 hineingeschwenkt wird.
Zum Schwenkantrieb des Führungsrohres 3 besitzt das in 2 dargestellte Ausführungsbeispiel ein Zahnsegment 24 auf dem einen Ende des Führungsrohres 3. In die Zähne des Zahnsegments 24 greift ein Antriebsritzel 25 eines elektromotorischen reversierbaren Schwenkantriebs ein.
Bei dem Schwenkantrieb des Führungsrohres 3 des Ausführungsbeispiels der 3 ist in dem Führungsrohr 3 eine Nut 26 ausgebildet, die sich zur Spindelachse 10 geneigt erstreckt und an ihren Enden parallel zur Spindelachse 10 ausläuft.
In die Nut 26 ragt ein Nutstein 27 hinein, der von einem reversierbaren Axialantrieb 28 axial zur Spindelachse 10 bewegbar antreibbar ist und dadurch das Führungsrohr 3 um die Spindelachse 10 schwenkt.
Es versteht sich, daß Bauteilsensor und/oder Mutterpositionssensor nach den unterschiedlichsten Prinzipien ausgebildet sein können. So können dazu z. B. auch inkrementale Wegsensoren wie Hall-Weggeber verwendet werden.
Weiterhin kann zu einem Gewichtsausgleich des schwenkbaren Bauteils zusätzlich eine mechanische Feder oder eine Gasfeder angeordnet sein.

1: Gewindespindel
2: Spindelmutter
3: Führungsrohr
4: Mitnehmeraxialschlitz
5: Axialsensorschlitz
6: Mitnehmerarm
7: Endbereich
8: Klaue
9: Übertragungselement
10: Spindelachse
11: erster Sensorarm
12: Bauteilspositionspotentiometer
13: erste Sensorbahn
14: elektrische Verbindung
15: Steuereinheit
16: zweiter Sensorarm
17: Endbereich
18: weitere Klaue
19: Schleifer
20: Mutterpositionspotentiometer
21: zweite Sensorbahn
22: elektrische Verbindung
23: Steuerleitung
24: Zahnsegment
25: Antriebsritzel
26: Nut
27: Nutstein
28: Axialantrieb

Claims

Spindelantrieb für ein bewegbares Bauteil, insbesondere für ein um eine Schwenkachse schwenkbares Bauteil, mit einer von einem reversierbaren Antrieb um ihre Spindelachse drehbar antreibbaren Gewindespindel, auf der eine verdrehgesicherte Spindelmutter angeordnet ist, durch die ein mit dem Bauteil verbundenes Übertragungselement axial zur Spindelachse bewegbar antreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindelmutter (2) mit dem Übertragungselement (9) durch eine Kopplungseinrichtung koppelbar und entkoppelbar ist und daß durch einen Mutterpositionssensor die jeweilige axiale Position der Spindelmutter (2) auf der Gewindespindel (1) sowie durch einen Bauteilsensor die jeweilige axiale Position des Übertragungselements (9) zur Spindelachse (10) erfaßbar ist und entsprechende Signale vom Mutterpositionssensor und vom Bauteilsensor einer Steuereinheit (15) zuleitbar sind, wobei bei Vorliegen einer Plausibilität der Signale von Mutterpositionssensor und Bauteilsensor die Spindelmutter (2) mit dem Übertragungselement (9) durch die Kopplungseinrichtung koppelbar ist.
Spindelantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb ein elektromotorischer Antrieb ist.
Spindelantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindelmutter (2) einen radialen Mitnehmerarm (6) aufweist, der zwischen einer Einkoppelposition und einer Auskoppelposition um die Spindelachse (10) schwenkbar antreibbar ist, wobei der Mitnehmerarm (6) mit seinem freien Endbereich (7) in der Einkoppelposition in eine Klaue (8) des Übertragungselements (9) dieses axial beaufschlagbar eingreift und in der Auskoppelposition außer Eingriff von der Klaue (8) ist.
Spindelantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Gewindespindel (1) und Spindelmutter (2) von einem axial feststehenden, schwenkbar gelagerten Führungsrohr (3) koaxial umschlossen sind und der Mitnehmerarm (6) einen Mitnehmeraxialschlitz (4) in dem Führungsrohr (3) durchragt, der eine zumindest dem axialen Verstellweg der Spindelmutter (2) entsprechende Länge aufweist, wobei die Spindelmutter (2) den Mitnehmerarm (6) mitnehmend zwischen der Einkoppelposition und der Auskoppelposition schwenkbar antreibbar ist.
Spindelantrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Führungsrohr (3) ein Zahnrad oder Zahnsegment (24) koaxial verbunden ist, in das direkt oder über eine Getriebestufe ein Antriebsritzel (25) eines reversierbaren Schwenkantriebs eingreift.
Spindelantrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsrohr (3) eine zur Spindelachse (10) geneigt sich erstreckende Nut (26) aufweist, in die ein von einem reversierbaren Axialantrieb (28) axial zur Spindelachse (10) bewegbar antreibbarer Nutstein (27) hineinragt.
Spindelantrieb nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkantrieb oder der Axialantrieb (28) ein elektromotorischer Schwenkantrieb oder elektromotorischer Axialantrieb (28) ist.
Spindelantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungselement (9) einen ersten Sensorarm (11) aufweist, der entlang einer sich axial zur Spindelachse (10) erstreckenden ersten Sensorbahn (13) des Bauteilsensors bewegbar ist.
Spindelantrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Bauteilsensor ein Bauteilpositionspotentiometer (12) ist.
Spindelantrieb nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindelmutter (2) einen zweiten radialen Sensorarm (16) aufweist, der einen Axialsensorschlitz (5) in dem Führungsrohr (3) durchragt, welcher eine zumindest dem Verstellweg der Spindelmutter (2) entsprechende Länge aufweist und der entlang einer sich axial zur Spindelachse (10) erstreckenden zweiten Sensorbahn (21) des Mutterpositionssensors bewegbar ist.
Spindelantrieb nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Mutterpositionssensor ein Mutterpositionspotentiometer (20) ist.
Spindelantrieb nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß auf der zweiten Sensorbahn (21) ein Schleifer (19) axial bewegbar geführt ist, der eine weitere Klaue (18) aufweist, in die der freie Endbereich (17) des zweiten Sensorarms (16) hineinragt.
Spindelantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungselement an dem schwenkbaren Bauteil in einem radialen Abstand zur Schwenkachse angelenkt ist.
Spindelantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegbare Bauteil eine Tür oder eine Klappe eines Kraftfahrzeugs ist.