DE102010001206A1

DE102010001206A1 - Verstellvorrichtung und verstellbare Kraftfahrzeugkomponente

Info

Publication number: DE102010001206A1
Application number: DE102010001206A
Authority: DE
Inventors: Gerd 72827 Gottwald; Ingo 70565 Kerkamm; Klaus 74343 Skrobanek
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-01-26
Filing date: 2010-01-26
Publication date: 2011-07-28

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verstellvorrichtung (10; 10a), mit einem in zwei voneinander unabhängigen Richtungen zu verstellenden Element (33; 45), wobei das Element (33; 45) mit einem Übertragungsmechanismus (30) mit einem Verstellantrieb gekoppelt ist. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass der Verstellantrieb einen einzigen Piezoaktor (12) aufweist, dass der Piezoaktor (12) wenigstens ein scheibenförmiges Piezoelement (17) aufweist, das in einer senkrecht zur Wirkungsrichtung des Piezoaktors (12) verlaufenden Ebene in Segmente (20 bis 23) unterteilt ist und, dass die Segmente (20 bis 23) einzeln ansteuerbar sind.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Verstellvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine derartige Verstellvorrichtung ist aus der nachveröffentlichten DE 10 2009 000 777 A1 der Anmelderin bekannt. Bei der bekannten Verstellvorrichtung ist diese dazu ausgebildet, insbesondere einen Außenspiegel eines Kraftfahrzeugs in zwei voneinander unabhängige Richtungen zu verstellen. Hierzu sind erfindungsgemäß drei, in gleichmäßigen Winkelabständen zueinander angeordnete Piezoaktoren vorgesehen, die über eine entsprechende Ansteuerung eine Verstellung des Außenspiegels bewirken. Weiterhin ist in der Schrift angesprochen, dass ein derartiger Verstellmechanismus auch mit zwei oder mehr als drei Piezoaktoren denkbar ist.
Aus der WO 03/090338 A2 (3) ist ferner ein Piezomotor mit einem einzigen Piezoaktor bekannt, der an einem Element eine rotatorische oder translatorische Bewegung erzeugt.
Offenbarung der Erfindung
Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Verstellvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass diese mit besonders geringem Aufwand, insbesondere unter Verwendung nur eines einzigen Piezoaktors, eine Verstellung eines Elementes in zwei voneinander unabhängige Richtungen ermöglicht. Diese Aufgabe wird bei einer Verstellvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Der Erfindung liegt dabei die Idee zugrunde, durch eine Unterteilung der Piezoelemente des Piezoaktors in unterschiedliche Segmente diese derart ansteuern zu können, dass damit bei einem einzigen Piezoaktor ein Verstellantrieb ermöglicht wird, der mittels eines Übertragungsmechanismus eine Verstellung in zwei voneinander unabhängige Richtungen ermöglicht.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in den Ansprüchen, der Beschreibung und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass vier Segmente vorgesehen sind, die in jeweils 90° zueinander versetzt angeordnet sind. Dadurch lässt sich insbesondere eine lineare Ansteuerung des Elements bzw. Bewegung des Elements in zwei senkrecht zueinander angeordnete Richtungen erzielen. Dies ist beispielsweise bei einem Fahrzeugaußenspiegel bzw. einem Frontscheinwerfer erforderlich, welcher nach links bzw. rechts sowie nach unten und oben verstellt werden soll.
Zur Ansteuerung ist es dabei insbesondere vorgesehen, dass eine Steuereinrichtung vorhanden ist, die die einzelnen Segmente zeitlich versetzt oder mehrere, insbesondere gegenüberliegend angeordnete Segmente zeitlich gleichzeitig ansteuert. Somit lassen sich die gewünschten Bewegungen des Elements in zwei voneinander unabhängige Richtungen auf einfache Art und Weise erzielen.
