DE102009002492B4

DE102009002492B4 - Drehwertgeber mit koaxial gelagertem Geberrad

Info

Publication number: DE102009002492B4
Application number: DE102009002492.1A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Wolf Hubert
Original assignee: Preh GmbH
Current assignee: Preh GmbH
Priority date: 2008-04-21
Filing date: 2009-04-20
Publication date: 2014-04-17
Anticipated expiration: 2029-04-21
Also published as: DE102009002492A1

Abstract

Drehwertgeber für eine Antriebswelle, aufweisend eine sich zwischen zwei Maximalstellungen hin- und herdrehende Antriebswelle (2); ein drehbar gelagertes Geberrad (4), wobei das Geberrad (4) auf der Antriebswelle (2) und koaxial mit dieser gelagert ist; ein Detektor zur Detektion der Drehstellung des Geberrades (4); ein Untersetzungsgetriebe (3, 5, 11, 12, 13) zur Übertragung der Drehbewegung der Antriebswelle (2) auf das Geberrad (4), wobei das Untersetzungsgetriebe (3, 5, 11, 12, 13) ein zweistufiges Exzentergetriebe ist, das ein um die Achse der Antriebswelle (2) taumelndes Exzenterrad (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das taumelnde Exzenterrad (3) eine erste Außenverzahnung (11) aufweist, die in eine Innenverzahnung eines demgegenüber ortsfesten Hohlrades (5) eingreift und dass an dem Geberrad (4) ein Innenzahnkranz vorgesehen ist, mit der das Exzenterrad (3) mit der ersten (11) oder einer zweiten Außenverzahnung in Eingriff steht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Drehwertgeber für eine Antriebswelle. Bei den bekannten Drehwertgebern, insbesondere wenn es sich um Absolutwertgeber handelt, ergeben sich insbesondere Probleme, wenn die Antriebswelle, deren Drehstellung es zu detektieren gilt, viele Umdrehungen zurücklegt. Es ist daher bekannt, Untersetzungsgetriebe vorzusehen, um die Drehbewegung der Antriebswelle auf den Messbereichsumfang des Drehwertgebers zu untersetzen. Ein Beispiel einer derartigen Anordnung ist aus der DE 10138463 C1 bekannt. Dabei ist das Geberrad nachteilig nicht koaxial sondern achsenparallel zur Antriebswelle angeordnet, wodurch die Anordnung vergleichsweise voluminös ausfällt. Ferner ist es bekannt, einen Absolutwertgeber an dem zusätzlichem Wellenende einer Elektromotorwelle anzuflanschen, das das zum eigentlichen antreibenden Ende entgegen gesetzte Wellenende der Motorwelle ist, damit der Absolutwertgeber neben der Detektion nicht zusätzlich der verschleißträchtigen Kraftübertragung dienen muss.
Aus der DE 196 17 227 C1 ist ein Drehwertgeber gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt.
Vor dem Hintergrund der oben beschriebenen Nachteile des Standes der Technik ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Drehwertgeber bereitzustellen, der vergleichsweise kompakt ausfällt und verschleißarm ist. Diese Aufgabe wird durch einen Drehwertgeber gemäß Anspruch 1 gelöst. Eine entsprechend vorteilhafte elektromotorische Antriebsvorrichtung sowie ein vorteilhaftes Kraftfahrzeug sind Gegenstand der nebengeordneten Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen.
Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, charakterisiert und spezifiziert die Erfindung zusätzlich.
Der erfindungsgemäße Drehwertgeber für eine Antriebswelle weist eine zwischen zwei Maximalstellungen hin- und herbewegende Antriebswelle auf, die der Drehkraftübertragung einer Antriebseinheit, beispielsweise eines Elektromotors auf eine Funktionseinheit dient. Beispielsweise handelt es sich bei der Funktionseinheit, um eine Öffungs- und Schließmechanik eines motorisch zu bewegenden Türflügels oder eine Klappe. Erfindungsgemäß sind ferner ein drehbar gelagertes Geberrad und ein zu-gehöriger Detektor zur Detektion der Drehstellung des Geberrades vorgesehen. Hinsichtlich der Ausgestaltung des Geberrades und des Detektors ist die Erfindung nicht eingeschränkt. Beispielsweise kann es sich um ein Potentiometer handeln, dessen drehbeweglicher Kontaktschleifer mit dem Geberrad zusammenwirkt, um ein Verschieben des Kontaktschleifers zu bewirken. Es kann sich auch um einen optischen Encoder handeln, der optisch die Drehstellung des Geberrades detektiert. Bevorzugt handelt es sich bei dem Detektor um einen oder mehrere Hallsensoren, der bzw. die die Lageänderung eines sich synchron mit dem Geberrad drehenden Magnetfeldes detektieren. Beispielsweise ist wenigstens ein Permanentmagnet am Geberrad vorgesehen.
