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Die
Erfindung betrifft eine Verstelleinrichtung für eine Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung,
zum Bewegen eines bewegbaren Teils der Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung.
Die Verstelleinrichtung weist einen Schrittmotor zum Bewegen des
bewegbaren Teils um eine vorgegebene Anzahl von Verstellschritten
auf, sodass das bewegbare Teil mittels des Schrittmotors in verschiedene
diskrete Lagen bewegt werden kann. Die Verstelleinrichtung weist
Begrenzungsmittel zum Begrenzen eines Bewegungsbereichs des bewegbaren
Teils auf, und eine Referenzlage des bewegbaren Teils bildet eine
Grenze des Bewegungsbereichs.
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Aus
der
CH 696 067 A5 ist
eine Verstelleinrichtung (Aktuator) für Fahrzeugscheinwerfer
der eingangs genannten Art bekannt. Diese Verstelleinrichtung weist
einen Motor mit angeschlossenem Getriebe auf und umfasst ein mit
dem Motor mechanisch gekoppeltes Rückstellelement. Bei
Wegfall einer Motorkraft des Motors kann die Verstelleinrichtung
mittels des Rückstellelements in eine Referenzlage zurückbewegt
werden. Nachteilig an der bekannten Verstelleinrichtung ist, dass
eine Verstellgenauigkeit nur durch den Einsatz des Getriebes realisierbar
ist, welches für eine Untersetzung zwischen einer Drehbewegung
einer Welle des Motors und einer Verstellbewegung des bewegbaren
Teils sorgt.
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Um
beispielsweise eine Welle eines Schrittmotors um einen vorgegebenen
Winkel zu bewegen, wird ein Bestromungszustand von Wicklungen des Schrittmotors
zyklisch nach einem vorgegebenen Muster geändert. Hierbei
entspricht im Idealfall die Anzahl von Verstellschritten der Welle
des Schrittmotors der Anzahl der Änderungen des Bestromungszustands.
Allerdings kann es insbesondere bei einem Bewegen des bewegbaren
Teils der Verstelleinrichtung aus der Referenzlage heraus zu einem
Verstellfehler kommen, das heißt die Anzahl der Verstellschritte
kann sich von der Anzahl der Änderungen des Bestromungszustands
der Wicklungen des Schrittmotors unterscheiden. Insbesondere ist
beim Einschalten der Verstelleinrichtung, das heißt beim erstmaligen
Bestromen der zunächst unbestromten Wicklungen des Schrittmotors,
die Anzahl der Verstellschritte, die der Schrittmotor auf Grund
dieser erstmaligen Bestromung ausführt, zufallsabhängig. Aus
dieser Zufallsabhängigkeit ergibt sich eine relativ große
Ungenauigkeit der bekannten Verstelleinrichtung. Es wird zwar durch
den Einsatz eines hinreichend stark untersetzenden Getriebes zwischen
dem Schrittmotor und dem bewegbaren Teil der Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung
versucht, diese Zufallsabhängigkeit auszugleichen, was
allerdings mit einem relativ hohen Aufwand und nur geringem Erfolg
verbunden ist.
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Ausgehend
von dem beschriebenen Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung
die Aufgabe zugrunde, die Verstellgenauigkeit einer Verstelleinrichtung
mit einem Schrittmotor auf eine möglichst einfache und
kostengünstige, aber trotzdem effiziente Weise zu erhöhen.
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Diese
Aufgabe wird mit einer Verstelleinrichtung der eingangs genannten
Art gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Begrenzungsmittel
und zumindest ein Teil des Schrittmotors, vorzugsweise ein Stator
und/oder ein Rotor des Schrittmotors, derart relativ zueinander
positioniert sind, dass in der Referenzlage das bewegbare Teil bezüglich
des Bewegungsbereichs um einen vorgegebenen Versatz gegenüber
einer der diskreten Lagen versetzt ist.
