DE102008036644A1

DE102008036644A1 - Verstellvorrichtung für einen Kraftfahrzeugsitz mit einem Elektromotor mit einem mit diesem verbundenen Getriebe

Info

Publication number: DE102008036644A1
Application number: DE102008036644A
Authority: DE
Inventors: Michael Reimann; Wilfried Dr. Beneker; Burckhard Becker
Original assignee: C Rob Hammerstein GmbH
Current assignee: Adient Luxembourg Holding SARL
Priority date: 2007-09-27
Filing date: 2008-08-06
Publication date: 2009-04-02
Also published as: US20090085420A1; US7755233B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verstellvorrichtung für einen Kraftfahrzeugsitz mit einem Elektromotor 26 und einem mit diesem Elektromotor 26 verbundenen Getriebe 28, der Elektromotor 26 hat eine Nenndrehzahl von mehr als 12000 Umdrehungen/min., insbesondere mehr als 15000 Umdrehungen pro Minute bei Nennspannung.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verstellvorrichtung für einen Kraftfahrzeugsitz mit einem Elektromotor und einem mit diesem Elektromotor verbundenen Getriebe.
Derartige Verstellvorrichtungen sind Stand der Technik. Neben der mit einem Elektromotor ausgestatteten Verstellvorrichtung gibt es auch manuelle Verstellvorrichtungen, diese sind aber nicht Gegenstand der Erfindung. Verstellvorrichtungen de eingangs genannten Art sind beispielsweise bekannt aus US 6 659 548 B1 , US 2006/0260424 A1 , DE 10 2005 059 693 A1 , DE 10 2005 050 971 A1 und DE 10 2005 050 223 A1 .
Ein Problem bei den Verstellvorrichtungen nach dem Stand der Technik ist das Gewicht. Insbesondere der Elektromotor einer Verstellvorrichtung trägt erheblich zum Gesamtgewicht der Verstellvorrichtung bei. Die Permanentmagnete eines Elektromotors haben eine erhebliche Masse und bestimmen das Gesamtgewicht des Motors erheblich mit. Dies gilt insbesondere für moderne Magnetlegierungen, wie sie zunehmend verwendet werden, beispielsweise mit Neodym.
Neben dem Gewicht ist aber auch das Volumen ein Problem. Moderne Fahrzeugsitze sind heute zu vielen Verstellvorrichtungen ausgerüstet und haben viele unterschiedliche Anforderungen an die Abmessungen, die Position des Passagiers, wobei häufig eine möglichst tiefe Sitzposition gewünscht wird, und dergleichen zu erfüllen, dass es schwierig wird, die einzelnen Verstellvorrichtungen im vorhan denen Bauraum unterzubringen. Insoweit ist es von Vorteil, möglichst kleine Verstellvorrichtungen einsetzen zu können. Bei den Verstellvorrichtungen nach dem Stand der Technik nimmt der Elektromotor, wie er derzeit eingesetzt wird, ein erhebliches Volumen ein. Es wäre günstig, hier Volumen und damit Platz einsparen zu können.
Soweit ist das Ziel der Erfindung, eine Verstellvorrichtung dahingehend weiterzuentwickeln, dass das Gesamtgewicht und auch das Volumen verringert werden können. Somit ist es Aufgabe der Erfindung, die Verstellvorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass ein volumenmäßig kleinerer und ein geringeres Gewicht aufweisender Elektromotor, als derzeit nach dem Stand der Technik üblich, eingesetzt werden kann.
Diese Aufgabe wird ausgehend von der Verstellvorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, der Elektromotor eine Nenndrehzahl von mehr als 12.000 Umdrehungen/min., insbesondere mehr als 15.000 Umdrehungen/min. bei Nennspannung hat.
