DE102012022449A1

DE102012022449A1 - Verstellantrieb

Info

Publication number: DE102012022449A1
Application number: DE201210022449
Authority: DE
Inventors: Roland Kalb; Michél Kubsch
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 2012-04-21
Filing date: 2012-11-16
Publication date: 2013-10-24
Also published as: DE202012011018U1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Verstellantrieb (8) eines Kraftfahrzeugs, insbesondere Fensterheber, mit einem über eine Motorwelle (34) eines Elektromotors (12) angetriebenen, auf einer Abtriebswelle (46) angeordneten Kraftübertragungselement (44, 112) eines Getriebes (14). Das Getriebe (14) weist einen Wirkungsgrad größer als 50% auf. Der Verstellantrieb (8) umfasst eine mittels eines Piezoaktors (58) betätigten Bremsvorrichtung (48) zur Herabsetzung des Wirkungsgrads auf unter 50% bei abgeschaltetem Motor (12), die auf die Motorwelle (34) oder die Abtriebswelle (46) wirkt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Verstellantrieb eines Kraftfahrzeugs mit einem über eine Motorwelle eines Elektromotors angetriebenen Getriebe. Unter Verstellantrieb wird hierbei insbesondere ein Fensterheber oder eine Sitzverstellung verstanden.
Kraftfahrzeuge umfassen üblicherweise Verstellteile, beispielsweise Seitenfenster und/oder ein Schiebedach, welche mittels eines elektromotorischen Verstellantriebs geöffnet oder geschlossen werden können. Das jeweilige Verstellteil wird mittels eines von einem Elektromotor angetriebenen Getriebes in Form insbesondere eines Schneckengetriebes mit einer (antriebsseitigen) Schnecke auf der Motorwelle und mit einem (abtriebsseitigen) Schneckenrad betätigt. Herkömmlicherweise ist das Getriebe in einem Getriebegehäuse angeordnet, an welches der Elektromotor über dessen Motorgehäuse (Poltopf) angeflanscht ist. Üblicherweise wird der Elektromotor an dessen Stirnseite am Getriebegehäuse befestigt, wobei ein Achszapfen, d. h. das den antriebsseitigen Getriebeteil (wellenendseitige Schnecke) tragende Wellenende der Motorwelle des Elektromotors in das Getriebegehäuse hineinragt.
Ein Schneckengetriebe für Verstellantriebe in Kraftfahrzeugen ist beispielsweise aus der DE 195 41 118 A1 bekannt. Das Schneckengetriebe ist Bestandteil einer Antriebseinheit mit einem Elektromotor, dessen Ankerwelle in die Getriebe- oder Schneckenwelle übergeht, welche die mit dem Schneckenrad kämmende Schnecke trägt. Das Schneckenrad kann dabei mit einem Fensterhebermechanismus verbunden sein, wie dies beispielsweise auch aus der DE 198 54 038 A1 bekannt ist. Die Anwendung eines Schneckengetriebes für eine Sitzverstellung eines Kraftfahrzeugs ist in der DE 38 15 356 A1 offenbart.
Der Einsatz von Schneckengetrieben für derartige Verstelleinrichtungen in Fahrzeugen ist einerseits in der in einem Schritt erzielbaren hohen Untersetzung und andererseits der Möglichkeit der Selbsthemmung des Schneckenbetriebes begründet. Die Selbsthemmung tritt bei geringen Gangzahlen infolge der Gleitreibung zwischen der eingängigen Schnecke und dem üblicherweise schräg verzahnten Schneckenrad auf. Der aufgrund der funktionsbedingten Relativbewegung der Bewegungsflächen der Schnecke und des Schneckenrades relativ niedrige Wirkungsgrad des Schneckengetriebes wird für die Selbsthemmung genutzt, um ein abtriebsseitig über das Schneckenrad auf das Schneckengetriebe wirkendes Drehmoment zu hemmen.
Dabei sind die Geometrie und die Abmessungen sowie die Gangzahl der Schnecke und die Zähnezahl des Schneckenrades derart konfiguriert und abgestimmt, dass zwar ein abtriebsseitiger Momentenrückfluss zuverlässig gehemmt und andererseits ein Lösen und Anlaufen des Schneckengetriebes infolge eines antriebsseitig wirksamen Drehmomentes sichergestellt ist. Eine entsprechende Fertigung eines solchen Schneckengetriebes ist jedoch aufgrund des temperaturabhängigen und alterungsbedingten sowie toleranzabhängigen Reibungsverhaltens auch bei hohem Fertigungsaufwand äußerst schwierig. Hinzu tritt, dass der für die Selbsthemmung einerseits und für das Lösen bzw. Anlaufen des Schneckengetriebes andererseits durch konstruktive und/oder fertigungstechnische Maßnahmen bereitzustellende Wirkungsgrad einerseits kleiner als 50% sein muss, jedoch möglichst nahe an 50% heranreichen sollte, was jedoch nur äußerst schwierig einzustellen und daher nur mit erheblichen Aufwand realisierbar ist.
Um das Verstellteil trotz des geringen Wirkungsgrades sicher entlang des Verstellwegs zu verbringen, wird ein vergleichsweise leistungsstarker Elektromotor benötigt. Zum Betrieb des Elektromotors wird relativ viel elektrische Energie benötigt. Da die Bordnetzspannung des Kraftfahrzeugs in der Regel 12 V beträgt, ist dies lediglich über eine Erhöhung des zugeführten elektrischen Stroms möglich, was die Verwendung von elektrischen Kabeln mit vergleichsweise großem Leiterquerschnitt und folglich relativ großem Gewicht bedingt. Somit ist einerseits der Energiebedarf des Verstellantriebs groß und andererseits das Gewicht des Kraftfahrzeugs hoch, was wiederum den Energiebedarf des Kraftfahrzeugs zum Betrieb desselben erhöht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen besonders geeigneten Verstellantrieb der eingangs genannten Art und ein Verfahren zum Betrieb eines Verstellantriebs anzugeben, der insbesondere vergleichsweise günstig hergestellt und betrieben werden kann.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe hinsichtlich des Verstellantriebs durch die Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 16 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
Der Verstellantrieb eines Kraftfahrzeugs ist Bestandteil einer Verstelleinrichtung. Im Folgenden wird unter Verstelleinrichtung insbesondere ein Fensterheber, ein Schiebedach, eine elektromotorisch betriebene Heckklappe oder dergleichen, verstanden, wobei ein Verstellteil entlang eines Verstellweges mittels des Verstellantriebs verbracht wird. Insbesondere ist das Verstellteil zwangsgeführt und hierzu beispielsweise an Mitnehmern gehalten, die in Führungsschienen geführt sind.
Alternativ handelt es sich bei dem Verstellteil um eine Fahrzeugtür, deren Bewegung mittels des Verstellantriebs beeinflusst wird. Beispielsweise wird mittels des Verstellantriebs eine Gegenkraft erzeugt, sodass eine Geschwindigkeit der Fahrzeugtür eine bestimmte Schwelle nicht überschreitet. Zumindest wird die Fahrzeugtür mittels des Verstellantriebs abgebremst und insbesondere in einer bestimmten Position gehalten. Geeigneterweise entspricht diese Position der Position, die ein Benutzer vorgibt und ist zweckmäßigerweise stufenlos veränderbar. Insbesondere ist die bestimmte Position die Position, in die der Benutzer die Fahrzeugtür verschwenkt. Geeigneterweise ist eine definierte Kraft erforderlich, insbesondere über einen vorbestimmten Zeitraum, um die Fahrzeugtür aus der bestimmten Position heraus zu verschwenken. Zum Beispiel liegt die Kraft oberhalb einer auf die Fahrzeugtür wirkenden Gewichtskraft, insbesondere auch bei einer Schrägstellung des Kraftfahrzeugs. Mit anderen Worten ist der Verstellantrieb ein sogenannter Türfeststeller.
Der Verstellantrieb weist einen Elektromotor mit einer Motorwelle auf, wobei der Elektromotor auch entfallen kann, sofern das Verstellteil anderweitig bewegt wird, beispielsweise, wenn das Verstellteil eine Fahrzeugtüre ist, es sich also um einen Türfeststeller handelt. Ein Getriebe ist indirekt oder direkt mit der Motorwelle gekoppelt, beispielsweise über eine Flanschverbindung zwischen Getriebe- und Motorgehäuse. Insbesondere ist das Getriebe an dem Achszapfen der Motorwelle angebunden, also an demjenigen Bereich der Motorwelle, der aus dem Elektromotor herausragt. Das Getriebe selbst weist ein Kraftübertragungselement auf, das auf einer Abtriebswelle angeordnet ist. Über das Kraftübertragungselement steht der Elektromotor mit dem Verstellteil in einer Wirkverbindung. Beispielsweise ist das Kraftübertragungselement ein abtriebsseitiges Zahnrad, eine Seiltrommel oder ein sonstiges der Kraftübertragung von dem Elektromotor auf das Verstellteil dienendes Bauteil des Getriebes. Vorzugsweise rotiert das Kraftübertragungselement bei betriebenem Elektromotor um die Abtriebswelle herum oder mit dieser.