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Erfindungsgemäß wurde
erkannt, dass die Ungenauigkeit bekannter Verstelleinrichtungen
daher rührt, dass bei der ersten Bestromung der zunächst
unbestromten Wicklungen des Schrittmotors bei in der Referenzlage
befindlichen beweglichen Teilen ein Statormagnetfeld des Schrittmotors
und ein Magnetfeld eines Läufers des Schrittmotors in einer
zufällig bei der Herstellung der Verstelleinrichtung festgelegten,
räumlichen Beziehung zueinander befinden. In Abhängigkeit
von dieser zufälligen räumlichen Beziehung der
beiden Magnetfelder untereinander, kommt es bei der ersten Bestromung
der Wicklungen des Schrittmotors zu einer Bewegung des bewegbaren
Teils der Verstelleinrichtung in einem zufälligen Ausmaß.
Es kann auch dazu kommen, dass sich das bewegbare Teil bei der ersten
Bestromung der Wicklungen überhaupt nicht bewegt.
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Ein
Kerngedanke der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, diese
Zufallsabhängigkeit möglichst weitgehend zu eliminieren,
indem ein Versatz zwischen der Referenzlage und den vom Schrittmotor
abhängigen diskreten Lagen vorgegeben wird. Dies wird dadurch
erreicht, dass die Begrenzungsmittel und der Schrittmotor nicht
mehr beliebig in die Verstelleinrichtung eingebaut werden, sondern
dass eine vorgegebene räumliche Positionierung der Begrenzungsmittel
und des Schrittmotors zueinander gewährleistet wird. Bei
der ersten Bestromung des zunächst unbestromten Schrittmotors,
befinden sich das Statormagnetfeld und das Magnetfeld des Läufers
des Schrittmotors in einer definierten räumlichen Lage
relativ zueinander. Folglich führt der Läufer
des Schrittmotors dann nicht mehr eine zufallsabhängige Bewegung
sondern in Abhängigkeit von einem Bestromungszustand der
ersten Bestromung entweder keine Bewegung oder eine Bewegung in
einem bekannten Ausmaß aus. Der zufallsabhängige
Verstellfehler tritt somit nicht mehr auf.
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Der
Versatz ist vorzugsweise Null, das heißt, dass die Referenzlage
des bewegbaren Teils einer der besagten verschiedenen diskreten
Lagen des bewegbaren Teils entspricht.
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Obwohl
sich die vorliegende Erfindung auch in Verbindung mit als Linearmotoren
ausgebildete Schrittmotoren anwenden lässt, ist bevorzugt,
dass die Verstelleinrichtung als bewegbares Teil den Rotor des Schrittmotors
aufweist, der eine drehbar gelagerte Welle umfasst, mit der ein
vorzugsweise aus hartmagnetischem Material gebildeter Rotormagnet
des Schrittmotors zum Erzeugen eines Rotormagnetfelds mittels erster
Positionierungsmittel, vorzugsweise unmittelbar, drehfest verbunden
ist, und dass der Schrittmotor einen Stator mit einem vorzugsweise
als eine Spulenanordnung ausgebildeten Statormagneten zum Erzeugen
eines Statormagnetfelds aufweist. Der Läufer ist also als
Rotor ausgebildet. Bei dem Rotormagneten handelt es sich vorzugsweise
um einen Dauermagneten. Die Spulenanordnung umfasst vorzugsweise
mehreren Wicklungen, wobei durch eine geeignete Bestromung, das
heißt durch Einstellen eines geeigneten Bestromungszustands
der Wicklungen, die Richtung des Statormagnetfelds beeinflusst werden
kann.