Erfindungsgemäß ist ein Untersetzungsgetriebe zur Übertragung der Drehbewegung auf das Geberrad vorgesehen, um die vergleichsweise vielen Umdrehungen der Antriebswelle auf möglichst eine oder weniger als eine Umdrehung des Geberrades zu reduzieren. Dies vereinfacht die Detektion. Beispielsweise handelt es sich bei dem Untersetzungsgetriebe um ein Planetengetriebe. Der erfindungsgemäße Drehwertgeber zeichnet sich dadurch aus, dass das Geberrad auf der Antriebswelle und koaxial mit dieser gelagert ist. Durch die Koaxialität wird eine kompakte Ausgestaltung des Drehwertgebers erreicht. Bevorzugt liegt die Untersetzung des Untersetzungsgetriebes im Bereich von 20:1 bis 50:1, beispielsweise 40:1. Die Untersetzung ist bevorzugt so gewählt, dass das Geberrad eine Umdrehung um 360° oder weniger während der Drehung der Antriebswelle von einer Maximalstellung zur anderen zurücklegt.
Bevorzugt durchdringt die Antriebswelle den Drehwertgeber, so dass ein Ende der Antriebswelle angetrieben wird und das entgegen gesetzte Ende eine Funktionseinheit antreibt. Dadurch kann der erfindungsgemäße Drehwertgeber in den Antriebsverlauf integriert und das Antriebsmoment durch die Antriebswelle des Drehwertgebers übertragen werden. Da die weiteren Komponenten, wie das Untersetzungsgetriebe, des Drehwertgeber, abgesehen von der Antriebswelle, nicht der Kraftübertragung auf die Funktionseinheit dienen, ist der erfindungsgemäße Drehwertgeber gegenüber Verschleiß besonders unanfällig, aber gleichzeitig sehr kompakt.
Erfindungsgemäß handelt es sich bei dem Untersetzungsgetriebe um ein zweistufiges Exzentergetriebe. Dadurch kann eine besonders hohe Untersetzung bei gleichzeitig einer geringen Anzahl an beweglichen Teilen erreicht werden. Dadurch wird der erfindungsgemäße Drehwertgeber besonders verschleißarm und arbeitet sehr präzise. Darüber hinaus wird durch die geringe Anzahl miteinander zusammenwirkender Teile und dem funktionsbedingt dabei vorzusehendem Spiel, das Gesamtspiel des erfindungsgemäßen Drehwertgebers verringert. Zudem zeichnen sich Exzentergetriebe durch besonders geringe Abmessungen, Drehspielarmut und hohe Drehsteifigkeit aus. Erfindungsgemäß ist die zweite Stufe vorgesehen, um die Orbitierbewegung der ersten Stufe zurück in eine Drehbewegung letztlich des Geberrades umzuwandeln. Exzentergetriebe sind beispielsweise aus der DE 37 05 668 A1 und der DE 29 18 252 A1 bekannt, die hiermit durch Bezugnahme umfasst sind.
Das zweistufige Exzentergetriebe umfasst erfindungsgemäß ein um die Achse der Antriebswelle taumelndes Exzenterrad, dessen Bewegung in die Drehbewegung des Geberrades umgesetzt wird. Beispielsweise ist das Exzenterrad auf einer exzentrisch ausgebildeten Auskragung der Antriebswelle gelagert. Durch die Lagerung des Exzenterrades und des Geberrades auf der Antriebswelle wird ein besonders kompakter Aufbau des erfindungsgemäßen Drehwertgebers erreicht.
Erfindungsgemäß weist das taumelnde Exzenterrad eine erste Außenverzahnung auf, die in eine Innenverzahnung eines demgegenüber ortsfesten Hohlrades eingreift. Bevorzugt ist das Hohlrad einstückig mit einem Gehäuse ausgebildet oder verbunden.
Erfindungsgemäß ist an dem Geberrad ein Innenzahnkranz vorgesehen, mit der das Exzenterrad mit der ersten oder einer zweiten Außenverzahnung in Eingriff steht. Beispielsweise weist das Exzenterrad eine einzige Außenverzahnung auf und diese weist in Axialrichtung eine solche Ausdehnung auf, dass sie sowohl mit der Innenverzahnung des Hohlrads als auch des Geberrads in Eingriff steht. Dadurch kann das Exzenterrad einfach hergestellt werden. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung, bei der das Geberrad und damit der Drehwertgeber kompakt ausfallen, weist die zweite Außenverzahnung einen kleineren Kopfkreismesser als die erste Außenverzahnung auf. Aufgrund der geometrischen Vorteile der Innenverzahnungen werden ein sehr günstiges Verschleißverhalten und eine sichere Reproduzierbarkeit der Drehstellungsdetektion erreicht. Bevorzugt sind der Kopfkreisdurchmesser und die Zähnezahl der ersten Außenverzahnung und der zweiten Außenverzahnung, soweit vorhanden, kleiner als die der zugehörigen Innenverzahnung, mit der die jeweilige Außenverzahnung in Eingriff steht.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Detektor so ausgelegt, dass das Detektionsergebnis remanent hinterlegt ist. Beispielsweise handelt es sich bei dem Detektor um einen solchen, bei dem bauartbedingt die Stellungsinformation nicht verloren geht, wie bei einem elektromagnetischen Detektor oder einem Potentiometer. Es können auch Speichermittel vorgesehen sein, um die Stellungsinformation nicht flüchtig zu hinterlegen.