Beispielsweise ist das Getriebe ein Schneckengetriebe, wobei eine Schnecke auf dem Achszapfen des Elektromotors angebracht ist, zum Beispiel angeformt oder form- und/oder kraftschlüssig mit diesem verbunden. Die Schnecke kämmt mit einem Schneckenrad, dessen Drehzahl einem festen Bruchteil der Drehzahl der Motorwelle entspricht. Das Schneckenrad ist hierbei Geeigneterweise das Kraftübertragungselement, und die Rotationsachse des Schneckenrads, die parallel zur Abtriebswelle ist, verläuft im Wesentlichen senkrecht zur Motorwelle. Beispielsweise ist die Abtriebswelle an das Schneckenrad angeformt oder formschlüssig mit diesem verbunden. Alternativ ist bevorzugt zwischen dem Schneckenrad und der Abtriebswelle ein Gleitlager gebildet.
Das Getriebe weist einen Wirkungsgrad größer 50% auf. Mit anderen Worten ist das Getriebe nicht selbsthemmend. Folglich würde ein abtriebsseitiger Momentenrückfluss auf das Getriebe eine Drehung der Motorwelle bei abgeschaltetem Motor bewirken. Das Verstellteil würde folglich bei abgeschaltetem Motor aufgrund der auf das Verstellteil wirkenden Kräfte bewegt werden. Beispielsweise würde in diesem Fall eine Fensterscheibe von der Gewichtskraft stets in die tiefst mögliche Position bewegt werden und das Fenster somit geöffnet sein.
Zur Verhinderung einer derartigen Bewegung umfasst der Verstellantrieb eine Bremsvorrichtung, die auf die Motorwelle oder die Abtriebswelle wirkt und diese beispielsweise reibschlüssig hemmt. Die Bremsvorrichtung wird mit Hilfe eines Piezoaktors betätigt und verringert den Wirkungsgrad des Verstellantriebs auf unter 50%. Folglich ist der Verstellantrieb selbsthemmend. Insbesondere ist die Bremsvorrichtung lediglich bei abgeschaltetem Motor betätigt. Aufgrund der Verwendung eines Piezoaktors ist die Bremsvorrichtung vergleichsweise wartungsarm und raumsparend.
Zusammenfassend weist das Getriebe einen Wirkungsgrad größer als 50% auf und bei abgeschaltetem Motor ist der Wirkungsgrad des Verstellantriebs kleiner als 50%. Der Wirkungsgrad des Verstellantriebs wird dabei mittels der von dem Piezoaktor betätigten Bremsvorrichtung zumindest bei abgeschaltetem Motor reduziert und auf einen Wert unterhalb von 50% abgesenkt. Geeigneterweise ist der Wirkungsgrad des Verstellantriebs bei angesteuertem Motor größer als 50%.
Auf diese Weise wird sowohl die Selbsthemmung des Getriebes bei abgeschaltetem Motor als auch ein Verbringen des Verstellteils mit einem vergleichsweise geringen Kraftaufwand realisiert. Es kann ein vergleichsweise leistungsschwacher Elektromotor für den Antrieb verwendet werden, wobei dennoch ein sicheres Verbringen des Verstellteils entlang des Verstellwegs gewährleistet ist. Darüber hinaus ist es ermöglicht, mittels der Bremsvorrichtung bei abgeschaltetem Elektromotor größere Bremskräfte auf die Motorwelle zu übertragen, als dies mit einem herkömmlichen selbsthemmenden Getriebes der Fall ist. Somit wird bei betätigter Bremsvorrichtung auch bei solchen widrigen Umständen und Umgebungsparametern das Verstellteil nicht bewegt, die bei der Verwendung eines herkömmlichen Verstellantriebs eine Bewegung des Verstellteils bewirken würden.
Bei einer Wirkung der Bremsvorrichtung auf die Abtriebswelle, also vergleichsweise nahe an dem Verstellteil, werden vergleichsweise wenige Bauteile des Verstellantriebs von dem abtriebsseitigen Momentenrückfluss bei abgeschaltetem Motor belastet. Folglich können diese Abauteile, insbesondere Zahnräder, Wellen oder dergleichen, kostensparender gefertigt werden, wobei dennoch die Lebensdauer erhöht ist. Falls die Bremsvorrichtung auf die Motorwelle wirkt, kann diese in ein bereits bestehendes Getriebegehäuse integriert werden, weshalb der Bauraum des Verstellantriebs nicht vergrößert ist.
Geeigneterweise ist der Wirkungsgrad des Getriebes größer als 60% und insbesondere größer als 65%. Auf diese Weise ist es möglich, einen vergleichsweise schwachen und somit kostengünstigen Elektromotor zu verwenden. Beispielsweise ist der Wirkungsgrad des Getriebes kleiner als 70%. Daher ist es möglich, die Bremsvorrichtung zur Herabsetzung des Wirkungsgrades insbesondere auch vergleichsweise schwach und folglich kostengünstig zu fertigen.
Zweckmäßigerweise umfasst die Bremsvorrichtung einen Reibbelag, der im betätigten Zustand der Bremsvorrichtung an der entsprechenden Welle anliegt. Der Reibbelag weist einen vergleichsweise großen Reibkoeffizienten auf und ist beispielsweise aus einem anderen Material als weitere Komponenten der Bremsvorrichtung gefertigt. Bei der Betätigung der Bremsvorrichtung wird somit hauptsächlich der Reibbelag belastet, der beispielsweise aus einem elastisch oder plastisch verformbaren Kunststoff gefertigt ist. Auf diese Weise können einerseits die übrigen Komponenten der Bremsvorrichtung vergleichsweise stabile aus einem starren Material gefertigt werden, und andererseits kann eine Selbsthemmung aufgrund einer hohen Reibung zwischen dem Reibbelag und der entsprechenden Welle realisiert werden. Ferner muss nach einer übermäßigen Beanspruchung des Reibbelags und der daraus resultierenden Beschädigung lediglich der Reibbelag und nicht die vollständige Bremsvorrichtung ausgetauscht werden, was zu einer Material- und Kostenersparnis führt.
In einer geeigneten Ausführungsform der Erfindung ist der Piezoaktor als sogenannter Stack ausgebildet. Der Piezoaktor umfasst somit eine Anzahl von übereinander gestapelten Elektroden, zwischen denen ein piezoaktives Material elektrisch leitend angeordnet ist. Die Polarisationsrichtung des piezoaktiven Materials ist bei aufeinanderfolgenden Schichten entgegengesetzt. Insbesondere befinden sich jeweils die übernächsten der übereinander gestapelten Elektroden auf dem gleichen elektrischen Potential. Mittels geeigneter Ansteuerung der Elektroden ist es somit ermöglicht, die Ausdehnung des Piezoaktors in dessen Stapelrichtung zu verändern. Zwar ist hierbei die Längenänderung vergleichsweise gering, sie erfolgt jedoch mit einer vergleichsweise großen Kraft.
Vorteilhafterweise ist der Piezoaktor bei abgeschaltetem Motor unbestromt. Vielmehr wird bei einer Bestromung des Piezoaktors eine Hemmung der Welle durch die Bremsvorrichtung aufgehoben. Mit anderen Worten ist keine elektrische Energie nötig, um den Wirkungsgrad herabzusetzen. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass auch bei einem Stromausfall oder einer längeren Standzeit des Kraftfahrzeugs das Verstellteil in der gewünschten Position verbleibt. Zudem ist ein Energieverbrauch des Verstellantriebs reduziert, sofern eine Verstellung vergleichsweise selten erfolgt, wie dies bei einem Fensterheber der Fall ist.
Beispielsweise ist die Abtriebswelle zumindest einseitig rotationsfest befestigt und zweckmäßigerweise an einem Gehäuse des Verstellantriebs angeformt. Bei betriebenem Elektromotor rotiert folglich das Kraftübertragungselement um die Abtriebswelle. Auf diese Weise ist eine Montage des Kraftübertragungselements vereinfacht, da dieses lediglich auf die Abtriebswelle aufgesteckt wird. Insbesondere ist zwischen diesen ein Gleitlager gebildet, was zu einer Kostenersparnis führt. Zweckmäßigerweise wird das Kraftübertragungselement mittels eines Rings, zum Beispiel eines O-Rings in Axialrichtung gesichert. Zweckmäßigerweise ist der Ring selbst form- und/oder kraftschlüssig in einer Nut der Abtriebswelle angeordnet. Beispielsweise sind zwei Ringe an der Abtriebswelle befestigt, wobei sich das Kraftübertragungselement in Axialrichtung zwischen den beiden Ringen befindet. Auf diese Weise ist eine vergleichsweise einfache und kostengünstige Befestigung des Kraftübertragungselements an der Abtriebswelle realisiert, wobei eine Rotationsbewegung des Kraftübertragungselements relativ zu der Abtriebswelle möglich ist, sofern dies gewünscht oder vorgesehen ist.