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Hierbei
ist bevorzugt, dass die ersten Positionierungsmittel mindestens
eine axial verlaufende Rippe an einer Oberfläche der Welle
des Rotors und/oder an einer Oberfläche des Rotormagneten und
mindestens eine axial verlaufende Nut an der Oberfläche
des Rotormagneten und/oder an der Oberfläche der Welle
umfassen, wobei die Rippe und die Nut zum drehfesten Verbinden des
Rotormagneten mit der Welle zusammenwirken. Bei der Herstellung
der Verstelleinrichtung können die Welle und der Rotormagnet
somit derart zusammengesetzt werden, dass die Rippe in die Nut eingreift
und somit der Rotormagnet und die Welle fest zueinander positioniert
sind. Fertigungsbedingte Toleranzen der Positionierung der beiden
Teile zueinander werden dadurch weitgehend vermieden. Zudem ist
ein Verdrehen des Rotormagneten gegenüber der Welle beim Betrieb
der Vertelleinrichtung nahezu ausgeschlossen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
ist vorgesehen, dass die Verstelleinrichtung ein Rückstellelement
zum Rückstellen des bewegbaren Teils in die Referenzlage
bei inaktivem Schrittmotor aufweist. Der Schrittmotor ist immer
dann inaktiv, wenn seine Wicklungen überhaupt nicht bestromt
sind oder derart gering bestromt sind, dass kein oder nur ein relativ
geringes Drehmoment an der Welle des Schrittmotors erzeugbar ist. Bei
inaktivem Schrittmotor ist ein Rückstellmoment, das das
Rückstellelement auf die Welle des Schrittmotors ausübt
höher als das vom Schrittmotor erzeugte Moment. Folglich
bewegt sich das bewegliche Teil bei inaktivem Schrittmotor in die
Referenzlage zurück, wobei die Begrenzungsmittel ein Bewegen des
bewegbaren Teils über die Referenzlage hinaus verhindern.
Die Referenzlage des bewegbaren Teils der Verstelleinrichtung kann
einfach dadurch eingestellt werden, indem der Schrittmotor abgeschaltet wird.
Nach einem Aktivieren des Schrittmotors und Ausführen einer
bestimmten Anzahl von Verstellschritten kann eine bestimmte absolute
Lage des bewegbaren Teils eingestellt werden, ohne dass hierzu ein
Lagesensor um Erfassen der Lage des bewegbaren Teils vorgesehen
werden müsste. Die erfindungsgemäße Verstelleinrichtung
kann also ohne einen solchen Sensor und ohne Getriebe als ein mechatronisches
Minimalsystem realisiert werden.
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Die
Referenzlage entspricht einer Ruhelage des bewegbaren Teils, die
bei abgeschaltetem, das heißt inaktivem Schrittmotor eingenommen
wird. Vorzugsweise entspricht die Referenzlage einem sicheren Betriebszustand
der Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung. Beispielsweise kann die
Referenzlage einer von einem Kraftfahrzeugscheinwerfer erzeugten
Abblendlichtverteilung entsprechen.
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Das
Rückstellelement lässt sich besonders einfach
und somit kostengünstig realisieren, indem vorgesehen wird,
dass das Rückstellelement eine Feder, vorzugsweise eine
Schenkelfeder und/oder eine Spiralfeder umfasst.
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Es
ist besonders bevorzugt, dass das Rückstellelement direkt
mit dem bewegbaren Teil der Verstelleinrichtung gekoppelt ist. Unter
der direkten Kopplung ist insbesondere eine Kopplung ohne Getriebe
oder dergleichen zu verstehen. Durch die direkte Kopplung des Rückstellelements
mit dem bewegbaren Teil werden teure und potentiell störanfällige
Bauteile vermieden. Zudem wird ein Reibungswiderstand verringert,
sodass die Verstelleinrichtung insgesamt relativ leichtgängig
ist.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass
die Verstelleinrichtung ein Gehäuseelement aufweist und
zweite Positionierungsmittel umfasst, die derart mit dem Gehäuseelement
und dem Stator zusammenwirken, dass das Gehäuseelement
und der Statormagnet drehfest miteinander verbunden sind. Mittels
der zweiten Positionierungsmittel wird sichergestellt, dass es zu
keinen herstellungsbedingten Schwankungen der Positionierung zwischen
dem Gehäuseelement und dem Stator kommt und dass die Positionierung
dieser Teile zueinander während der gesamten Lebensdauer
der Verstelleinrichtung weitgehend konstant bleibt.
