-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Meßanordnung einer
Funktionseinheit in einem Kraftfahrzeug gemäß dem
Oberbegriff von Anspruch 1 sowie eine Funktionseinheit in einem
Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Anspruch
14.
-
Die
in Rede stehende Meßanordnung dient der Ermittlung der
Stellung eines Funktionselements der Funktionseinheit. Solche Meßanordnungen
finden sich an den verschiedensten Stellen in einem Kraftfahrzeug,
beispielsweise im Bereich der Kraftfahrzeugschlösser oder
der Antriebe für Türen oder Klappen.
-
Bei
dem bekannten Kraftfahrzeugschloß (
DE 102 39 734 A1 ), von
dem die vorliegende Erfindung ausgeht, ist eine Meßanordnung
vorgesehen, die der Ermittlung der Stellung der Sperrklinke dient.
Hierfür ist an der Sperrklinke eine Permanentmagnetanordnung
vorgesehen, die mit einem Hall-Sensor zusammenwirkt.
-
Bei
dem bekannten Kraftfahrzeugschloß sind sowohl eine Öffnungshilfsfunktion
als auch eine Schließhilfsfunktion realisiert. Hierfür
ist ein einziger Elektromotor vorgesehen, der regelmäßig
als Gleichstrommotor mit Magnetanordnung, meist mit Permanentmagnetanordnung
ausgelegt ist.
-
Nachteilig
bei der bekannten Meßanordnung ist die Tatsache, daß eigens
für die Realisierung der Meßfunktion eine zusätzliche,
material- und fertigungstechnisch aufwendige Permanentmagnetanordnung
vorgesehen sein muß. Im Zusammenhang mit dem Elektromotor
ist weiter nachteilig, daß das auf die Magnetanordnung
des Elektromotors zurückgehende magnetische Streufeld zu
einer Fehlfunktion der gesamten Meßanordnung führen
kann. Vor diesem Hintergrund sind aufwendige Maßnahmen zur
magnetischen Abschirmung des Elektromotors zu treffen.
-
Ein
weiteres bekanntes Kraftfahrzeugschloß (
DE 20 2005 015 687 U1 )
ist mit einer motorischen Zentralverriegelungsfunktion ausgestattet.
Hierbei ist es vorgesehen, daß ein Zentralverriegelungshebel mittels
eines Elektromotors in eine verriegelte und in eine entriegelte
Stellung bringbar ist. Auch hier ist die Ermittlung der tatsächlichen
Stellung des Zentralverriegelungshebels von Interesse. Entsprechend
ist regelmäßig die oben angesprochene Meßanordnung vorgesehen,
die wiederum mit einem entsprechenden Kostenaufwand verbunden ist.
-
Der
Erfindung liegt das Problem zugrunde, die bekannte Meßanordnung
derart auszugestalten und weiterzubilden, daß bei gleichem
Funktionsumfang eine Reduzierung der Herstellkosten erzielbar ist.
-
Das
obige Problem wird bei einer Meßanordnung gemäß dem
Oberbegriff von Anspruch 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden
Teils von Anspruch 1 gelöst.
-
Wesentlich
ist die Erkenntnis, daß das magnetische Streufeld des Elektromotors
der Funktionseinheit zusammen mit einem magnetisch beeinflußbaren
Sensor genutzt werden kann, um die Stellung des Funktionselements
der Funktionseinheit zu ermitteln. Dabei ist die Anordnung so getroffen,
daß der Sensor in Abhängigkeit von der Stellung
des Funktionselements von dem auf die Magnetanordnung des Elektromotors
zurückgehenden magnetischen Streufeld beeinflußt
wird und aus dem Sensorsignal die Stellung des Funktionselements
ermittelbar ist.
-
Vorzugsweise
bewirkt das Funktionselement je nach Stellung eine Abschirmung des
Sensors von dem magnetischen Streufeld des Elektromotors. Aus dem
Grad der Abschirmung läßt sich die Stellung des Funktionselements
ermitteln. Grundsätzlich ist aber auch eine binäre
Abfrage derart möglich, daß nur zwischen dem Zustand ”abgeschirmt” und ”nicht
abgeschirmt” unterschieden wird.