Beispielsweise ist die Welle, also die Motorwelle oder die Antriebswelle, von einer Hülse umgeben, die vorzugsweise im Wesentlichen hohlzylindrisch oder zum Beispiel rotationshyperboloidsch geformt ist. Insbesondere ist der Querschnitt der Hülse senkrecht zu der Welle im Wesentlichen kreisrund. Vorteilhafterweise ist in die Hülse zumindest bei betriebenem Elektromotor von der Welle beabstandet. Mittels der Hülse ist es ermöglicht, die Welle im Falle großer Erschütterungen des Verstellantriebs zu stabilisieren, ohne dass bei einem Normalbetrieb Reibung zwischen der bezüglich der Hülse rotierenden Welle anfallen würde, wie die bei der Verwendung eines Lagers der Fall wäre.
Die Verwendung der Hülse zur Abbremsung einer Welle kann unabhängig von dem Verstellantrieb, insbesondere von dem Elektromotor und/oder dem Getriebe, erfolgen. Die Verwendung und die Hülse selbst werden als eigenständige Erfindung betrachtet. Mit anderen Worten wird eine Welle mittels der Hülse abgebremst, wobei die Welle Teil eines Getriebes sein kann. Zweckmäßigerweise wird eine derartige Hülse bei einem Türfeststeller verwendet und ist beispielsweise ein Bestandteil hiervon. Vorteilhafterweise ist der Aktor zur Betätigung der Hülse ein Piezoaktor. Alternativ hierzu wird ein anders gestalteter Aktor verwendet, beispielsweise ein Hubmagnet, Bimetall-Element oder ein Elektromotor. Mit anderen Worten wird die Bremsvorrichtung, insbesondere die Hülse, mittels eines Aktors betätigt, wobei unter Aktor jegliches Antriebssystem oder jeglicher Wandler verstanden wird, das bzw. der insbesondere bei einer Bestromung oder einer Änderung der Bestromung eine mechanische Bewegung ausführt.
Besonders bevorzugt ist der Innendurchmesser der Hülse bei abgeschaltetem Motor zumindest abschnittsweise verkleinert, oder falls die Bremsvorrichtung zumindest teilweise betätigt ist, sofern insbesondere kein Elektromotor vorhanden ist. Mit anderen Worten ist die Hülse zumindest teilweise flexibel und beispielsweise aus einem flexiblen Material hergestellt. Zweckmäßigerweise liegt die Hülse bei abgeschaltetem Motor zumindest teilweise an der entsprechenden Welle an und hemmt auf diese Weise den Verstellantrieb. Beispielsweise ist die Hülse an deren der Welle zugewandten Oberfläche mit einem Reibbelag ausgeschlagen oder aus einem Material gefertigt, dass in Bezug auf das Material der Welle einen vergleichsweise hohen Reibkoeffizienten aufweist. Bevorzugt ist die Hülse bei betriebenem Elektromotor von der Welle beabstandet. Auf diese Weise ist eine vergleichsweise einfache und kostengünstige Bremsvorrichtung realisiert.
Beispielsweise weist die Hülse einen in Axialrichtung verlaufenden Schlitz auf, dessen Weite mittels des Piezoaktors eingestellt wird. Mittels Aufspreizen des Schlitzes wird der Innendurchmesser der Hülse vergrößert, so dass diese nicht an der Welle anliegt. Bei einer Verkleinerung des Schlitzes liegt die Hülse zumindest abschnittsweise an der Welle an, und zwischen diesen ist insbesondere ein Kraftschluss realisiert. Zweckmäßigerweise entspricht der Innendurchmesser im nichtmontierten Zustand der Hülse dem Außendurchmesser der Welle oder ist kleiner. Vorteilhafterweise weist die Hülse im Bereich des Schlitzes angebrachte Schenkel auf, die im Wesentlichen zueinander parallel sind. Dabei sind die beiden Schenkel mittels des Schlitzes voneinander beabstandet. Mit anderen Worten weist die Hülse einen im Wesentlichen Ω-förmigen Querschnitt senkrecht zu deren Achse auf. Vorteilhafterweise greift der Piezoaktor an den Schenkeln an. Folglich kann auch ein vergleichsweise großer, und daher starker, Piezoaktor zur Spreizung des Schlitzes verwendet werden, ohne dass eine vergleichsweise komplizierte Mechanik verwendet werden müsste.
Alternativ hierzu ist in die Hülse mindestens eine spiralförmig verlaufende Aussparung eingebracht, bevorzugt eine Anzahl von Aussparungen, also zwei oder mehr, die jeweils spiralförmig verlaufen. Die einzelnen Aussparungen sind zueinander parallel und in einem Mittelteil der Hülse angeordnet. Mit anderen Worten ist die bzw. sind die Aussparungen zu den Freienden der Hülse beabstandet, und die Freienden sind insbesondere als geschlossener Ring ausgebildet. Aufgrund der Gestaltung der Hülse mittels der Aussparung ist es ermöglicht, die Ausdehnung der Hülse in deren Längsrichtung zu vergrößern, wobei die Breite der Aussparung verringert ist. Hierbei werden die beiden Freienden gegeneinander in Spiralrichtung verdreht. Eine derartige Verformung der Hülse bedingt zumindest abschnittsweise eine Verringerung von deren Innendurchmesser. Zweckmäßigerweise werden die beiden Freienden mittels des Piezoaktors bei betriebenem Motor aufeinander zubewegt und/oder bei abgeschaltetem Motor voneinander entfernt. Hierbei ist der Verlauf des Piezoaktors im Wesentlichen parallel zu der Hülse, was einen verringerten Platzbedarf der Bremsvorrichtung bedingt. Alternativ hierzu greift der Piezoaktor im Wesentlichen tangential zu einem Freiende der Hülse an und verdreht dieses bezüglich des verbleibenden Freiendes, welches insbesondere rotationsfest fixiert ist. Die spiralförmig verlaufende Aussparung bzw. Aussparungen in Verbindung mit der Hülse werden hierbei als eigenständige Erfindungen angesehen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung bildet die Hülse zumindest teilweise die Innenwand eines holzylindrischen Pneumatik- oder Hydraulikzylinders. Der Pneumatik- bzw. Hydraulikzylinder weist somit eine hohlzylindrische Form auf, wobei der zwischen der Innenwand und Außenwand gebildete Raum gas- bzw. flüssigkeitsdicht ist. Die Außenwand ist dabei vorzugsweise steif. Mit dem Zwischenraum ist eine Pneumatik- bzw. Hydraulikpumpe verbunden, die mittels des Piezoaktors betrieben ist. Hierfür ist die Pumpe vorzugsweise nach einer Art eines Zylinders mit beweglicher oder flexibler Deckfläche gestaltet, wobei diese mittels des Aktors verschoben oder verbogen wird. Sobald die Pumpe mittels des Piezoaktors betätigt wird, wird eine in dem Zwischenraum zwischen der Hülse und der Außenwand des Zylinders befindliches Gas bzw. befindliche Flüssigkeit aus diesem herausgesogen oder dorthin gepresst. Aufgrund der Flexibilität der Hülse wird deren Innendurchmesser verändert. Insbesondere wird bei einer Druckerhöhung mittels der Pumpe die Hülse gegen die Welle gepresst. Im unbetätigten Zustand der Pumpe liegt die insbesondere nach Art eines Schlauches gefertigte Hülse mit einer Spielanpassung an der Welle an. Aufgrund der Verwendung einer flexiblen Hülse wirkt geeigneterweise die Kraft auf die Welle vollumfänglich auf diese, was eine besonders präzise Einstellung der Bremskraft ermöglicht. Weiterhin wird die Hülse über deren gesamten Bereich belastet, so dass keine einzelnen exponierten Stellen der Hülse übermäßig beansprucht werden.
In einer alternativen Ausführungsform ist die Hülse im Wesentlichen starr und bei betriebenem Motor zu der Welle insbesondere beabstandet. Zweckmäßigerweise erstreckt sich dabei die Hülse entlang der Welle und die Achse der Hülse liegt auf der Achse der Welle. Folglich ist die Hülse im Wesentlichen rotationssymmetrisch um die Welle angeordnet. Falls der Elektromotor abgeschaltet wird, wird die Hülse derart verkippt, dass deren Achse mit der Wellenachse einen Winkel einschließt. Dies erfolgt bevorzugt mittels eines Hebelmechanismuses, der von dem Piezoaktor gesteuert wird. Aufgrund der Verkippung liegt die Hülse teilweise an der Welle an und verkantet mit dieser, weswegen die Welle gebremst wird.