Erfindungsgemäß wird also anstelle der bisher verwendeten Elektromotoren, die üblicherweise eine Nenndrehzahl von 3.000 bis 4.000 Umdrehungen aufweisen, ein wesentlich höher drehender Elektromotor verwendet. Dieser ist nicht nur kleiner, er hat auch ein geringeres Gewicht. Es werden Kleinstmotoren eingesetzt, wie sie derzeit im Kraftfahrzeugbereich noch nicht eingesetzt werden, diese Kleinstmotoren drehen typischerweise mindestens 12.000 Umdrehungen/min. bei der Nennspannung, für die sie dauerhaft ausgelegt sind. Sie haben ein Volumen, das deutlich kleiner als die Hälfte des Volumens herkömmlicher Elektromotoren für den gleichen Zweck ist. Insgesamt wird daher Gewicht und Bauraum gespart.
Zwar benötigen derartige Kleinstmotoren eine zusätzliche Getriebestufe, diese lässt sich aber günstig aufbauen. Aufgrund der hohen Drehzahl können die ersten Untersetzungsräder, die unmittelbar mit der Ausgangswelle des Motors in Verbindung sind, relativ leichtgewichtig ausgebildet werden, beispielsweise können sie aus Kunststoff hergestellt werden. Im Vergleich zu den derzeitig eingesetzten Elektromotoren ist eine zusätzliche Untersetzung im Bereich von etwa 8 zu 1 bis 20 zu 1 erforderlich, diese lässt sich günstig mit leichtgewichtigen Zahn rädern realisieren, welche auch keinen großen Raumbedarf haben. Insgesamt wird daher zwar das Getriebe etwas größer und geringfügig schwerer, die Einsparung am Gewicht des Elektromotors und seinem Volumen ist aber so beträchtlich, dass sie diese Effekte weitestgehend unbeachtlich macht.
In eine besonders bevorzugten Weiterbildung sind Elektromotor und Getrieben in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht. Vorzugsweise ist in diesem Gehäuse auch noch die Leistungselektronik, also die Steuerschaltung, für den Motor angeordnet. Auf diese Weise hat man eine baulich kompakte, an mehreren unterschiedlichen Orten einsetzbare Antriebseinheit, die gegenüber dem Stand der Technik Platz und Gewicht spart. Die Zuordnung der Leistungselektroniken nur zu einem Motor vereinfacht die Verkabelung. Vorzugsweise ist dabei eine Steuerung über einen der im Kraftfahrzeugbereich üblichen Bussysteme vorgesehen. Damit benötigt man nur drei Zuleitungen zu der Antriebseinheit.
Bevorzugt stellt die Steuerschaltung zusätzlich zu der normalen Betriebsspannung auch alternativ eine Überspannung für die Versorgung des Elektromotors zur Verfügung, die normale Betriebsspannung liegt im normalen Fahrzustand des Kraftfahrzeuges vor, der dadurch definiert ist, dass ein Crashsensor kein Signal abgibt, die Überspannung liegt in einem unfallbedingten Fahrzustand am Elektromotor an, nachdem der Sensor ein Signal über einen kritischen Fahrzustand abgegeben hat. Die Überspannung beträgt mindestens das 1,5 fache, vorzugsweise mindestens das Doppelte der normalen Betriebsspannung.
Gerade Kleinmotoren lassen sich sehr rasch auf sehr hohe Drehzahlen bringen. Hier ist ihr geringes Trägheitsmoment von Vorteil. Die Überspannung wird zwar thermisch nur für eine gewisse Zeitspanne vertragen, diese Zeitspanne reicht aber bei Weitem aus, um in Vorbereitung einer Unfallsituation ein Teil eines Kraftfahrzeugsitzes in eine Position zu bringen, die besonders günstig für den Passagier ist.