-
Bei
der vorschlagsgemäßen Lösung wird also
vom dem Ziel abgerückt, das magnetische Streufeld des Elektromotors
so weit wie möglich zu reduzieren. Es ist nämlich
erkannt worden, daß gerade dieses Streufeld zur Ermittlung
der Stellung des Funktionselements 1 genutzt werden kann.
Dadurch wird erreicht, daß auf eine zusätzliche,
mit Kosten verbundene Permanentmagnetanordnung vollständig
verzichtet werden kann.
-
Für
die obige abschirmende Wirkung des Funktionselements ist es bei
der bevorzugten Ausgestaltung gemäß Anspruch 3
vorgesehen, daß das Funktionselement zumindest abschnittsweise
magnetisch leitende, vorzugsweise ferromagnetische Eigenschaften
aufweist. Die Ansprüche 4 bis 6 zeigen hierfür
bevorzugte Realisierungsvarianten.
-
Nach
einer weiteren Lehre, der eigenständige Bedeutung zukommt,
wird das obige Problem bei einer Funktionseinheit gemäß dem
Oberbegriff von Anspruch 14 durch die Merkmale des kennzeichnenden
Teils von Anspruch 14 gelöst. Auf die Ausführungen
zu der vorschlagsgemäßen Meßanordnung
darf in vollem Umfange verwiesen werden.
-
Im
folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich Ausführungsbeispiele
darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der
Zeichnung zeigt
-
1 in
ganz schematischer Darstellung die für die Erläuterung
der Erfindung wesentlichen Komponenten einer erfindungsgemäßen
Meßanordnung, a) bei in einer ersten Stellung befindlichem
Funktionselement und b) bei in einer zweiten Stellung befindlichem
Funktionselement, und
-
2 ein
Funktionselement einer Funktionseinheit, die der Meßanordnung
gemäß 1 zugeordnet ist, a) in einer
ersten Ausführungsform und b) in einer zweiten Ausführungsform.
-
Die
in der Zeichnung dargestellte Meßanordnung ist der Funktionseinheit ”Kraftfahrzeugschloß” zugeordnet.
Dies ist nicht beschränkend zu verstehen. Die erfindungsgemäße
Lösung ist auf alle Funktionseinheiten mit verstellbarem
Funktionselement in einem Kraftfahrzeug anwendbar. Bevorzugte Beispiele
hierfür sind Antriebe für Türen oder
Klappen, Schließhilfsantriebe, Sitzverstellungen, Fensterheber,
Außenspiegel, jeweils vorzugsweise motorisch betätigbar.
-
Die
Meßanordnungen dienen jeweils der Ermittlung der Stellung
des zugeordneten Funktionselements 1 der Funktionseinheit,
hier des Kraftfahrzeugschlosses.
-
Hier
und vorzugsweise handelt es sich bei dem Funktionselement 1 um
eine Schloßfalle 1 des Kraftfahrzeugschlosses.
Denkbar ist aber auch, daß es sich bei dem Funktionselement 1 um
eine Sperrklinke, einen Zentralverriegelungshebel, einen Diebstahlsicherungshebel,
einen Kindersicherungshebel o. dgl. handelt.
-
Die
Funktionseinheit, hier das Kraftfahrzeugschloß, ist mit
mindestens einem Elektromotor 2 mit Magnetanordnung 3 ausgestattet.
Der Elektromotor 2 kann der motorischen Verstellung des
Funktionselements 1 selbst dienen. Dies muß aber
nicht so sein. Grundsätzlich kann der Elektromotor 2 irgendeiner Teilfunktion
der Funktionseinheit zugeordnet sein. Vorzugsweise dient der Elektromotor 2 der
motorischen Realisierung der Zentralverriegelungsfunktion, der Diebstahlsicherungsfunktion,
der Kindersicherungsfunktion oder der Open-By-Wire-Funktion. Bei entsprechender
Funktionseinheit kann der Elektromotor entsprechend einem Schließhilfsantrieb
oder einem Antrieb für eine Tür oder Klappe zugeordnet sein.