Alternativ hierzu wird die Hülse derart bewegt, dass die Hülsenachse von der Wellenachse beabstandet wird. Mit anderen Worten wird die Hülse bezüglich der Welle in radialer Richtung bewegt. Die Bewegung ist dabei derart, dass die Hülse an der Welle anliegt und eine Reibfläche zwischen diesen geschaffen ist. Hierbei wird der Abstand zwischen der Hülse und der Welle mittels des Piezoaktors eingestellt. Zusätzlich ist die Hülse bevorzugt federbelastet, so dass die Hülsenachse bei unbetätigtem Piezoaktor auf der Wellenachse positioniert ist.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst die Bremsvorrichtung zwei Bremsschenkel, die im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind. Die zugeordnete Welle befindet sich zwischen den beiden Bremsschenkeln, die vorzugsweise aus einem vergleichsweise stabilen Material gefertigt sind. Die beiden Bremsschenkel sind federbelastet, wobei vorzugsweise die Feder zwischen den beiden Bremsschenkeln angeordnet ist und diese zusammen- und gegen die Welle presst. Zweckmäßigerweise umfasst die Bremsvorrichtung zwei derartige Federn, die beidseitig der Welle positioniert sind, sodass die Welle umfangsseitig von den beiden Bremsschenkeln und den beiden Federn umgeben ist. Der Abstand der beiden Bremsschenkel, insbesondere zueinander oder zu der jeweiligen Welle, wird mittels des Piezoaktors eingestellt. Vorzugsweise befindet sich der Piezoaktor im Wesentlichen parallel zu der Feder. Sofern zwei Federn verwendet werden, werden vorzugsweise auch zwei Piezoaktoren verwendet. Wenn die Piezoaktoren aktiviert werden, wird mittels dieser eine Gegenkraft zur Federkraft aufgebaut. Im betätigten Zustand der Bremsvorrichtung liegen die beiden Bremsschenkel an der Welle an, sodass diese gehemmt ist. Mittels einer geeigneten Auswahl der Federn ist es ermöglicht, die Reibkraft auf die an den Verstellantrieb gestellten Anforderungen anzupassen.
Beispielsweise ist die Welle freiendseitig zur Bildung eines Hohlkegels ausgespart, dessen Verlauf in Axialrichtung der Welle ist. Vorzugsweise ist die Aussparung rotationssymmetrisch, und der Durchmesser der Aussparung nimmt mit zunehmender Eindringtiefe in die Welle ab. Innerhalb des Hohlkegels ist ein Bremskegel nach Art eines Morsekegels angeordnet. Insbesondere entspricht die Form des Bremskegels der den Hohlkegel formenden Ausnehmung der Welle. Mittels des Piezoaktors wird ein Anpressdruck des Bremskegels an die Oberfläche des Hohlkegels eingestellt. Beispielsweise ist der Piezoaktor nach Art eines Stacks gebildet und mit dessen Freienden einerseits ortsfest und andererseits an dem Piezoaktor angebunden. Hierbei ist die Ausdehnungsrichtung des Piezoaktors in Axialrichtung der Welle. Bei einer Längenvergrößerung des Piezoaktors wird der Bremskegel in die Ausnehmung gepresst und somit zwischen dem Bremskegel und der Welle ein Reibschluss erzeugt. Besonders bevorzugt jedoch wird der Bremskegel mittels einer Feder in die Ausnehmung gepresst, und der Piezoaktor dient der Aufhebung der Federkraft, falls dieser aktiviert wird. Aufgrund der Konusform ist lediglich ein vergleichsweise geringer Stellweg zur Aktivierung der Bremsvorrichtung nötig. Ferner ist es ermöglicht, eine derartige Bremsvorrichtung in bereits bestehende Verstellantriebe zu integrieren.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Außendurchmesser der Welle bei abgeschaltetem Motor zumindest teilweise vergrößert ist. Vorzugsweise ist der Durchmesser der Welle im Bereich des Kraftübertragungselements vergrößert, sofern mittels der Bremsvorrichtung die Abtriebswelle gehemmt ist. Mittels der Verwendung einer Welle mit veränderlichem Durchmesser ist es ermöglicht, in einen bereits bestehenden Verstellantrieb die Bremsvorrichtung zu integrieren. Es muss hierfür lediglich die Welle ausgetauscht werden.
Geeigneterweise ist hierfür die Welle hohl und weist eine Anzahl von spiralförmig verlaufenden Aussparungen auf, die zueinander parallel sind. Vorzugsweise befinden sich die Aussparungen in einem Mittelsteil der Welle. Mittels des Piezoaktors wird die Breite der Aussparungen eingestellt. Vorzugsweise ist der Piezoaktor innerhalb der insbesondere hohlen Welle angeordnet, wobei jeweils ein Ende des Aktors im Bereich der Enden der Aussparungen an der Welle angebunden ist. Bei einer Vergrößerung der Länge des Piezoaktors wird folglich auch die Länge der Welle vergrößert, wobei deren Durchmesser verkleinert wird. Dies erfolgt mittels Verringerung der Breite der Aussparungen. Dahingegen wird bei einer Verkürzung des Piezoaktors die Länge der Welle ebenfalls verkürzt, wobei deren Durchmesser vergrößert wird.
Alternativ zur Anordnung des Piezoaktors innerhalb der Welle greift dieser tangential an der Welle an, vorzugsweise im Bereich zumindest eines von deren Freienden. Mittels des Piezoaktors ist es ermöglicht, die beiden Enden der Welle gegeneinander zu verdrehen, was ebenfalls zu einer Längen- und Durchmesseränderung der Welle führt.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die Welle einen Hohlraum aufweist. Der Hohlraum ist mittels eines Spreizflügels begrenzt, wobei der Spreizflügel zumindest teilweise die Oberfläche der Welle bildet. Beispielsweise ist die Welle U-förmig zur Ausbildung des Spreizflügels geschlitzt, wobei der Verlauf der auf diese Weise gebildeten Zunge im Wesentlichen in Axialrichtung der Welle ist. Mittels des Piezoaktors ist der Spreizflügel bei betriebenem Motor zumindest teilweise innerhalb des Hohlraums angeordnet. Insbesondere wird der Spreizflügel in Richtung der Wellenachse verschwenkt. Dies erfolgt vorzugsweise mittels eines Filmscharniers, sofern der Spreizflügel nach Art einer Zunge gefertigt ist. Beispielsweise ist der Piezoaktor innerhalb des Hohlraums angeordnet. Alternativ hierzu befindet sich insbesondere innerhalb des Hohlraums eine Feder, und der Spreizflügel wird von außen mittels des Piezoaktors mit Kraft beaufschlagt. Ebenso denkbar ist, dass der Spreizflügel bei abgeschaltetem Motor ausgestellt ist. Mit anderen Worten ist der Durchmesser der Welle bei betriebenem Motor im Wesentlichen kreisrund. Bei abgeschaltetem Motor weist der Durchmesser im Bereich des Spreizflügels eine Vergrößerung nach außen auf.
Vorzugsweise ist das Kraftübertragungselement bei vergrößertem Außendurchmesser der Welle kraftschlüssig an dieser angebunden. Mit anderen Worten ist zwischen der Welle und dem Kraftübertragungselement mittels des Piezoaktors ein Kraftschluss hergestellt. Insbesondere ist dabei die Welle zumindest einseitig rotationsfest angeschlagen und vorzugsweise an einem Gehäuse des Verstellantriebs befestigt. Somit ist bei vergrößertem Außendurchmesser der Welle das Kraftübertragungselement gehemmt und eine Rotationsbewegung des Kraft-Übertragungselements um die Welle unterbunden. Dahingegen ist bei verkleinertem Durchmesser der Welle eine Rotationsbewegung möglich und zwischen der Welle und dem Kraftübertragungselement ist ein Gleitlager ausgebildet. Auf diese Weise ist eine vergleichsweise einfache und platzsparende Bremsvorrichtung realisiert, die zudem vergleichsweise unanfällig gegenüber Schmutz oder sonstigen Verunreinigungen ist. Geeigneterweise ist hierbei an der Welle der Ring angebracht, sodass eine Verschiebung des Kraftübertragungselements in Axialrichtung bei verkleinertem Außendurchmesser der Welle und somit vorhandenem Spiel zwischen den beiden unterbunden ist.
Das Verfahren zum Betrieb des Verstellantriebs sieht vor, die Drehzahl des Elektromotors zumindest teilweise mittels der Bremsvorrichtung zu steuern oder zu regeln. Insbesondere bei vergleichsweise geringen Drehzahländerungen wird die Versorgung des Elektromotors mit elektrischer Energie unverändert belassen und lediglich der Wirkungsgrad des Verstellantriebs mittels der Bremsvorrichtung reduziert oder erhöht. Mit anderen Worten wird während des Betriebs des Elektromotors die Motorwelle mit Hilfe der Bremsvorrichtung variabel gebremst, um eine gewünschte Drehzahl des Elektromotors zu erhalten. Auf diese Weise ist es ermöglicht, eine Steuerschaltung des Elektromotors vergleichsweise einfach zu gestalten, was einerseits zu einer Kostenersparnis bei der Herstellung führt und andererseits die Fehleranfälligkeit der Steuerschaltung während des Einsatzes des Verstellantriebs minimiert.