In einer konstruktiven Umsetzung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Übertragungsmechanismus einen Übertragungsstößel aufweist, dass das wenigstens eine Piezoelement im Querschnitt ringförmig ausgebildet ist und, dass der Übertragungsstößel insbesondere konzentrisch zu dem Piezoaktor angeordnet ist und mit seinem dem Piezoaktor abgewandten Ende mit einer Kontaktoberfläche des Elements zusammenwirkt. Durch diese Ausbildung wird ein besonders kompakter und somit raumsparender Aufbau der Verstellvorrichtung ermöglicht, die darüber hinaus einen relativ einfachen Aufbau aufweist.
Um insbesondere eine Selbstverstellung des zu verstellenden Objekts bei einer Nichtbeaufschlagung des Elements mit einer Kraft des Übertragungsmechanismus zu vermeiden ist es darüber hinaus vorteilhaft, wenn zwischen der Kontaktoberfläche und dem Ende des Übertragungsstößels ein unter Vorspannung herrschender Anlagekontakt ausgebildet ist.
In einer weiteren, besonders einfach ausgebildeten Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Kontaktoberfläche gewölbt ausgebildet ist. Dadurch wird die Bewegung des Stößelelements in die gewünschte Schwenk- bzw. Kippbewegung umgesetzt ohne, dass dazu weitere Elemente eines Übertragungsmechanismus erforderlich sind.
In einer alternativen Ausgestaltung hierzu ist es auch möglich, dass der Übertragungsstößel in einem Lagerelement gelagert ist, das zwischen dem Piezoaktor und dem dem Piezoaktor gegenüberliegenden Ende eine Übertragungselements angeordnet ist, dass das Übertragungselement in dem Lagerelement translatorisch und schwenkbar gelagert ist und, dass sich der Piezoaktor mit seinem Übertragungsstößel an einer ortsfesten, insbesondere eben ausgebildeten Übertragungsplatte abstützt.
Besonders bevorzugt ist es, wenn das Element ein Außenspiegel oder ein Frontscheinwerfer eines Kraftfahrzeugs ist. Damit lässt sich mit der erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung ein besonders kompakter Aufbau des Außenspiegels bzw. des Frontscheinwerfers ermöglichen, wobei die geforderte Verstellgeschwindigkeit mittels des Piezoaktors in gewünschter Weise erzielt bzw. erreicht werden kann.
Die Erfindung umfasst auch eine verstellbare Kraftfahrzeugkomponente, insbesondere einen Außenspiegel oder einen Frontscheinwerfer mit einer erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung. Eine derartige verstellbare Kraftfahrzeugkomponente hat den Vorteil eines relativ kompakten Aufbaus bei besonders wirtschaftlicher Herstellungsweise.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen.
Diese zeigen in:
1 eine vereinfachte Seitenansicht auf eine erste erfindungsgemäße Verstellvorrichtung,
2 einen Querschnitt durch ein aus mehreren Segmenten bestehendes Piezoelement,
3 eine Draufsicht auf die Verstellvorrichtung gemäß der 1 in der Ebene eines Gehäuseteils,
4 die erste Verstellvorrichtung gemäß 1 in Kombination mit einem zu verstellenden Frontscheinwerfer eines Kraftfahrzeugs in einer vereinfachten Seitenansicht,
5 eine zweite Verstellvorrichtung zur Verstellung eines Außenspiegels in einem Kraftfahrzeug in vereinfachter Seitenansicht und
6 eine Prinzipdarstellung eines modifizierten Übertragungsmechanismus zur Verstellung eines Außenspiegels.
Gleiche Bauteile bzw. Bauteile mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
In der 1 ist eine erste erfindungsgemäße Verstellvorrichtung 10 dargestellt. Die Verstellvorrichtung 10 weist hierbei einen Piezoaktor 12 auf, der ein unteres Gehäuseteils 13 und ein oberes Gehäuseteil 14 umfasst, zwischen denen ein zentrisch angeordneter Zentrierbolzen 15 angeordnet ist. Zwischen dem unteren Gehäuseteil 13 und dem oberen Gehäuseteil 14 sind mehrere, insbesondere eine Vielzahl von in der 2 näher dargestellten Piezoelementen 17 in Form eines Piezostapels angeordnet. Hierbei sind die einzelnen Piezoelemente 17 insbesondere ringförmig ausgebildet, so dass ihre mittige Öffnung 18 zur Aufnahme des Zentrierbolzens 15 dient, wobei die einzelnen Piezoelemente 17 schichtförmig übereinander angeordnet und ausgerichtet sind. Ferner wird mittels des Zentrierbolzens 15 auch das untere Gehäuseteil 13 und das obere Gehäuseteil 14 unter Vorspannung derart miteinander verbunden, dass die dazwischen angeordneten Piezoelemente 17 unter Vorspannung eingespannt sind.