-
Bei
der Magnetanordnung 3 handelt es sich vorzugsweise um eine
Permanentmagnetanordnung. Grundsätzlich kann es sich bei
der Magnetanordnung 3 aber auch um eine Elektromagnetanordnung handeln,
wie beispielsweise bei einem Reihenschlußmotor vorgesehen
ist.
-
Die
Permanentmagnetanordnung 3 des Elektromotors 2 ist
in 1 schematisch zu erkennen. Bei dem in 1 gezeigten
Elektromotor 2 handelt es sich um einen fremderregten Gleichstrommotor.
-
Der
Darstellung in 1 ist ferner zu entnehmen daß die
Permanentmagnetanordnung 3 nicht nur ein Magnetfeld im
Inneren des Elektromotors 2 erzeugt, das für die
Erzeugung der Antriebskraft bzw. des Antriebsmoments notwendig ist.
Die Permanentmagnetanordnung 3 erzeugt vielmehr zusätzlich
ein magnetisches Streufeld, dessen Größe davon
abhängig ist, inwieweit der Elektromotor 2 magnetisch abgeschirmt
ist. Bei Gleichstrommotoren mit sehr geringer Baugröße
ist es regelmäßig so, daß das Gehäuse
des Gleichstrommotors die einzige magnetische Abschirmmaßnahme
darstellt.
-
Der
Darstellung in 1 ist auch zu entnehmen, daß ein
Sensor 4 vorgesehen ist. Der Sensor 4 dient der
Ermittlung der Stellung des Funktionselements 1.
-
Bei
dem Sensor 4 handelt es sich um einen magnetisch beeinflußbaren
Sensor, der in Abhängigkeit von seiner magnetischen Beeinflussung
Sensorsignale erzeugt. Dies bedeutet nichts anderes, als daß die
Beaufschlagung des Sensors 4 mit einem magnetischen Feld
mit vorbestimmter Richtung zu einer Erzeugung entsprechender Sensorsignale
führt. Beispiele für solche Sensoren 4 sind
Reed-Sensoren oder Hall-Sensoren.
-
Der
Sensor 4 ist nun derart relativ zum Elektromotor 2 angeordnet,
daß der Sensor 4 durch das magnetische Streufeld 2a des
Elektromotors 2 grundsätzlich beeinflußbar
ist. Zusätzlich ist das Funktionselement 1 derart
relativ zum Elektromotor 2 einerseits und zum Sensor 4 andererseits
angeordnet, daß der Sensor 4 vom magnetischen
Streufeld 2a des Elektromotors 2 je nach Stellung
des Funktionselements 1 abgeschirmt wird.
-
Die
Anordnung ist also insgesamt so getroffen, daß der Sensor 4 in
Abhängigkeit von der Stellung des Funktionselements 1 von
dem magnetischen Streufeld 2a des Elektromotors 2 beeinflußt wird
und aus dem Sensorsignal letztlich die Stellung des Funktionselements 1 ermittelbar
ist.
-
Bei
der in 1a) gezeigten Stellung des Funktionselements 1 – Offenstellung
der Schloßfalle 1 – durchdringen die
Feldlinien des magnetischen Streufelds 2a des Elektromotors 2 den
Sensor 4 und sorgen dafür, daß der Sensor 4 entsprechend
beeinflußt wird, vorzugsweise schaltet. Bei der in 1b) gezeigten Stellung des Funktionselements 1 – Hauptschließstellung
der Schloßfalle 1 – schirmt das Funktionselement 1 den
Sensor 4 gegenüber den Feldlinien des magnetischen
Streufelds 2a des Elektromotors 2 ab, so daß der
Sensor 4 unbeeinflußt bleibt, hier also nicht
schaltet. Aus der Schaltstellung des Sensors läßt
sich also die Stellung des Funktionselements 1, hier der
Schloßfalle 1, ermitteln.