Besonders bevorzugt wird die Drehzahl des Elektromotors bei einer Laständerung mittels der Bremsvorrichtung im Wesentlichen konstant gehalten. Beispielsweise wird die Motorwelle im Normalbetrieb mittels der Bremsvorrichtung teilweise gebremst. Bei einer auftretenden Schwergängigkeit, die beispielsweise von Umwelteinflüssen auf den Verstellantrieb oder mechanisch daran gekoppelten Elementen hervorgerufen wird, wird die Bremsung der Motorwelle reduziert. Auf diese Weise wirkt zwar die Schwergängigkeit drehzahlvermindernd auf den Elektromotor, aber dieser Einfluss auf den Verstellantrieb wird mittels der reduzierten Bremswirkung kompensiert. Dabei wird der Elektromotor kontinuierlich mit der gleichen Menge an elektrischer Energie versorgt. Ebenso kann bei einem auf den Verstellantrieb wirkenden Einfluss, der eine Erhöhung der Drehzahl des Elektromotors bedingen würde, die Motorwelle mittels der Bremsvorrichtung gebremst werden. Somit bleibt die Drehzahl des Elektromotors im Wesentlichen konstant, was zu einem angenehmen akustischen Eindruck eines Benutzers des Verstellantriebs führt.
Vorteilhafterweise wird mittels der Bremsvorrichtung die Drehzahl des Elektromotors gesteuert, wenn dieser gestartet wird. Mit anderen Worten wird die Drehzahl bei einem Start des Elektromotors mittels der Bremsvorrichtung auf eine Nenndrehzahl angepasst. Hierbei wird der Elektromotor insbesondere mit der maximalen elektrischen Energie versorgt und die Bremsvorrichtung vergleichsweise langsam gelöst. Auf dies Weise nähert sich die Drehzahl des Elektromotors vergleichsweise langsam der gewünschten Nenndrehzahl an. Dies führt zu einem angenehmen akustischen Eindruck auf den Benutzer des Verstellantriebs. Beispielsweise wird die Drehzahl mittels der Bremsvorrichtung gemäß einer Funktion angepasst. Insbesondere wird bei Beginn der Bestromung die Drehzahl vergleichsweise langsam erhöht und danach die Beschleunigung der Motorwelle konstant gehalten. Sobald die Drehzahl vergleichsweise groß ist, zum Beispiel 90% der Nenndrehzahl beträgt, wird die Beschleunigung kontinuierlich reduziert.
Zweckmäßigerweise wird bei bestromtem Elektromotor dessen Energieversorgung, also die an dem Elektromotor anliegende elektrische Spannung und/oder der elektrische Strom, reduziert, wenn die Bremsvorrichtung maximal betätigt ist. Demnach wird die Ansteuerung des Elektromotors verändert, wenn mittels der Bremsvorrichtung der Wirkungsgrad des Verstellantriebs auf den kleinsten möglichen Wert eingestellt ist. Auf diese Weise werden einerseits eine Überbelastung des Verstellantriebs und eine etwaige mit einhergehende Überhitzung des Elektromotors vermieden als auch andererseits der Energieverbrauch des Verstellantriebs reduziert.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
1 schematisch einen Fensterheber als Verstellantrieb,
2 den Verstellantrieb mit einer Bremsvorrichtung in einer Schnittdarstellung von oben,
3a–c schematisch eine erste Ausführungsform der Bremsvorrichtung,
4a–c schematisch eine zweite Ausführungsform der Bremsvorrichtung,
5 schematisch eine dritte Ausführungsform der Bremsvorrichtung,
6 schematisch eine vierte Ausführungsform der Bremsvorrichtung,
7 schematisch eine fünfte Ausführungsform der Bremsvorrichtung,
8 schematisch eine sechste Ausführungsform der Bremsvorrichtung,
9 schematisch eine siebte Ausführungsform der Bremsvorrichtung,
10 schematisch eine achte Ausführungsform der Bremsvorrichtung,
11 schematisch eine neunte Ausführungsform der Bremsvorrichtung,
12a–c schematisch eine zehnte Ausführungsform der Bremsvorrichtung,
13a–c schematisch eine elfte Ausführungsform der Bremsvorrichtung,
14 schematisch eine zwölfte Ausführungsform der Bremsvorrichtung, und
15 schematisch eine dreizehnte Ausführungsform der Bremsvorrichtung.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mir den gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist schematisch ein elektrischer Fensterheber 2 mit einer Fensterscheibe 4 dargestellt, wobei der Fensterheber 2 in einer Tür 6 eines Kraftfahrzeugs integriert ist. Die Fensterscheibe 4 wird mittels eines Verstellantriebs 8 entlang eines Verstellweges 10 verbracht. Der Verstellantrieb 8 umfasst einen Elektromotor 12, dem wellenseitig ein Schneckengetriebe 14 zugeordnet ist, mittels dessen die Rotationsbewegung des Elektromotors 12 in eine Translationsbewegung der Fensterscheibe 4 umwandelt wird. Der Elektromotor 12 wird von einer Steuerelektronik 16 mit elektrischer Energie versorgt, sobald ein Insasse des Kraftfahrzeugs eine Verstellbewegung der Fensterscheibe 4 entlang des Verstellwegs 10 mittels Betätigung eines Tasters 18 startet. Innerhalb der Steuerelektronik 16 ist ein Einklemmschutz integriert, der ein Einklemmen eines Objekts von der Fensterscheibe 4 verhindert, das sich innerhalb des Verstellwegs 10 befindet.
2 zeigt in einer Schnittdarstellung den Verstellantrieb 8, wobei die Steuerelektronik 16 innerhalb eines aus einem Kunststoff gefertigten Elektronik- und Getriebegehäuses 20 angeordnet ist. Über einen Versorgungsstecker 22 kann die Steuerelektronik 16 mit einem Bordnetz des Kraftfahrzeugs und einer Stromversorgung gekoppelt werden. Über elektrische Kontakte 24 ist der Elektromotor 12 mit der Steuerelektronik 16 elektrisch kontaktiert und mittels Schrauben 26 an dem Elektronikgehäuse 20 fixiert.
Der Elektromotor 12 umfasst einen Rotor 28, der über einen wellenseitigen Kommutator 30 und ein diesen bestreichendes Bürstensystem 32 mit den Kontakten 24 elektrisch verbunden ist und über diese bestromt wird. Der Rotor 28 weist eine Motorwelle 34 auf, die mittels Lagern 36 drehbar gelagert und durch das Bürstensystem 32 geführt ist. Der Achszapfen 38 des Elektromotors 12, also derjenige Teil der Welle 34, der aus dem Elektromotor 12 herausragt, liegt in einer Aussparung 40 des Elektronikgehäuses 20 ein. Freiendseitig, also auf der dem Elektromotor 12 abgewandten Seite, ist an den Achszapfen 38 eine Schnecke 42 des Schneckengetriebes 14 angeformt. Diese kämmt mit einem Schneckenrad 44, das auf einer Abtriebswelle 46 angeordnet ist, wobei die Rotationsachse und folglich auch die Abtriebswelle 46 senkrecht zur Motorwelle 34 verläuft. Mit dem Schneckenrad 44 steht die Fensterscheibe 4 über eine hier nicht gezeigte Seiltrommel in mechanischer Verbindung.
Der Wirkungsgrad des Schneckengetriebes 8 ist größer als 50%. Mit anderen Worten würde bei unbestromtem Elektromotor 12 ein infolge der Gewichtskraft der Fensterscheibe 4 hervorgerufenes Drehmoment auf das Schneckenrad 44 zu einer Rotation der Motorwelle 34 und somit zu einem Absenken der Fensterscheibe 4 führen.
Zwischen der Schnecke 42 und dem Bürstensystem 32 ist in der Aussparung 40 eine auf die Motorwelle 34 wirkende Bremsvorrichtung 48 angeordnet, die ebenfalls von der Steuerelektronik 16 angesteuert wird. Wenn der Elektromotor 12 nicht bestromt ist, wirkt die Bremsvorrichtung 48 maximal auf die Motorwelle 34 und hemmt diese derart, dass der Wirkungsgrad des Verstellantriebs 8 unterhalb von 50% liegt. Mit anderen Worten wird mittels der Bremsvorrichtung 48 die von der auf die Fensterscheibe 4 wirkenden Gewichtskraft hervorgerufene Drehung der Motorwelle 34 unterbunden. Sobald der Elektromotor 12 von der Steuerelektronik 16 bestromt wird, wird die Bremswirkung der Bremsvorrichtung 48 auf die Motorwelle 34 mittels der Steuerelektronik 16 reduziert und der Wirkungsgrad des Verstellantriebs 8 erhöht. Somit wird vergleichsweise wenig elektrische Energie zur Verbringung der Fensterscheibe 4 entlang des Verstellwegs 10 benötigt.