Bevorzugt handelt es ich um einen Absolutwertgeber, d. h. der Detektor und das Geberrad sind so ausgelegt, dass der Absolutwert der Drehung als Detektionsergebnis ausgegeben wird, da eine eindeutige Zuordnung zwischen möglicher Drehstellung und Detektionsergebnis ermöglicht ist, weil beispielsweise der mögliche Drehumfang des Geberrads weniger als 360° beträgt. Der erfindungsgemäße Absolutwertgeber kann aber auch mit optischen Encodern kombiniert sein, die in der Lage sind Mehrfachdrehungen des Geberrades absolut zu detektieren.
Die Erfindung betrifft ferner eine elektromotorische Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, die einen Drehwertgeber in einer der zuvor beschriebenen Ausgestaltungen aufweist.
Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit dem erfindungsgemäßen Drehwertgeber in einer der zuvor beschriebenen vorteilhaften Ausgestaltungen.
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren besonders bevorzugte Ausführungsvarianten der Erfindung zeigen, diese jedoch nicht darauf beschränkt ist. Es zeigen schematisch:
1: eine perspektivische Explosionsansicht eines Teils des erfindungsgemäßen Drehgebers;
2: eine weitere perspektivische Explosionsansicht des erfindungsgemäßen Drehgebers aus einer anderen Betrachtungsrichtung.
In den 1 und 2 ist ein Drehgeber gezeigt, der eine zentrale Antriebsachse 2 aufweist. Die Antriebsachse 2 dient der Drehkraftübertragung von einem nicht dargestellten Antriebsmotor, wie einem Elektromotor, auf eine nicht dargestellte Funktionseinheit, wie einer Öffnungs- bzw. Schließmechanik eines Türflügels oder einer Heckklappe oder Dergleichen. Die zentrale Antriebsachse legt beispielsweise, je nach Ausgestaltung der Öffnungs- bzw. Schließmechanik etwa 20 bis 50 Umdrehungen zwischen den jeweiligen Maximalstellungen zurück. Die Achse 2 weist zur Verbindung mit einer Öffnungs- bzw. Schließmechanik Mittel zur form-schlüssigen Verbindung 8 mit einer weiteren Antriebsachse der Öffnungs- bzw. Schließmechanik auf. Wie gezeigt, ist beispielsweise ein einseitig abgeflachter Hohlraum 8 vorgesehen. Die Achse 2 ist mit ihrem Ende 7 in einem Durchbruch 6 des mit dem Kraftfahrzeug verbundenen Gehäuses 1 eingeführt und in diesem drehbar gelagert. Die Welle 2 weist ferner eine bezogen auf die Achse der Welle 2 exzentrisch ausgebildete Auskragung 9 auf. Die Auskragung 9 dient der exzentrischen Lagerung des Exzenterrades 3. Auf dem anderen Ende 15 der Welle 2 ist ein Geberrad 4 drehbar gelagert, indem dieses mit seiner Bohrung 16 auf die Welle 2 aufgesetzt wird. Das Geberrad 4 weist einen oder mehrere Magneten 14 auf. Die durch die Drehbewegung des Geberrades 4 verursachte Lageänderung des zugehörigen Magnetfeldes wird durch einen im Bereich des Geberrades 4 angeordneten, nicht dargestellten Detektor, beispielsweise einen Hallsensor, detektiert. Zur Übertragung der Drehbewegung der Antriebswelle 2 auf das Geberrad 4 ist ein Untersetzungsgetriebe in Form eines zweistufigen Exzentergetriebes 5, 11, 12, 13 vorgesehen. Die erste Stufe des Exzentergetriebes wird durch die Außenverzahnung 11 des auf der Auskragung 9 mit seiner Bohrung 10 gelagerten Exzenterrades 3 gebildet, wobei die Außenverzahnung 11 in Eingriff mit der Innenverzahnung des Hohlrades 5 steht. Das Hohlrad 5 ist einstückig mit dem Gehäuse 1 ausgebildet. Durch die exzentrische Lagerung des Exzenterrades 3, das mit der Innenverzahnung des Hohlrades 5 kämmt, führt das Exzenterrad 3 eine stark untersetzte Taumelbewegung um die Achse der Welle 2 aus. Zur Enttaumelung, d. h. zur Rückwandlung der Taumelbewegung in eine Drehbewegung, ist die zweite Stufe des Exzentergetriebes aus der Außenverzahnung 12 des Exzenterrades 3 und der Innenverzahnung 13 des Geberrades 4 vorgesehen, die miteinander in kämmendem Eingriff stehen, wobei durch die mit der Welle 2 koaxiale Lagerung des Geberrades 4 dessen taumelfreie und stark untersetzte Drehbewegung erreicht wird, wobei dessen Drehstellung durch den Detektor detektierbar ist.