-
Bei
einigen hier in Rede stehenden Funktionselementen 1 ist
es so, daß das Funktionselement 1 fast immer in
einer bestimmten Stellung – Dauerstellung – steht
und nur für kurze Zeiträume in eine andere Stellung – Kurzzeitstellung – verstellt
wird. Dann ist es insbesondere bei der Verwendung eines mechanisch schaltenden
Sensors 4 vorgesehen, daß der Sensor 4 bei
in der Dauerstellung befindlichem Funktionselement 1 vom
magnetischen Streufeld 2a des Elektromotors 2 abgeschirmt
ist und nur bei in der Kurzzeitstellung befindlichem Funktionselement 1 vom
magnetischen Streufeld 2a des Elektromotors 2 durchdrungen
ist. Angesichts der Tatsache, daß das magnetischen Streufeld 2a des
Elektromotors 2 in der Regel nicht allzu stark sein wird,
kann dadurch vermieden werden, daß es beispielsweise durch
Vibrationen während des Fahrbetriebs, in dem das Funktionselement 1 regelmäßig
in der Dauerstellung stehen wird, zu einer Fehlstellung im Sensor
und damit zu einer fehlerhaften Ermittlung der Stellung des Funktionselements 1 kommt.
-
Hier
und vorzugsweise ist die Anordnung entsprechend so getroffen, daß der
Sensor 4 nur bei in der Hauptschließstellung – Dauerstellung – befindlicher
Schloßfalle 1 vom magnetischen Streufeld 2a des
Elektromotors 2 durchdrungen ist und dort für eine
entsprechende Beeinflussung sorgt.
-
In
bevorzugter Ausgestaltung handelt es sich bei dem Sensor 4 wie
oben angedeutet um einen schaltenden Sensor. Grundsätzlich
kann es sich hierbei aber auch um einen vorzugsweise kontinuierlich messenden
Sensor 4 handeln, mit dem entsprechend eine Erhöhung
der Genauigkeit bei der Ermittlung der Stellung des Funktionselements 1 möglich ist.
Die Sensorsignale können dann in digitaler oder analoger
Form erzeugt werden.
-
Es
wurde schon erläutert, daß hier und vorzugsweise
die Funktionseinheit ein Kraftfahrzeugschloß des Kraftfahrzeugs
ist. Ferner ist hier und vorzugsweise das Funktionselement 1 eine
Schloßfalle, eine Sperrklinke, ein Zentralverriegelungshebel,
ein Diebstahlsicherungshebel o. dgl. des Kraftfahrzeugschlosses.
Es wurde auch erläutert, daß die Funktionseinheit
ein Antrieb für eine Tür oder Klappe, ein Schließhilfsantrieb,
eine Sitzverstellung, ein Fensterheber, ein Außenspiegel
o. dgl. sein kann. Zahlreiche andere Anwendungsbereiche sind denkbar.
-
In
besonders bevorzugter Ausgestaltung ist es nun vorgesehen, daß das
Funktionselement 1, vorzugsweise eine Ausformung 1a des
Funktionselements 1, zumindest abschnittsweise magnetisch
leitende, vorzugsweise ferromagnetische Eigenschaften aufweist,
so daß das Funktionselement 1 in Abhängigkeit
von dessen Stellung eine Abschirmung des Sensors 4 von
dem magnetischen Streufeld des Elektromotors 2 bewirkt.
Grundsätzlich kann es aber auch vorgesehen sein, daß das
Funktionselement 1 mit einem die obigen Eigenschaften aufweisenden Element
antriebstechnisch gekoppelt ist, so daß dieses zusätzliche
Element die gewünschte Abschirmung bewirken kann.
-
Eine
besonders kompakte Ausgestaltung läßt sich dadurch
erreichen, daß das Funktionselement 1 zur Erzeugung
der magnetisch leitenden Eigenschaften selbst zumindest abschnittsweise
magnetisch leitend ausgestaltet ist. Dies ist beispielsweise der
Fall, wenn das Funktionselement 1 insgesamt oder abschnittsweise
aus einem magnetisch leitenden Blech besteht.
-
Denkbar
ist aber auch, daß das Funktionselement 1 zur
Erzeugung der magnetisch leitenden Eigenschaften ein magnetisch
leitendes Element, beispielsweise ein magnetisch leitendes Blech,
trägt. Hier könnte es beispielsweise vorgesehen
sein, daß das Funktionselement 1 als Kunststoffelement
ausgestaltet ist, in das ein entsprechendes Element mit magnetisch
leitenden Eigenschaften eingebettet ist, beispielsweise kann ein
magnetisch leitendes Blech in das Funktionselement 1 eingespritzt
sein. Es kann auch vorteilhaft sein, daß magnetisch leitende
Partikel, beispielsweise eines entsprechenden Granulats, in dem
im übrigen aus Kunststoff bestehenden Funktionselement 1 verteilt
sind.