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Die
zweiten Positionierungsmittel lassen sich einfach und wirkungsvoll
dadurch realisieren, dass die zweiten Positionierungsmittel Positionierungszapfen
an dem Gehäuseelement und/oder an dem Stator umfassen,
die mit Positionierungslöchern an dem Stator und/oder an
dem Gehäuseelement zusammenwirken. Die Positionierungszapfen
greifen also in die Positionierungslöcher ein, so dass
das Gehäuseelement und der Stator miteinander drehfest verbunden
sind.
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Ferner
kann vorgesehen werden, dass die Begrenzungsmittel einen an dem
bewegbaren Teil angeordneten Anschlag und einen Gegenanschlag umfassen,
wobei der Anschlag und der Gegenanschlag derart zum Begrenzen des
Bewegungsbereichs des bewegbaren Teils an der Referenzlage zusammenwirken,
dass in der Referenzlage eine Bewegung des bewegbaren Teils in einer
bestimmten Bewegungsrichtung begrenzt ist. Hierdurch wird erreicht,
dass wenn das bewegbare Teil sich in der Referenzlage befindet,
es nur in eine Richtung wieder aus der Referenzlage heraus bewegt
werden kann.
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Hierbei
ist bevorzugt, dass der Anschlag eine zumindest im Wesentlichen
radial verlaufende Anschlagfläche des Rotors umfasst und/oder
dass der Gegenanschlag eine radial zur Welle des Rotors verlaufender
Anschlagstift ist.
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Vorzugsweise
ist der Gegenanschlag an dem Gehäuseelement der Verstelleinrichtung
angeordnet. Der Gegenanschlag kann derart an das Gehäuseelement
angeformt sein, dass das Gehäuseelement und der Gegenanschlag
einstückig sind.
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Als
weitere Lösung der Aufgabe wird eine Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung
mit einer Verstelleinrichtung zum Verstellen eines bewegbaren Teils
der Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung vorgeschlagen, wobei die
Verstelleinrichtung einen Schrittmotor zum Bewegen des bewegbaren
Teils um eine bestimmte Anzahl von Verstellschritten aufweist, so
dass das bewegbare Teil mittels des Schrittmotors in verschiedene
diskrete Lagen bewegbar ist, die Verstelleinrichtung Begrenzungsmittel
zum Begrenzen des Bewegungsbereichs des bewegbaren Teils aufweist
und eine Referenzlage des bewegbaren Teils eine Grenze des Bewegungsbereichs
bildet, die dadurch gekennzeichnet ist, dass es sich bei der Verstelleinrichtung
um die oben beschriebene erfindungsgemäße Verstelleinrichtung
handelt. Bei der Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung kann es sich beispielsweise
um einen Fahrzeugscheinwerfer mit einer verstellbaren Lichtverteilung
handeln. Mittels des Verstellantriebs können beispielsweise
Lichtverteilungen, die einem Abblendlicht, einem Stadtlicht, einem
Autobahnlicht oder einem Fernlicht entsprechen, eingestellt werden.
Mittels der Verstelleinrichtung kann auch eine Beleuchtungseinrichtung
mit einer adaptiven Leuchtweitenregulierung realisiert werden. Zudem
kann ein so genanntes blendungsfreies Fernlicht realisiert werden,
bei dem Gegenverkehr beispielsweise unter Verwendung einer Kamera
oder eines Sensors lokalisiert wird und gegebenenfalls die Lichtverteilung
des Scheinwerfers zur Vermeidung einer Blendung des Gegenverkehrs
verändert wird. Bei der Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung
kann es sich auch um einen Scheinwerfer mit einer Kurvenlichtfunktion
handeln. Der Scheinwerfer kann ein Lichtmodul mit Leuchtdioden oder
einer Glühlampe aufweisen.