Die Verstellvorrichtung ist nicht auf eine Verstellvorrichtung für Kraftfahrzeugsitze beschränkt, sie bezieht sich auch auf solche Verstellvorrichtungen des Kraftfahrzeuges, die üblicherweise mit Elektromotoren bestückt werden, beispielsweise die Verstellung eines Lenkrades, eine Fensterhebervorrichtung usw.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Ansprüchen sowie der nun folgenden Beschreibung von nicht einschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispielen der Erfindung, die unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im folgenden näher erläutert werden. In diesen Zeichnungen zeigen:
1: eine perspektivische Darstellung einer motorisch verstellbaren Kopfstütze mit einem Elektromotor, einem Getriebe und einer Steuerschaltung,
2: eine perspektivische Darstellung des Antriebsteils einer Verstellvorrichtung, wie sie ähnlich in 1 eingesetzt ist und
3: ein Schaltbild eines Steuergeräts mit einem Elektromotor.
1 zeigt eine motorisch verstellbare Kopfstütze. Sie hat zwei Holme 20, die jeweils einen Schrägbereich 22 ausbilden. Innerhalb dieses Schrägbereichs 22 wird ein Polsterkörper 24 in x-Richtung nach vorn und zugleich in z-Richtung nach oben verschoben, um ihn näher an den (nicht dargestellten) Kopf eines Passagiers heranbringen zu können. Der Polsterkörper 24 ist in bekannter Weise durch ein mechanisches Stützgerüst (nicht dargestellt) abgestützt. Die Verstellvorrichtung hat einen Elektromotor 26 und ein mit diesem verbundenes Getriebe 28.
Als Elektromotor 26 wird erfindungsgemäß ein Kleinstmotor eingesetzt. Von einem derzeit üblicherweise eingesetzten Elektromotor 26 mit ca. 3000 bis 4000 U/min unterscheidet sich der Kleinstmotor im Gewicht, Volumen und in der Drehzahl. Verglichen wird dabei mit einem heutigen Standardmotor, wie er beispielsweise in Verstellvorrichtungen eingebaut ist, die derzeit von der Anmelderin ausgeliefert werden. Vom Gewicht her ist er weniger als 50% so schwer, vorzugsweise weniger als 25% so schwer wie der Standardmotor. Vom Volumen her nimmt er weniger als 30%, vorzugsweise weniger als 20%, des Raums eines heutigen Standardmotors ein. Die Drehzahl liegt mindestens doppelt so hoch, vorzugsweise mindestens dreimal oder viermal so hoch wie bei dem Standardmotor. Vorzugsweise liegt sie oberhalb 12000 U/min, bevorzugt oberhalb 15.000 U/min und insbesondere oberhalb 17000 U/min, jeweils bei Nennspannung.
Als mechanische Teile hat die Verstellvorrichtung ein erstes Verstellteil 30, das hier als Spindel ausgeführt ist, und ein zweites Verstellteil 32, das hier als Spindelmutter 54 ausgebildet ist. Wenn die Spindel 30 in die Spindelmutter 32 eingeschraubt wird, verkürzt sich der Abstand zwischen einer unteren Abstützung 34 und einer oberen Traverse 36, die mit den Holmen 20 verbunden ist. Dadurch wird der Polsterkörper 24 in die angegebene Richtung bewegt.
Über eine Leitung 38 ist der Elektromotor 26 mit einem Steuergerät 40 verbunden. Über eine Verbindungsleitung ist das Steuergerät 40 mit dem Bordnetz 42 des Kraftfahrzeugs verbunden. Weiterhin ist dem Steuergerät 40 ein Bedienschalter 44 zugeordnet, über den die normale Verstellfunktion im normalen Betriebszustand vom Benutzer betätigt werden kann. Schließlich ist dem Steuergerät 40 ein Sensor 46 zugeordnet. Er ist in bekannter Weise als unfallerfassender Sensor 46 ausgebildet, beispielsweise kann hier ein Sensor 46 verwendet werden, wie er auch für die Auslösung von Airbags verwendet wird. Gemeint ist hier ein Sensor 46, der bei einer gewissen Beschleunigung anspricht, insbesondere auch einen gewissen Verlauf der Beschleunigung berücksichtigt. Andere Möglichkeiten für den Sensor 46 wurden auch bereits schon oben diskutiert.