Wie insbesondere aus der 2 hervorgeht, ist jedes der Piezoelemente 17 mit im Ausführungsbeispiel vier Segmenten 20 bis 23 versehen bzw. in vier Segmente 20 bis 23 aufgeteilt, die um jeweils 90° zueinander versetzt angeordnet sind. Ferner ist die Anordnung der Segmente 20 bis 23 der einzelnen Piezoelemente 17 derart, dass die einzelnen Segmente 20 bis 23, in Längsrichtung der Piezoelemente 17 betrachtet, fluchtend zueinander angeordnet sind. Wesentlich hierbei ist, dass die einzelnen Segmente 20 bis 23 über Steuerleitungen 24 sowie eine Masseverbindung 25 mit einer Steuereinrichtung 26 (siehe 1) verbunden sind, derart, dass eine Steuereinrichtung 26 jeweils eine Ansteuerung der einzelnen Segmente 20 bis 23 oder aber insbesondere eine Ansteuerung von einander gegenüberliegenden Segmenten 21 und 23 bzw. 20 und 22 ermöglicht.
Ergänzend wird erwähnt, dass es im Rahmen der Erfindung liegt, auch mehr als vier Segmente 20 bis 23 vorzusehen, die dann vorzugsweise ebenfalls in gleichen Winkelabständen zueinander angeordnet sind.
Wie insbesondere aus einer Zusammenschau der 1 und 3 ersichtlich ist, ragt aus der Oberseite des oberen Gehäuseteils 14 ein Übertragungsstößel 27 hervor. Der Übertragungsstößel 27 ist konzentrisch zu den Piezoelementen 17, d. h. fluchtend zu dem Zentrierbolzen 15 angeordnet, wobei das obere Gehäuseteil 14 weiterhin entsprechend den Segmenten 20 bis 23 ebenfalls vier Segmente 28 aufweist, die durch Schlitze 29 voneinander getrennt sind.
Der Übertragungsstößel 27 ist Teil eines Übertragungsmechanismus 30 zur Verstellung eines Elementes 32. Entsprechend der 4 ist das Element 32 in einem ersten Ausführungsbeispiel als Frontscheinwerfer 33 eines im Übrigen nicht näher dargestellten Kraftfahrzeugs ausgebildet. Der Frontscheinwerfer 33 weist ein Lampengehäuse 34 auf, an dessen Unterseite beispielhaft ein Kugelgelenk 35 angeordnet ist. Das Kugelgelenk 35 ist in einer Gelenkpfanne 36 gelagert, die in einer Öffnung der Karosserie 37 des Kraftfahrzeugs angeordnet ist. Selbstverständlich liegt es im Rahmen der Erfindung, auch andere konstruktive Anordnungen bzw. Lagerungen des Frontscheinwerfers 33 vorzusehen.
Auf der der Austrittsöffnung 38 gegenüberliegenden Seite des Lampengehäuses 34 ist der Piezoaktor 12 ortsfest in einem Halter 39 befestigt, der wiederum mit der Karosserie 37 verbunden ist.
Das Lampengehäuse 34 weist auf der dem Übertragungsstößel 27 zugewandten Seite eine gewölbt ausgebildete Kontaktoberfläche 40 auf, die in Wirkverbindung mit dem aus dem Piezoaktor 12 herausragenden Ende des Übertragungsstößels 27 steht. Insbesondere ist die Anordnung zwischen dem Übertragungsstößel 27 und der Kontaktoberfläche 40 derart, dass zwischen den beiden Elementen eine Vorspannung herrscht bzw. ein unter Vorspannung herrschender Anlagekontakt.