-
Eine
andere bevorzugte Variante zur Erzeugung der magnetisch leitenden
Eigenschaften besteht darin, daß das Funktionselement 1 zumindest abschnittsweise
mit einem magnetisch leitenden Material beschichtet, vorzugsweise
bedampft, ist.
-
Zwei
bevorzugte Ausgestaltungen für den magnetisch leitenden
Abschnitt, hier die magnetisch leitende Ausformung 1a des
Funktionselements 1 zeigen 2a) und 2b). Bei der in 2a) gezeigten
Ausgestaltung ist das Funktionselement 1 mit einem Paddel 1a ausgestattet,
das entsprechend magnetisch leitende Eigenschaften aufweist. Die
in 2b) gezeigte Ausgestaltung ist gewissermaßen komplementär
zu der in 2a) gezeigten Ausgestaltung.
Dort ist der magnetisch leitende Abschnitt als Scheibe ausgestaltet,
die mit einer Ausnehmung 1b versehen ist. Dabei ist die
Ausnehmung 1b groß genug bemessen, um die abschirmende
Wirkung der Scheibe in einer vorbestimmten Stellung des Funktionselements 1 aufzuheben
oder zumindest zu reduzieren. Es können auch mehre re Ausnehmungen 1b vorgesehen
sein. Für die konstruktive Auslegung der Ausnehmung(en)
sind zahlreiche Varianten denkbar.
-
Auch
für die Ausgestaltung des magnetisch beeinflußbaren
Sensors 4 sind zahlreiche vorteilhafte Varianten denkbar.
Als besonders vorteilhaft hat sich in der Praxis die Ausgestaltung
des Sensors 4 als Reed-Sensor oder als Hall-Sensor herausgestellt.
-
Der
optimalen Anordnung der Komponenten Elektromotor 2, Funktionselement 1 und
Sensor 4 zueinander kommt für den Betrieb der
Meßanordnung besondere Bedeutung zu. Regelmäßig
wird zwischen dem Elektromotor 2 und dem Sensor 4 ein Zwischenraum 5 vorgesehen
sein. Angesichts der geringen magnetischen Feldstärke des
magnetischen Streufeldes des Elektromotors 2 handelt es sich
bei diesem Zwischenraum 5 vorzugsweise nur um einen Spalt 5 von
geringer Breite. Vorzugsweise liegt die Breite des Spalts 5 unter
ca. 5 mm, weiter vorzugsweise unter ca. 3 mm, weiter vorzugsweise bei
ca. 2 mm.
-
Vorzugsweise
ist es nun vorgesehen, daß das Funktionselement 1 derart
in den Zwischenraum 5 bzw. in den Spalt 5 hinein
verstellbar ist, daß das Funktionselement 1 eine
Abschirmung des Sensors 4 von dem magnetischen Streufeld
des Elektromotors 2 bewirkt. Das Funktionselement 1 ist
im Hinblick auf seine Breite der Breite des Spaltes 5 anzupassen.
-
In
besonders bevorzugter Ausgestaltung ist es vorgesehen, daß die
Funktionseinheit ein Kunststoffgehäuse aufweist, das – jedenfalls – den
Elektromotor 2 und das Funktionselement 1 aufnimmt.
Mit der Realisierung eines Kunststoffgehäuses lassen sich
zahlreiche vorteilhafte Varianten der Anordnung von Elektromotor 2,
Funktionselement 1 und Sensor 4 realisieren.