Claims

Drehwertgeber für eine Antriebswelle, aufweisend eine sich zwischen zwei Maximalstellungen hin- und herdrehende Antriebswelle (2); ein drehbar gelagertes Geberrad (4), wobei das Geberrad (4) auf der Antriebswelle (2) und koaxial mit dieser gelagert ist; ein Detektor zur Detektion der Drehstellung des Geberrades (4); ein Untersetzungsgetriebe (3, 5, 11, 12, 13) zur Übertragung der Drehbewegung der Antriebswelle (2) auf das Geberrad (4), wobei das Untersetzungsgetriebe (3, 5, 11, 12, 13) ein zweistufiges Exzentergetriebe ist, das ein um die Achse der Antriebswelle (2) taumelndes Exzenterrad (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das taumelnde Exzenterrad (3) eine erste Außenverzahnung (11) aufweist, die in eine Innenverzahnung eines demgegenüber ortsfesten Hohlrades (5) eingreift und dass an dem Geberrad (4) ein Innenzahnkranz vorgesehen ist, mit der das Exzenterrad (3) mit der ersten (11) oder einer zweiten Außenverzahnung in Eingriff steht.
Drehwertgeber gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Antriebswelle (2) den Drehwertgeber durchdringt, so dass ein Ende (7) und das entgegengesetzte Ende (15) der Antriebswelle (2) angetrieben wird.
Drehwertgeber gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Hohlrad (5) einstückig mit einem Gehäuse (1) ausgebildet oder verbunden ist.
Drehwertgeber gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kopfkreisdurchmesser und die Zähnezahl der ersten Außenverzahnung (11) und der zweiten Außenverzahnung (12), soweit vorhanden, kleiner als die der zugehörigen Innenverzahnung (5, 13) ist, mit der die jeweilige Außenverzahnung (11, 12) in Eingriff steht.
Drehwertgeber gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Untersetzung des Untersetzungsgetriebes (3, 5, 11, 12, 13) im Bereich von 20:1 bis 50:1.
Drehwertgeber gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Detektor so ausgelegt ist, dass das Detektionsergebnis remanent hinterlegt ist.
Drehwertgeber gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Detektor und das Geberrad (4) so ausgelegt sind, dass der Absolutwert der Drehung des Geberrades (4) als Detektionsergebnis ausgegeben wird.
Elektromotorische Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, aufweisend einen Drehwertgeber gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
Kraftfahrzeug, aufweisend einen Drehwertgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7.