Die Bremsvorrichtung 48 wird bei einem Einsetzen der Bestromung des Elektromotors 12 nicht vollständig gelöst. Vielmehr erfolgt dies graduell, und die Drehzahl des Elektromotors 12 wird mittels Funktion an eine gewünschte Nenndrehzahl angepasst. Die Funktion ist insbesondere eine Gerade. Mit anderen Worten wird die Bremsvorrichtung 48 derart sukzessive gelöst, dass die Drehzahl des Elektromotors 12 kontinuierlich bis zum Erreichen der Nenndrehzahl steigt. Die dem Elektromotor 12 zugeführte elektrische Energie ist hierbei konstant.
Während des Normalbetriebs des Verstellantriebs 8 ist die Bremsvorrichtung 48 nicht vollständig gelöst. Vielmehr wird mittels der Bremsvorrichtung 48 – aufgrund einer Bremswirkung – der Wirkungsgrad des Verstellantriebs 8 reduziert. Sobald eine Schwergängigkeit auftritt, etwa eine temperaturbedingte geringfügige Verformung eines mechanischen Bauteils entlang des Kraftweges des Fensterhebers 24, wird die Bremsvorrichtung 48 gelöst und folglich der Wirkungsgrad des Verstellantriebs 8 erhöht. Daher bleiben in diesem Fall die Drehzahl des Elektromotors 12 und somit auch die Geschwindigkeit der Verstellbewegung der Fensterscheibe 4 im Wesentlichen konstant. Wenn die Schwergängigkeit überwunden wurde, wird die Motorwelle 34 erneut mittels der Bremsvorrichtung 48 abgebremst. Falls jedoch die Drehzahl des Elektromotors 12 trotz maximal betätigter Bremsvorrichtung 48 größer als die Nenndrehzahl sein sollte, so wird die Energiezufuhr zu dem Elektromotor 12 und daher auch dessen Drehzahl mittels der Steuerelektronik 16 reduziert.
In den 3a, 3b und 3c ist eine erste Ausführungsform der Bremsvorrichtung 48 gezeigt, die eine Hülse 50 umfasst. Die Hülse 50 ist hohlzylindrisch und nimmt im montierten Zustand, wie in 3c in einer Schnittdarstellung entlang der Hülsenachse dargestellt, die Motorwelle 34 auf. Mit anderen Worten ist die Erstreckungsrichtung der Hülse 50 im Wesentlichen gleich der der Motorwelle 34. In 3a ist die Hülse 50 in einer Seitendarstellung und in 3b in einer Schnittdarstellung längs der Erstreckungsrichtung der Hülse dargestellt. Die Hülse 50 weist an deren Freienden jeweils eine ringförmige Abkröpfung 52 auf. In die einstückige Hülse 50 sind spiralförmig verlaufende Aussparungen 54 eingebracht. Dabei reichen die Aussparungen 54 vollständig durch die Hülse 50 hindurch. Die zueinander parallelen Aussparungen 54 schließen mit der Erstreckungsrichtung der Hülse 50 einen Winkel von im Wesentlichen 45° ein. Die Innenseite der Hülse ist im Bereich zwischen den Aussparungen 54 mittels eines Reibbelags 56 ausgeschlagen.
Im Montagezustand ist zwischen den beiden Abkröpfungen 52 ein Piezoaktor 58 angeordnet, der die Hülse 50 im Bereich zwischen den Abkröpfungen 52 umfänglich umgibt. Dabei ist der Piezoaktor an den aneinander zugewandten Flächen der Abkröpfungen 52 abgestützt. Der als Stack ausgebildete Piezoaktor 58 weist eine Anzahl von abwechselnd übereinander geschichteten Elektroden 60 und Schichten aus piezoaktivem Material 62 auf, das im Wesentlichen ringförmig geformt ist. Die jeweils übernächste Elektrode 60 befindet sich auf dem gleichen elektrischen Potential der ursprünglichen Elektrode 60. Mittels Anlegen eines elektrischen Potentials zwischen den auf diese Weise gebildeten Gruppen von Elektroden 60 wird eine Änderung der Längenausdehnung des Piezoaktors 58 herbeigeführt.
Wenn die Länge des Piezoaktors 58 mittels Anlegen einer elektrischen Spannung an die Elektroden 60 vergrößert wird, werden die beiden Abkröpfungen 52 von einander weg gepresst, wodurch diese aufgrund der Form der Aussparungen 54 gegeneinander verdreht werden. Dabei wird sowohl die Dicke der Aussparungen 54 als auch der Innendurchmesser der Hülse 50 im Bereich der Aussparungen 54 verringert, weswegen der Reibbelag 56 an der Motorwelle 34 anliegt. Dahingegen ist der Durchmesser der Hülse 50 im Bereich der Abkröpfungen 52 konstant und unabhängig von der Länge der Hülse 50.
Eine der Abkröpfungen 52 liegt form- und kraftschlüssig in einer sacklochartigen Ausnehmung 64 einer senkrecht zu der Motorwelle 34 verlaufenden Rippe 66 des Elektronik- und Getriebegehäuses 20 ein, durch die Motorwelle 34 ragt. Aufgrund der rotationsfesten Anbringung der Hülse 50 wird die Motorwelle 34 bei verringertem Durchmesser der Hülse 50 abgebremst. Die verbleibende Abkröpfung 52 kann in einem Kanal 68 des Elektronik- und Getriebegehäuses 20 geführt sein, um ein Verkippen der Hülse 52 zu vermeiden.
Diese Ausführungsform der Hülse 50 wird beispielsweise in einem Türfeststeller verwendet, wobei die Bremsvorrichtung 48 keinen Elektromotor 12 umfasst. Vielmehr wird Bremsvorrichtung 48 betätigt, falls sich die mittels der Bremsvorrichtung 48 zu sicherenden Tür, oder Kofferraumdeckel, in der gewünschten Position befindet. Bei einer Verstellung der Tür wird die Bremsvorrichtung 48 gelöst, wobei die Verstellung beispielsweise manuell erfolgt. Die Bremsvorrichtung 48 wirkt hierbei auf eine in Wirkverbindung mit der Tür stehenden Welle.
Die in 4a bis 4c gezeigte Ausführungsform der Bremsvorrichtung 48 unterscheidet sich hinsichtlich der in 3a bis 3c gezeigten durch die Form der Hülse 50. Diese weist lediglich eine Abkröpfung 52 auf, die in der Ausnehmung 64 im Montagezustand platziert ist. Das gegenüberliegende Freiende ist frei von einer Abkröpfung 52 und weist lediglich einen Zapfen 70 auf, der rechtwinklig zu der Motorwelle 34 verläuft. An dem Zapfen 70 greift der Piezoaktor 58 an, der sowohl mit der Verlaufsrichtung der Motorwelle 34 als auch der des Zapfens 70 einen im Wesentlichen rechten Winkel einschließt. Das verbleibende Ende des ebenfalls als Stack ausgeführten Piezoaktors 58 ist an dem Elektronik- und Getriebegehäuse 20 angebunden und fixiert. Mittels einer Längenänderung des Piezoaktors 58 wird der Zapfen 70 um die Motorwelle 34 um einen vergleichsweise kleinen Winkel rotiert. Dies bedingt einerseits eine Längenänderung der Hülse 50 als auch andererseits einer Veränderung der Dicke der Aussparungen 54. Ebenfalls wird der Durchmesser der Hülse 50 verändert, so dass diese entweder an der Motorwelle 34 anliegt oder von dieser beanstandet ist.
Auch diese Ausführungsform der Hülse 50 wird bevorzugt in einem elektromotorlosen Türfeststeller verwendet oder ist Bestandteil hiervon.