Wie 2 zeigt, sind Elektromotor 26, Getriebe 28 und auch das Steuergerät 40 in einem gemeinsamen Gehäuse 48 untergebracht. Das Getriebe 28 hat eine auf der Motorausgangswelle angeordnete Schnecke 50, die mit einem Schneckenrad 52 in Eingriff ist. Insbesondere dieses Schneckenrad 52 ist vorzugsweise aus Kunststoff ausgebildet, weitere Zahnräder können ebenso ausgeführt sein. Die Auslegung des Getriebes 28 ist so, dass die zu bewegenden Massen möglichst gering sind. In der gezeigten Ausführung nach 2 ist im Getriebe 28 eine Spindelmutter 54 vorgesehen, die sich relativ zu der Spindel 30 dreht, sie wird vom Elektromotor 26 angetrieben. Damit bleibt die Spindel 30 drehfest. Auch hierdurch werden die zu bewegenden Massen klein gehalten.
Der Elektromotor 26 hat sein eigenes Motorgehäuse 56. Es ist möglich, das Motorgehäuse 56 zumindest teilweise mit dem Gehäuse 48 zu kombinieren. Das Steuergerät 40 ist lediglich für den Elektromotor 26 ausgelegt und hat nicht, wie im Stand der Technik sonst üblich, auch noch weitere Elektromotoren zu versorgen. Dadurch kann es recht klein ausgebildet werden. Es kann über einen Bus (nicht dargestellt) angesteuert werden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Steuergerät 40 unmittelbar mit dem Motorgehäuse 56 verbunden. Dadurch kann dessen Fläche für die Kühlung von Bauelementen benutzt werden.
Das elektrische Diagramm des Steuergerätes 40 ist aus 3 ersichtlich. Bei 42 ist das Steuergerät 40 an das Bordnetz 42 angeschlossen. Über zwei Bedienschalter 44, die üblicherweise im Ausschaltzustand sind, kann wahlweise auf die obere Leitung 58 oder die untere Leitung 60 die Bordnetzspannung, also insbesondere 12 V, gelegt werden, die andere Leitung 60 bzw. 58 bleibt dann auf Masse. Wenn die Kontakte 62, 64 des Relais 66 in der oberen Position sind, ist eine normale Spannungsversorgung des Elektromotors 26 möglich. Gezeigt ist in 3 die Position, in der sowohl der obere Kontakt 62 als auch der untere Kontakt 64 nicht mit den Leitungen 58, 60 in Verbindung ist. Dieser Zustand ist der Ruhezustand des Relais 66, die Relaisspule ist in diesem Zustand nicht stromdurchflossen. Um eine Einstellung in einem normalen Betriebszustand vorzunehmen, wird einer der beiden Bedienschalter 44 betätigt, so dass eine der beiden Leitungen 58, 60 auf 12 Volt liegt. Dann erhält die Spule des Relais 66 über die Diode D1 oder die Diode D2 eine Spannung, die Spule wird erregt und die beiden Kontakte 62, 64 gehen aus der Ruhestellung nach oben, sie sind dann in Kontakt mit den beiden Leitungen 58, 60.
Im Folgenden wird nun der Zustand bei einem Unfall beschrieben: An einer Schaltung 68 zur Spannungsvervielfachung liegt ständig die Bordnetzspannung von z. B. 12 V an, sie produziert ständig eine Ausgangsspannung von n × 12 V. Über einen Schutzwiderstand R1 liegt diese Spannung am Ladekondensator C1 an und lädt diesen auf n × 12 V. Der Kondensator C1 hat einen Wert von einigen Farad, z. B. 2 F. Dadurch liegen am oberen Kontakt 62 und damit auch am Elektromotor 26 ständig n × 12 V an. Der Elektromotor 26 ist jedoch nicht ständig mit Masse verbunden. In die Masseleitung ist ein schneller Schalter T1, insbesondere ein Thyristor oder Schalttransistor, eingefügt, der vom Sensor 46 gesteuert wird. Er ist schneller als das Relais 66. Spricht der Sensor 46 an, wird also der im Sensor 46 abgebildete Schalter geschlossen, schaltet der Schalter T1 durch und verbindet den unteren Pol des Elektromotors 26 mit Masse. Damit liegt am Elektromotor 26 die Spannung n × 12 V an, beispielsweise 48 V, der Elektromotor 26 wird im starken Überlastbetrieb betrieben und betätigt sehr rasch das Getriebe 28 und die nachgeschalteten Teile.