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Es
kann vorgesehen werden, dass die Beleuchtungseinrichtung eine verstellbare
Blendenanordnung mit einem Blendenelement zum Beeinflussen einer
Lichtverteilung von Licht, das von der Beleuchtungseinrichtung in
ihrem Betrieb abgegeben wird, aufweist, wobei zumindest ein Abschnitt
des bewegbaren Teils das Blendenelement bildet.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung, in welcher besonders bevorzugte exemplarische Ausführungsformen
der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert
werden. Dabei zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Kraftfahrzeugsbeleuchtungseinrichtung;
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2 eine
Explosionsdarstellung einer Verstelleinrichtung der Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung
aus 1;
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3 eine
teilweise geschnittene Seitenansicht der Verstelleinrichtung aus 2;
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4 ein
Gehäuseelement der Verstelleinrichtung aus 2;
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5 einen
Stator eines Schrittmotors der Verstelleinrichtung aus 2;
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6 den
an das Gehäuseelement aus 3 angebrachten
Stator aus 4;
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7 eine
Welle des Schrittmotors der Verstelleinrichtung aus 2;
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8 eine
geschnittene Darstellung der Verstelleinrichtung aus 2,
wobei sich die Welle in einer Ruhelage befindet; und
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9 eine
Darstellung ähnlich 8, bei welcher
sich die Welle außerhalb der Ruhelage befindet.
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1 zeigt
eine Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung 11 in Form eines
Scheinwerfers in einer schematischen Darstellung. Die Beleuchtungseinrichtung 11 umfasst
ein Lichtmodul 13 und eine Verstelleinrichtung 15.
Das Lichtmodul 13 umfasst eine Lichtquelle 17,
die eine oder mehrere Leuchtdioden 19 aufweisen kann. Anstelle
der Leuchtdioden 19 können auch andere Mittel
zur Lichterzeugung wie beispielsweise eine Glühlampe oder
eine Gasentladungslampe vorgesehen werden. Das nach dem Projektionsprinzip
arbeitende Lichtmodul 13 weist eine beispielsweise als
ein Reflektor 20 ausgebildete Primäroptik zum
Umlenken von von der Lichtquelle 21 erzeugtem Licht und
eine Linse 21 zum Bündeln des Lichts auf. Bei
der Linse 21 kann es sich um eine Sammellinse mit einer
asphärischen Oberfläche handeln. Die Linse 21 kann
als plankonvexe oder konkavkonvexe Meniskuslinse ausgebildet sein.
Eine optisch wirksame Oberfläche der Linse 21 kann
mit regelmäßig oder unregelmäßig
auf der Oberfläche verteilten Strukturen versehen sein.
Zwischen der Lichtquelle 17 und der Linse 21 ist
eine verstellbare Blendenanordnung 23 zum Erzeugen einer
bezüglich ihrer Lage und/oder Form variablen Helldunkelgrenze
einer Lichtverteilung des von der Beleuchtungseinrichtung 11 erzeugten
Lichts angeordnet. Die Blendenanordnung 23 weist mindestens
ein verstellbares Blendenelement 24 auf.
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Die
Verstelleinrichtung 15 ist direkt, das heißt ohne
Getriebe, mit der Blendenanordnung 23 gekoppelt, so dass
das Blendenelement 24 der Blendenanordnung 23 mittels
eines Schrittmotors 25 der Verstelleinrichtung 15 zum
Beeinflussen der Lichtverteilung, insbesondere der Lage beziehungsweise
des Verlaufs der Helldunkelgrenze verstellt werden kann.