Bei der dritten Ausführungsform der Bremsvorrichtung 48, die in 5 in einer Schnittdarstellung senkrecht zu der Motorwelle 34 gezeigt ist, umgibt die Hülse 50 die Motorwelle 34 nach Art einer Schelle. Mit anderen Worten ist die Hülse 50 ein Rohr, mit einem axial verlaufenden Schlitz 72, wobei der Innendurchmesser des Rohrs im unbelasteten und unmontierten Zustand kleiner als der Außendurchmesser der Welle 34 ist. Das Rohr ist aus einem federelastischen Material hergestellt und an dessen Innenseite mit dem Reibbelag 56 ausgeschlagen, der beispielsweise aus einem Gummi oder Kunststoff besteht. An den Rändern des Schlitzes 72 ist jeweils ein L-förmiger Schenkel 74 angeformt, die jeweils ein erstes Element 76 und ein hierzu senkrecht angeordnetes zweites Element 78 aufweisen. Die beiden ersten Elemente 76 sind dabei im Wesentlichen in einer Ebene angeordnet und stehen mit dem Rohr in Verbindung. Die zweiten Elemente 78 sind an dem verbleibenden Freiende der jeweiligen ersten Elemente 76 angeformt und verlaufen zueinander parallel. Der sich ergebende Querschnitt der Hülse 50 ist somit im Wesentlichen Ω-förmig. Entlang der ersten Elemente 76 ist zwischen den zweiten Elementen 78 der Piezoaktor 58 angeordnet, wobei das piezoaktive Material 62 im Wesentlichen rechteckförmig ist. Mittels einer Längenänderung des Piezoaktors 58 werden entweder die beiden zweiten Elemente 78 voneinander weg- oder aufeinander zubewegt. Infolge dessen wird das Rohr aufgeweitet bzw. gegen die Motorwelle 34 gepresst, was zu einer Hemmung des Verstellantriebs 8 führt. Auch diese Ausführungsform der Hülse 50 wird bevorzugt in einem elektromotorlosen Türfeststeller verwendet oder ist Bestandteil hiervon.
Die in 6 in einer Darstellung gemäß 5 gezeigte Ausführungsform der Bremsvorrichtung 48 unterscheidet sich zu der vorhergehenden einerseits dadurch, dass der Reibbelag 56 aus Kostengründen weggelassen ist. Andererseits ist das Rohr gegen ein Vierkantstück mit einem U-förmigen Querschnitt getauscht. Hierbei werden mittels des Piezoaktors 58 über die beiden Schenkel 74 die zueinander parallelen Schenkel des U-förmigen Querschnitts des Vierkantstücks entweder gegen die Motorwelle 34 gepresst oder von dieser beanstandet. Vorzugsweise liegt die Motorwelle 34 mittels einer Presspassung in dem Vierkantstück ein, falls keine Spannung an den Elektroden 60 des Piezoaktors 58 anliegt. Lediglich bei einer Spannungsanlegung an den Piezoaktor 58 wird das Vierkantstück aufgeweitet und die Motorwelle 34 freigegeben. Auch diese Ausführungsform der Hülse 50 wird bevorzugt in einem elektromotorlosen Türfeststeller verwendet oder ist Bestandteil hiervon.
Die in 7 in einer Schnittdarstellung senkrecht zu der Motorwelle 34 gezeigte Ausführungsform der Bremsvorrichtung 48 nutzt ein pneumatisches oder hydraulisches System 80, in das ein Gas, vorzugsweise Luft, bzw. eine Flüssigkeit eingefüllt ist, vorzugsweise Öl. Das pneumatische bzw. hydraulische System 80 weist eine Pumpe 82 und einen Pneumatik- bzw. Hydraulikzylinder 84 auf, die über ein Schlauchsystem 86 gas- bzw. flüssigkeitsdicht miteinander verbunden sind. Die Pumpe 82 wird durch den einseitig fest angeschlagenen Piezoaktors 58 betrieben, wobei mittels eines stabilen Stempels 88 ein Volumen der Pumpe 32 vergrößert oder verkleinert wird. Dabei ist der Stempel 88 an dem verbliebenen Freiende des Piezoaktors 58 angebunden.
Der Pneumatik- bzw. Hydraulikzylinder 84 ist hohlzylindrisch aufgebaut, wobei die Motorwelle 34 von diesem umschlossen wird. Die Außenwand des Zylinders 84 ist stabil und besteht beispielsweise aus einem Metall. Die Innenwand wird durch die Hülse 50 gebildet, die nach Art eines Bremsschlauches sich mit Spielanpassung an die Motorwelle 34 schmiegt. Bei einer Druckerhöhung innerhalb des Zylinders 84 mittels der Pumpe 82 wird die Hülse 50 gegen die Motorwelle 34 gepresst, so dass diese gehemmt wird. Bei einer Druckreduzierung hingegen wird die Hülse 50 von der Motorwelle 34 weggesogen, was eine Rotationsbewegung der Motorwelle 34 ermöglicht.
Die in 8 ebenfalls in einer Schnittdarstellung senkrecht zur Motorwelle 34 gezeigte sechste Ausführungsform der Bremsvorrichtung 48 umfasst eine Feder 90, die einseitig an dem Elektronik- bzw. Getriebegehäuse 20 befestigt ist. Das verbliebene Ende der Feder 90 ist an der Hülse 50 angebunden, die aus einem steifen Material mit einem vergleichsweise hohen Reibungskoeffizienten gefertigt ist. Auf der bzgl. der Rotationsachse der Motorwelle 34, die innerhalb der Hülse 50 angeordnet ist, gegenüberliegenden Seite der Feder 90 ist der Piezoaktor 58 angeordnet und sowohl an der Hülse 50 als auch an dem Elektronik- bzw. Getriebegehäuse 20 befestigt. Der Piezoaktor 58 verläuft im Wesentlichen parallel zu der Feder 90. Mittels der Feder 90 wird eine Kraft bereitgestellt, die die Hülse 50 auf der der Feder 90 zugewandten Seite gegen die Motorwelle 34 presst. Bei einer elektrischen Spannungsanlegung an die Elektroden 60 des Piezoaktors 58 wird die Federkraft aufgrund der Ausdehnung der piezoaktiven Materials 62 zumindest teilweise kompensiert und die Hülse 50 von der Motorwelle 34 beanstandet. Folglich ist bei aktiviertem Piezoaktor 58 die Motorwelle 34 freigegeben, wohingegen die Motorwelle 34 gehemmt ist, sofern die Elektroden 60 des Piezoaktors 58 auf gleichem elektrischen Potential liegen.
Bei der in 9 in einer Schnittdarstellung parallel zur Motorwelle 34 dargestellten Ausführungsform der Bremsvorrichtung 48 umgibt die aus einem vergleichsweise steifen Material gefertigte Hülse 50 ebenfalls die Motorwelle 34. An der Hülse 50 ist ein an einem Hebelpunkt 92 schwenkbar gelagerter Arm 94 angeformt, der bei betriebenen Elektromotor 12 im Wesentlichen senkrecht zu der Motorwelle 34 verläuft. An dem Arm 94 ist einerseits die Feder 90 und andererseits der Piezoaktor 58 angebunden, wobei sich diese beiden auf unterschiedlichen Seiten des Hebelpunkts 92 befinden. Dabei wird mittels des Piezoaktors 58 bei betriebenem Elektromotor 12 die von der Feder 90 auf den Arm 94 ausgeübte Kraft kompensiert, so dass die Hülse 50 von der Welle 34 beanstandet ist. Folglich ist die Motorwelle 34 vergleichsweise frei drehbar, und bei einer Erschütterung des Verstellantriebs 8 wird eine übermäßige Verbiegung der Motorwelle 34 mittels der Hülse 50 verhindert. Dahingegen wird bei einer Verkürzung der Länge des Piezoaktors 58 der Arm 94 um den Hebelpunkt 92 mittels der Feder 90 verkippt, weshalb die Hülse 50 mit der Motorwelle 34 verkantet. Dies führt zu einer Hemmung der Motorwelle 34. Aufgrund der Lagerung des Armes 94 an dem Hebelpunkt 92 führt auch eine vergleichsweise geringe Längenänderung des Piezoaktors 58 zur Minderung des Wirkungsgrades des Verstellantriebs 8.
Die in 10 gemäß 8 gezeigte Bremsvorrichtung 48 weist zwei zueinander parallele Bremsschenkel 96 auf, zwischen denen die Motorwelle 34 angeordnet ist. Die Bremsschenkel 96 sind zueinander verschieblich gelagert. Dabei sind die Bremsschenkel 96 in Führungsschienen des Elektronik- bzw. Getriebegehäuses 20 angeordnet, die senkrecht zu der Motorwelle 34 verlaufen. Zwischen den Bremsschenkeln 96 sind auf jeder Seite der Motorwelle 34 jeweils eine Feder 90 und ein Piezoaktor 58 angeordnet, deren Ausdehnungsrichtung entlang der Verschieberichtung der Bremsschenkel 96 ist, und die an den Bremsschenkeln 96 angebunden sind. Mittels der Federn 90 werden die Reibbeläge 56 gegen die Motorwelle 34 gepresst, wobei an jedem der Bremsschenkel 96 jeweils einer der Reibbeläge 56 befestigt ist. Bei einer Spannungsanlegung an den Piezoaktoren 58 wird der Abstand zwischen den Bremsschenkeln 96 entgegen der Federkraft erhöht, sodass die Motorwelle 34 freigegeben ist. Aufgrund des geringeren Abstands der Piezoaktoren 58 zu der Motorwelle 34 als der der Federn 90 erfolgt eine Beabstandung der Bremsschenkel 96 auch bei einer von den Federn 90 hervorgerufenen Verbiegung. Mittels geeigneter Wahl der Federn 90 wird der Anpressdruck der Bremsschenkel 96 auf die jeweilige Verwendung des Verstellantriebs 8 eingestellt.