Die erfindungsgemäße erste Verstellvorrichtung 10 arbeitet derart, dass durch eine entsprechende Ansteuerung der einzelnen Segmente 20 bis 23 des Piezoaktors 12 mittels der Steuereinrichtung 26 auf den Übertragungsstößel 27 eine translatorische Bewegung in zwei unterschiedliche Richtungen ausgeübt werden kann, was durch die Doppelpfeile 41 und 42 in der 4 dargestellt ist. Insbesondere sind die beiden Doppelpfeile 41 und 42 in einer gemeinsamen Ebene um 90° zueinander versetzt angeordnet. Dadurch, dass das Ende des Übertragungsstößels 27 in Anlagekontakt mit der Kontaktoberfläche 40 steht wird eine entsprechende Bewegung des Übertragungsstößels 27 in eine Bewegung des gesamten Gehäuses 34 umgesetzt, so dass das Lampengehäuse 34 in gewünschter Weise auf- bzw. abbewegt bzw. seitlich verschwenkt wird.
In der 5 ist eine weitere Anwendung der Verstellvorrichtung 10 dargestellt. Hierbei dient die Verstellvorrichtung 10 dem Schwenken eines Außenspiegels 45 und eines im Übrigen nicht näher dargestellten Kraftfahrzeugs. Der Außenspiegel 45 weist ein Spiegelgehäuse 46 auf, das einen Träger 47 zur Halterung des Piezoaktors 12 aufweist. Hierbei ist der Piezoaktor 12 beispielhaft an seinem Außenumfang an dem Träger 47 befestigt. Der Außenspiegel 45 weist ferner ein Spiegelelement 48 auf, das an einem bewegbar angeordneten Motorgehäuse 49 befestigt ist. Das im Wesentlichen hohle Motorgehäuse 49 weist eine kugelabschnittsförmig ausgebildete Kontaktoberfläche 51 auf, die auf der dem Spiegelelement 48 gegenüberliegenden Seite angeordnet ist. Die Kontaktoberfläche 51 steht in Anlagekontakt mit dem Übertragungsstößel 27. Weiterhin ist das Spiegelelement 48 über ein Kugelgelenk 52 mit dem Piezoaktor 12 verbunden, so dass über die Halterung des Spiegelelementes 48 mittels des Kugelgelenks 52 einerseits und den Anlagekontakt des Übertragungsstößels 27 an der Kontaktoberfläche 51 andererseits eine selbsthemmende Anordnung des Spiegelelements 48 bei einem Nichtbetrieb des Piezoaktors 12 gewährleistet ist. Auch hier liegt es für den Fachmann im Rahmen, andersartige bzw. ggf. vorteilhaftere Anordnungen/Lagerungen der einzelnen Spiegelbauteile vorzusehen.
Bei einer Betätigung des Piezoaktors 12 bzw. des Übertragungsstößels 27 bewegt sich die Kontaktoberfläche 51 entsprechend der Ansteuerung der Segmente 20 bis 23 nach oben oder unten bzw. in einer Ebene quer dazu (seitliches Kippen) was durch die beiden Doppelpfeile 54 und 55 dargestellt ist.
In der 6 ist eine modifizierte Verstellvorrichtung 10a dargestellt. Eine Übertragungsstange 66 ist in einem ortsfest angeordneten Lagerkäfig 58 gehalten. Der Lagerkäfig 58 weist eine in zwei Lagern 59 und 60 aufgenommene Lagerkugel 61 auf, die beispielsweise aus Kunststoff besteht, und eine Durchgangsöffnung 62 aufweist. Hierbei durchdringt die Übertragungsstange 66 die Durchgangsöffnung 62 der Lagerkugel 61. Das eine Ende 63 der Übertragungsstange 66 ist in nicht näher dargestellter Weise mit einem Spiegelelement 48a verbunden, welches andererseits, beabstandet zu dem Ende 63, in einem Kugellager 64 schwenkbar gelagert ist. Am anderen Ende der Übertragungsstange 66 ist der Piezoaktor 12 angeordnet, dessen Übertragungsstößel 27 senkrecht zur Zeichenebene der 6 angeordnet ist und der sich an einem ortsfesten, insbesondere eben ausgebildeten Übertragungsplatte 67 abstützt. Durch eine entsprechende Ansteuerung des Piezoaktors 12 bewegt sich der Übertragungsstößel 27 auf der Übertragungsplatte 67 in Richtung der Doppelpfeile 68, 69, wodurch gleichzeitig über die Übertragungsstange 66 eine Verstellung des Spiegelelements 48a erfolgt.