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Der
Aufbau der Verstelleinrichtung 15 ist in den 2 und 3 näher
dargestellt. Der Schrittmotor 25 weist einen Stator 27 mit
einem Statorgehäuse 29 und einer Spulenanordnung 31 mit
Klauenpolblechen (ohne Bezugszeichen) auf. Die Spulenanordnung 31 umfasst
zwei Wicklungen, die jeweils einer Phase des Schrittmotors zugeordnet
sind (2-Phasen-Biploar-Schrittmotor). Elektrische Anschlüsse (nicht
gezeigt) der einzelnen Wicklungen sind aus dem Statorgehäuse 29 über
ein Steckelement 33 herausgeführt, und mit einem
Steuergerät (nicht gezeigt) verbunden, welches zum Betreiben
der Verstelleinrichtung 15 eingerichtet ist.
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Der
Schrittmotor 25 weist außerdem einen Rotor 35 auf,
der eine Welle 37 und einen Rotormagneten 39 umfasst
und ein bewegbares Teil der Verstelleinrichtung 15 bildet.
Der Rotormagnet 39 ist als ein Dauermagnet aus hartmagnetischem
Material ausgebildet. Die Welle 37 weist einen exzentrischen Walzenabschnitt 41,
der das Blendenelement 24 bildet, auf. Die Welle 37 und
der Walzenabschnitt 41 bilden ein einziges vorzugsweise
aus Kunststoff hergestelltes Teil.
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Der
Schrittmotor 25 weist einen Schrittwinkel von weniger als
etwa 10° auf. Es kann jedoch auch ein Schrittmotor 25 mit
einem anderen Schrittwinkel eingesetzt werden. Generell kann der
Grundaufbau des Schrittmotors 25 beliebig an die sich aus
einer bestimmten Anwendung der Verstelleinrichtung 15 ergebenden
Anforderungen angepasst werden. Beispielsweise kann ein Klauenpolschrittmotor,
ein Reluktanzschrittmotor oder ein Hybridschrittmotor vorgesehen
werden. Statt des Bipolarschrittmotors kann auch ein Unipolarschrittmotor
vorgesehen werden. Die Anzahl der Phasen kann variiert werden.
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Wie
insbesondere aus der Querschnittsdarstellung der 3 ersichtlich
ist, ist die Welle 37 an einem ersten Ende mittels eines
Lagerzapfens 43 und an einem dem ersten Ende gegenüberliegenden zweiten
Ende mittels eines Kugellagers 45 gegenüber einem
Gehäuseelement 47 der Verstelleinrichtung 15 drehbar
gelagert. Der Lagerzapfen 43 ist an einer Rückwand
(ohne Bezugszeichen) des Statorgehäuses 29 angeordnet,
verläuft orthogonal zu dieser Rückwand und ragt
in ein konzentrisch zu einer Mittelachse 49 der Welle 37 verlaufendes
Lagerloch 51 des Rotors 35 hinein.
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Das
Lagerloch 51 ist von einem ersten hohlzylinderförmigen
Abschnitt 53 der Welle 37, der konzentrisch zur
Mittelachse 49 verläuft, begrenzt. Eine als Schenkelfeder
ausgebildete Rückstellfeder 55 eines Rückstellelements
der Verstelleinrichtung 15 greift an einer Außenseite
(ohne Bezugszeichen) des ersten hohlzylinderförmigen Abschnitts 53 des
Rotors 35 an.
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Der
erste hohlzylindrische Abschnitt 53 der Welle 37 ist
von einem ebenfalls mit der Mittelachse 49 konzentrisch
angeordneten zweiten hohlzylindrischen Abschnitt 57 der
Welle 37 umgeben. An einer Außenseite 59 des
zweiten hohlzylindrischen Abschnitts 57 ist der Rotormagnet 39 angeordnet.