-
Die
Realisierung eines elektrischen Stanzgitters in oder auf einer Wandung
des Kunststoffgehäuses führt hier zu ganz besonderen
Vorteilen. Ein erster Vorteil besteht darin, daß der Sensor 4 elektrisch über
das Stanzgitter angeschlossen werden kann. Insbesondere bei dieser
Anordnung ist es weiter vorzugsweise so, daß der Sensor 4 zumindest
zum Teil in das Kunststoffgehäuse eingelassen ist. Eine
besonders hohe Kompaktheit läßt sich dadurch erreichen,
daß der Sensor 4 vollständig in das Kunststoffgehäuse
eingelassen ist.
-
Das
Kunststoffgehäuse weist vorzugsweise eine Ausformung zur
Aufnahme des Elektromotors 2 auf. Bei dieser Ausformung
kann es sich um eine Art Erhöhung od. dgl. handeln. Dabei
ist es vorzugsweise so, daß der Sensor 4 in diese
Ausformung integriert ist. Ferner weist die Ausformung einen entsprechenden
Spalt 5 zwischen Elektromotor 2 und Sensor 4 auf,
in den das Funktionselement 1 hinein verstellt werden kann.
-
Die
Realisierung eines Spaltes 5 zwischen dem Elektromotor 2 und
dem Sensor 4 führt selbstredend dazu, daß diese
beiden Komponenten in unmittelbarer Nähe zueinander angeordnet
sein müssen. In manchen Anwendungsfällen läßt
sich dies nicht ohne weiteres realisieren. Daher ist vorzugsweise eine
magnetische Leitblechanordnung vorgesehen, die eine Leitung eines
Teils des magnetischen Flusses der Permanentmagnetanordnung in den
Erfassungsbereich des Sensors 4 leitet. In besonders kompakter
Ausgestaltung ist die magnetische Leitblechanordnung Bestandteil
des oben angesprochenen elektrischen Stanzgitters.
-
Es
darf ausdrücklich darauf hingewiesen werden, daß mit
der vorschlagsgemäßen Meßanordnung die
Stellungen jeglicher Funktionselemente 1 jeglicher Funktionseinheiten
in einem Kraftfahrzeug ermittelbar sind. Dazu gehören nicht
nur um eine Schwenkachse 6 schwenkbare, sondern auch linear verschiebbare
Funktionselemente 1.
-
Bei
den oben erläuterten Ausführungsbeispielen ist
es so, daß das Funktionselement 1 gegenüber
dem magnetischen Streufeld 2a des Elektromotors 2 abschirmend
wirkt. Alternativ oder zusätzlich kann es aber vorteilhaft
sein, das Funktionselement 1 mit einem Permanentmagneten
auszustatten, dessen Magnetfeld das magnetische Streufeld 2a des Elektromotors 2 je
nach Stellung des Funktionselements 1 im Erfassungsbereich
des Sensors 4 verstärkt oder abschwächt.
-
Es
wurde weiter oben angesprochen, daß es sich bei dem Elektromotor 2 vorzugsweise
um einen elektrischen Gleichstrommotor handelt. Grundsätzlich
ist aber jeder Elektromotor anwendbar, der ein entsprechendes magnetisches
Streufeld erzeugt.
-
Der
vorschlagsgemäßen Meßanordnung ist vorzugsweise
eine elektronische Steuerung 7 zugeordnet, die in der Zeichnung
nur schematisch dargestellt ist. Diese Steuerung 7 kann
auch Bestandteil einer übergeordneten Kraftfahrzeugsteuerung
sein.
-
Schließlich
darf noch darauf hingewiesen werden, daß die vorschlagsgemäße
Lösung auch dafür genutzt werden kann, den Zustand
des Elektromotors 2, insbesondere den Zustand der Magnetanordnung 3 des
Elektromotors 2, zu überwachen. Bekanntlich unterliegen
Elektromotoren 2 und insbesondere deren Magnetanordnungen 3 Alterungsprozessen,
die sich in einer Veränderung des magnetischen Streufelds 2a äußern
können. Soweit es sich bei dem Sensor 4 um einen
vorzugsweise kontinuierlich messenden Sensor 4 handelt,
kann beispielsweise eine auf einen obigen Alterungsprozeß zurückgehende
Abschwächung des magnetischen Streufeldes 2a ohne
weiteres erfaßt werden.
-
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
-
- - DE 10239734
A1 [0003]
- - DE 202005015687 U1 [0006]