Die soweit beschriebenen Verstellvorrichtungen 10, 10a können in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. Dieser besteht insbesondere darin, einen einzigen Piezoaktor 12 vorzusehen, der eine Verstellung eines zu verstellenden Elementes in zwei verschiedene Richtungen ermöglicht.
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 102009000777 A1 [0002]
WO 03/090338 A2 [0003]

Claims

Verstellvorrichtung (10; 10a), mit einem in zwei voneinander unabhängigen Richtungen zu verstellenden Element (33; 45), wobei das Element (33; 45) mit einem Übertragungsmechanismus (30) mit einem Verstellantrieb gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstellantrieb einen einzigen Piezoaktor (12) aufweist, dass der Piezoaktor (12) wenigstens ein scheibenförmiges Piezoelement (17) aufweist, das in einer senkrecht zur Wirkungsrichtung des Piezoaktors (12) verlaufenden Ebene in Segmente (20 bis 23) unterteilt ist und, dass die Segmente (20 bis 23) einzeln ansteuerbar sind.
Verstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens vier Segmente (20 bis 23) vorgesehen sind, die in vorzugsweise gleichen Winkelabständen zueinander angeordnet sind.
Verstellvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung (26) vorgesehen ist, die die einzelnen Segmente (20 bis 23) zeitlich versetzt oder mehrere, insbesondere gegenüberliegend angeordnete Segmente (20 bis 23) zeitlich gleichzeitig ansteuert.
Verstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Übertragungsmechanismus (30) einen Übertragungsstößel (27) aufweist, dass das wenigstens eine Piezoelement (12) im Querschnitt ringförmig ausgebildet ist und, dass der Übertragungsstößel (27) insbesondere konzentrisch zu dem Piezoaktor (12) angeordnet ist und mit seinem dem Piezoaktor (12) abgewandten Ende zumindest mittelbar mit einer Kontaktoberfläche (40; 51) des Elements (33; 45) zusammenwirkt.
Verstellvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Kontaktoberfläche (40; 51) und dem Ende des Übertragungsstößels (27) ein unter Vorspannung herrschender Anlagekontakt ausgebildet ist.
Verstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Piezoaktor (12) ortsfest und das Element (33; 45) beweglich gelagert angeordnet ist.
Verstellvorrichtung nach Anspruch 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktoberfläche (33; 45) gewölbt ausgebildet ist.
Verstellvorrichtung nach Anspruch 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Übertragungsstößel (27) in einem Lagerelement (58) gelagert ist, das zwischen dem Piezoaktor (12) und dem dem Piezoaktor (12) gegenüberliegenden Ende eine Übertragungselements (66) angeordnet ist, dass das Übertragungselement (66) in dem Lagerelement (58) translatorisch und schwenkbar gelagert ist und, dass sich der Piezoaktor (12) mit seinem Übertragungsstößel (27) an einer ortsfesten, insbesondere eben ausgebildeten Übertragungsplatte (67) abstützt.
Verstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Element ein Außenspiegel (45) oder ein Frontscheinwerfer (33) eines Kraftfahrzeugs ist.
Verstellbare Kraftfahrzeugkomponente, insbesondere Außenspiegel (45) oder Frontscheinwerfer (33) mit einer Verstellvorrichtung (10; 10a) nach eifern der Ansprüche 1 bis 9.