Eine drehfeste Verbindung zwischen der Welle 37 und dem
Rotormagneten 39 wird mittels vier axial verlaufende Rippen 61 realisiert,
die an der Außenseite 59, d. h. einer äußeren
Oberfläche 59, des zweiten hohlzylindrischen Abschnitts 57 angebracht
sind und radial nach außen abragen. Jede Rippe 61 greift
in eine an einer Innenseite 63, d. h. an einer inneren
Oberfläche 63, des insgesamt hohlzylinderförmigen
Rotormagneten 39 angeordneten, in axialer Richtung verlaufende
Nut 65 ein. Die Rippen 61 und die Nuten 65 bilden
erste Positionierungsmittel 67, welche eine vorgegebene
Positionierung des Rotormagneten 39 bezüglich
der Welle 37 bei der Herstellung der Verstelleinrichtung 15 und
eine drehfeste Verbindung des Rotormagneten 39 mit der
Welle 37 gewährleisten. In einer nicht gezeigten
Ausführungsform, weisen die ersten Positionierungsmittel
eine von vier abweichende Anzahl an Rippen 61 bzw. Nuten 65 auf.
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Wie
aus den 4 und 5 ersichtlich
ist, weist das Gehäuseelement 47 an seiner dem
Stator 27 zugewandten Seite Positionierungszapfen 69 auf. Bei
der zusammengesetzten Verstelleinrichtung 15 ragen die
Zapfen 69 in Positionierungslöcher 71 hinein,
die an einer dem Gehäuseelement 47 zugewandten
Seite 73 der Spulenanordnung 31 vorhanden sind.
Die Positionierungszapfen 69 und die Positionierungslöcher 71 bilden
zweite Positionierungsmittel 75 (siehe 6),
welche dafür sorgen, dass bei der Herstellung der Verstelleinrichtung 15 der Stator 27,
insbesondere die Spulenanordnung 31, bezüglich
des Gehäuseelements 47 in einer vorgegebenen Position
miteinander verbunden werden. Zudem verhindern sie, dass sich der
Stator 27 der zusammengebauten Verstelleinrichtung 15 gegenüber dem
Gehäuseelement 47 verdreht. Zur Fixierung des Stators 27 an
dem Gehäuseelement 47 in axialer Richtung weist
das Statorgehäuse 29 Haltelaschen 77 auf,
die einen Abschnitt des Gehäuseelements 47 umgreifen.
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Wie
in den 7 bis 9 gezeigt, weist die Verstelleinrichtung 15 Begrenzungsmittel 79 zum
Begrenzen eines Bewegungsbereichs des Rotors 35 auf. Die
Begrenzungsmittel 79 umfassen eine radial verlaufende Anschlagfläche 81,
welche in axialer Richtung zwischen den beiden hohlzylindrischen
Abschnitten 53, 57 und dem exzentrischen Walzenabschnitt 41 der
Welle 37 an der Welle 37 angeordnet ist. Außerdem
umfassen die Begrenzungsmittel 79 einen als ein bezüglich
der Mittelachse 49 der Welle 37 radial verlaufenden
Anschlagstift 83 ausgebildeter Gegenanschlag. Der Anschlagstift 83 ist
fest mit dem Gehäuseelement 47 verbunden.
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Im
Folgenden wird anhand der 8 und 9 die
Funktionsweise der Verstelleinrichtung 15 erläutert.
Die direkt mit dem Rotor 35 gekoppelte Rückstellfeder 55 übt
ein Rückstellmoment auf den Rotor 35 aus, welches
in eine erste Drehrichtung 85 wirkt. Ist der Schrittmotor 25 inaktiv
(Windungen der Spulenanordnung 31 nicht oder nur gering
bestromt), dann ergibt sich ein Motormoment, das – sofern
vorhanden – deutlich geringer ist als das Rückstellmoment.
Folglich stellt sich die in der 8 gezeigte
Referenzlage des Rotors 35 ein. Der Rotor 35 ist
in der Referenzlage so weit in die erste Drehrichtung 85 gedreht,
das die Anschlagfläche 81 an dem Anschlagstift 83 anlegt
und dadurch eine weitere Drehung in der ersten Drehrichtung 85 verhindert
wird. Die Referenzlage stellt sich automatisch ein, sobald der Schrittmotor
inaktiv wird. Das heißt, die Referenzlage entspricht einer
Ruhelage des Rotors 35 der Verstelleinrichtung 15.