Die Ladung im Kondensator C1 ist so bemessen, dass die Überspannung nur für eine kurze Zeitspanne, beispielsweise 1 s, 0,5 s oder auch nur 100 Millisekunden anliegt. Dann ist die im Kondensator C1 gespeicherte Ladung praktisch erschöpft, der Kondensator ist weitgehend entladen und wird der Elektromotor 26 aufzudrehen.
Unter Nennspannung und Nenndrehzahl wird jeweils der vom Motorhersteller angegebene Wert für einen normalen Betrieb des Elektromotors 26 verstanden.
Unter einem Elektromotor im Sinne des Patentanspruchs 1 wird somit ein Kleinmotor verstanden. Er ist zudem definiert, dass er mindestens eine der folgenden Bedingungen erfüllt:

a) Der Durchmesser des im Wesentlichen zylindrischen Motorgehäuses ist kleiner als 30 mm,
b) die Länge des Motorkörpers ist nicht größer als 50 mm, insbesondere ist die Länge des im Wesentlichen zylindrischen Motorkörpers nicht länger als 50 mm, oder
c) das Gewicht ist kleiner als 150 gr.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 6659548 B1 [0002]
- US 2006/0260424 A1 [0002]
- DE 102005059693 A1 [0002]
- DE 102005050971 A1 [0002]
- DE 102005050223 A1 [0002]

Claims

Verstellvorrichtung für einen Kraftfahrzeugsitz mit einem Elektromotor (26) und einem mit diesem Elektromotor (26) verbundenen Getriebe (28), dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (26) eine Nenndrehzahl von mehr als 12.000 Umdrehungen/min., insbesondere mehr als 15.000 Umdrehungen pro Minute bei Nennspannung hat.
Verstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (26) der Verstellvorrichtung maximal ein halb so viel Gewicht wie ein Elektromotor (26) hat, der eine Nenndrehzahl von etwa 3.000 bis 4.000 Umdrehungen pro Minute hat und nach dem Stand der Technik für die Verstellvorrichtung eingesetzt wird.
Verstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (26) elektronisch kommutiert ist.
Verstellvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Elektromotor (26) und Getriebe (28) in einem gemeinsamen Gehäuse (48) untergebracht sind.
Verstellvorrichtung nach dem vorangegangenen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellvorrichtung eine Steuerschaltung aufweist und dass die Steuerschaltung ebenfalls in dem Gehäuse (48) untergebracht ist.
Verstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (26) ein Volumen hat, das maximal 30%, vorzugsweise maximal 20% der Größe eines Elektromotors (26) nach dem Stand der Technik für eine vergleichbare Verstellvorrichtung und mit einer Nenndrehzahl von 3.000 bis 4.000 Umdrehungen/min beträgt.
Verstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (26) ein Gewicht hat, das maximal 30% des Gewichts, vorzugsweise maximal 20% des Gewichts eines Elektromotors (26) nach dem Stand der Technik für eine vergleichbare Verstellvorrichtung und mit einer Nenndrehzahl von 3.000 bis 4.000 Umdrehungen/min beträgt.
Verstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (26) mindestens eine der folgenden Bedingungen erfüllt: a) Der Durchmesser des im Wesentlichen zylindrischen Motorgehäuses ist kleiner als 30 mm, b) die Länge des Motorkörpers ist nicht größer als 50 mm, insbesondere ist die Länge des im Wesentlichen zylindrischen Motorkörpers nicht länger als 50 mm, oder c) das Gewicht ist kleiner als 150 gr.