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Wird
der Schrittmotor 25 aktiviert, das heißt ein bestimmter
Bestromungszustand der Wicklungen der Spulenanordnung 31 eingestellt,
dann erzeugt der Stator 27 ein bestimmtes Statormagnetfeld.
Außerdem erzeugt der Rotor 35 ein bestimmtes Rotormagnetfeld.
Die ersten Positionierungsmittel 67 und die zweiten Positionierungsmittel 75 wirken
derart zusammen, dass in der Referenzlage bei einem bestimmten Bestromungszustand
ein bestimmter Winkel zwischen dem Statormagnetfeld und dem Rotormagnetfeld
vorhanden ist.
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Unter
einem Bestromungszustand der Spulenanordnung 31 ist eine
Kombination von Stromrichtungen an den einzelnen Wicklungen der
Spulenanordnung 31 zu verstehen. Die Anzahl der möglichen Bestromungszuständen
hängt insbesondere vom Aufbau der Spulenanordnung 31 (Anzahl
der Phase und Wicklungen) ab. Bei dem in der gezeigten Ausführungsform
vorgesehenen 2-Phasen-Bipolar-Schrittmotor 25 ergeben sich
beispielsweise vier verschiedene Bestromungszustände.
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In
der gezeigten Ausführungsform entspricht die Referenzlage
einer mittels des Schrittmotors 25 einstellbaren diskreten
Lage des Rotors 35. Bei einem bestimmten Bestromungszustand
sind in der Referenzlage das Statormagnetfeld und das Rotormagnetfeld
so aufeinander ausgerichtet, dass der Schrittmotor 25 kein
Drehmoment erzeugt. Wird die zunächst unbestromte Spulenanordnung 31 in
genau diesen Bestromungszustand gebracht, so bewegt sich der Rotor 35 nicht
aus der Referenzlage heraus. Durch eine geeignete Änderung
des Bestromungszustands kann genau ein erster Verstellschritt in
einer zweiten Drehrichtung 87 ausgeführt werden.
Wegen der genauen Positionierung der Begrenzungsmittel 79 relativ
zum Schrittmotor 25 mittels der beiden Positionierungsmittel 67, 75 unterliegt
das Ausmaß, d. h. der Drehwinkel, dieses ersten Verstellschrittes höchstens
geringfügigen Fertigungstoleranzen der Verstelleinrichtung 15.
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Um
beispielsweise die in 9 gezeigte Lage des Rotors 35 herzustellen,
wird die Spulenanordnung 31 mit zyklisch zeitlich aufeinander
folgenden verschiedenen Bestromungszuständen bestromt.
Durch eine geeignete Wahl der Reihenfolge der einzelnen Bestromungszustände
kann eine Drehrichtung des Rotors 35 festgelegt werden.
Insgesamt können auf diese Weise verschiedene diskrete
Lagen des Rotors eingestellt werden. Hierbei entspricht ein Abstand
zwischen zwei benachbarten diskreten Lagen dem Schrittwinkel des
Schrittmotors 25. Da die Referenzlage durch den Aufbau
der Verstelleinrichtung 15 exakt vorgegeben ist und höchstens
geringen Fertigungstoleranzen unterliegt, ist der Drehwinkel des
ersten Verstellschritts vergleichsweise genau vorgegeben; er entspricht
bei der gezeigten Ausführungsform dem Schrittwinkel des
Schrittmotors 25. Deshalb ist beim Betrieb der Verstelleinrichtung 15 jederzeit
die absolute Lage des Rotors 35 relativ genau bekannt.
Sie ergibt sich unmittelbar aus der Anzahl und der Richtung der
seit dem letzten Aktivieren des Schrittmotors 25 zurückgelegten
Schritte.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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