In 11 ist schematisch eine neunte Ausführungsform der Bremsvorrichtung 48 in einer Schnittdarstellung entlang der Rotationsachse der Motorwelle 34 dargestellt. Die Bremsvorrichtung 48 befindet sich hierbei nicht wie in 2 gezeigt zwischen der Schnecke 42 und dem Rotor 28 des Elektromotors 12. Die Bremsvorrichtung 48 ist auf der dem Rotor 28 abgewandten Seite der Schnecke 42 angeordnet, wobei sich das auf dieser Seite befindliche Lager 38 zwischen der Vorrichtung 48 und der Schnecke 42 befindet. Die Motorwelle 34 ist freiendseitig zur Bildung eines Hohlkegels 98 ausgespart, der die Form eines Kegelstumpfes aufweist. Innerhalb des Hohlkegels 98 ist ein Bremskegel 100 angeordnet, dessen Abmessung im Wesentlichen denen des Hohlkegels 98 entsprechen. Der Kegel wird mittels zweier ortsfest angebundener Federn 90 in Axialrichtung der Motorwelle 34 in den Hohlkegel 98 gepresst. Hierfür sind die Federn 90 an einem Teller 102 angebunden, an dessen gegenüberliegender Seite der Bremskegel 100 befestigt ist. An dem Teller 102 greifen zwei Piezoaktoren 58 an, die ihrerseits mit ihrem jeweiligen verbleibenden Freiende mit dem Getriebegehäuse 20 verbunden sind. Mittels Längenausdehnung der Piezoaktoren 58 wird der Teller 102 von der Motorwelle 34 beanstandet und der Kegel 100 aus dem Hohlkegel 98 herausgedrückt. Folglich wird mittels der beiden Piezoaktoren 58 der Anpressdruck des Bremskegels 100 an die Motorwelle 34 eingestellt. Aufgrund der Funktionsweise des Bremskegels 100 nach der Art eines Morsekegels ist auch bei einem vergleichsweise geringen Stellweg des mit dem Bremskegel 100 verbundenen Tellers 102 eine Hemmung und Enthemmung der Motorwelle 34 möglich.
In 12a bis 12c ist eine weitere Form der Bremsvorrichtung 48 gezeigt, wobei die Bremsvorrichtung 48 auf die Abtriebswelle 46 wirkt. In 12a ist die Abtriebswelle 46 in einer Seitenansicht, in 12b in einer Schnittdarstellung entlang deren Längsachse und in 12c im montierten Zustand gemäß 12b gezeigt. Die Abtriebswelle 46 weist eine Anzahl von zueinander parallel verlaufenden Aussparungen 104 auf. Die Aussparungen 104 reichen durch eine Wand der Abtriebsachse 46 in einen in der Mitte gebildeten Hohlraum 106 hinein und verlaufen im Wesentlichen spiralförmig. Mit anderen Worten weist jede Aussparung 104 sowohl eine axiale als auch eine tangentiale Komponente auf. Im Montagezustand ist die Abtriebsachse 46 mit einem ihrer Freienden rotationsfest an dem Elektronik- und Getriebegehäuse 20 befestigt. Das andere Ende ragt durch eine Rippe 108 des Getriebegehäuses 20 und ist mittels eines Lagers 110 rotationsbeweglich.
An diesem Freiende greift der Piezoaktor 58 im Wesentlichen in Tangentialrichtung an. Folglich ist mittels des Piezoaktors 58 eine Verdrehung der beiden Freienden der Abtriebsachse 46 zueinander ermöglicht. Dabei werden die Aussparungen 104 je nach Bewegungsrichtung der beiden Freienden zueinander entweder aufgeweitet oder verkleinert. Bei einer Bewegung des Freiendes entgegen der Spiralrichtung beispielsweise werden die Aussparungen 104 aufgeweitet. Bei einer derartigen Bewegung wird der Durchmesser der Abtriebsachse 46 im Bereich des Hohlraums 106 vergrößert, in ähnlicher Weise wie die Hülse 50 bei der ersten und zweiten gezeigten Auszugsform der Bremsvorrichtung 48. Bei einer Vergrößerung des Durchmessers der Abtriebsachse 46 ist das auf diese aufgesetzte Schneckenrad 44 kraft- und formschlüssig mit der Abtriebsachse 46 verbunden, was eine Bewegung des Schneckenrads 44 aufgrund der Rotationsfestigkeit der Abtriebsachse 46 verhindert.
Auf die Abtriebsachse 46 ist ferner ein Mitnehmer 112 aufgesetzt, der entweder als Seiltrommel ausgebildet ist, oder mit dieser in Wirkverbindung steht. Eine Rotationsbewegung des rotationsfest mit dem Schneckenrad 44 verbundene Mitnehmers 112 wirkt bei vergrößertem Durchmesser der Hülse 46 einerseits von dem gehemmten Schneckenrad 44 und andererseits von der Abtriebswelle 46 selbst unterbunden. Dahingegen wird bei verringertem Durchmesser der Abtriebswelle 46 eine Rotationsbewegung sowohl des Schneckenrads 44 als auch des Mitnehmers 112 ermöglicht, wobei zwischen diesen und der Abtriebswelle 46 ein Gleitlager gebildet ist.
In 13a bis 13c ist gemäß 12a bis 12c eine weitere Ausführungsform der Bremsvorrichtung 48 und der Abtriebswelle 46 gezeigt. Im Vergleich zu der vorherigen Ausführungsform ist die Abtriebswelle 46 einseitig an dem Elektronik- und Getriebegehäuse 20 angebunden. Ferner ist der Piezoaktor 58 innerhalb des Hohlraums der Abtriebswelle 46 platziert, wobei eine Längenänderung des Piezoaktors 58 zu einer Längenänderung der Abtriebswelle 46 führt. Mit anderen Worten ist der Verlauf des Piezoaktors 58 im Wesentlichen dem der Abtriebswelle 46, und die Freienden des Piezoaktors 58 sind an den Freienden der Abtriebswelle 46 befestigt. Darüber hinaus liegt das Schneckenrad 44 nicht auf dem Getriebegehäuse 20 auf, sondern wird vielmehr mittels eines Rings 114 gehalten und geführt, der in einer Nut 116 der Abtriebswelle 46 platziert ist. Falls die Abtriebswelle 46 den vergrößerten Durchmesser aufweist, liegt der Ring 114 formschlüssig in der Nut 116 ein, wobei ein Bereich des Rings 114 übersteht. Auch bei einem verringerten Durchmesser der Abtriebswelle 46 liegt der Ring 114 in der Nut 116 ein, es ist lediglich zwischen diesen ein Spiel gebildet. Mittels des Rings 114 wird eine Bewegung des Schneckenrades 44 in Axialrichtung verhindert, wenn die Abtriebswelle 46 nicht kraftschlüssig mit dem Schneckenrad 44 verbunden ist.
In den 14 und 15 sind zwei letzte Ausführungsform der Bremsvorrichtung 48 in einer Schnittachse entlang der Axialrichtung der Abtriebswelle 46 dargestellt. Auch hierbei ist der Mitnehmer 112 auf die Abtriebsachse 46 aufgesteckt und in einer rotationsfesten Verbindung mit dem Schneckenrad 44. Das eine Mal liegt das Schneckenrad 44 an der Abtriebswelle 46 an und wird mittels des Rings 114 in Axialrichtung geführt, wie in 13c bereits gezeigt. Bei der in 15 dargestellten Ausführungsform ist das Schneckenrad 44 nach Art eines Hohlzylinders geformt und liegt auf dem Getriebegehäuse 20 auf, an dem ein Kragen 118 angeformt ist. Der Kragen 118 selbst weist eine hohlzylindrische Form auf und liegt formschlüssig an dem Schneckenrad 44 an, wobei zwischen diesen ein Gleitlager gebildet ist.
Die Abtriebswelle 46 weist einen Zentralzapfen 120 auf, der form- und kraftschlüssig in einer Aussparung innerhalb des Getriebegehäuses 20 angeordnet ist. Der Zentralzapfen 120 ist von einem Hohlraum 122 umgeben, der umfangsseitig mittels vier Spreizflügeln 124 begrenzt ist. Jeder Spreizflügel 124 weist ein Kreissegment von 90° als dessen Querschnitt auf und ist von den jeweils angrenzenden Spreizflügel 124 mittels eines Schlitzes getrennt. Alle Spreizflügel 124 sind an einem Kopfstück 126 angeformt und über dieses mit dem Zentralzapfen 120 verbunden. Zwei einander gegenüberliegende Spreizflügel 124 stehen mit zwei Piezoaktoren 58 in Wirkverbindung. Bei einer Längenvergrößerung der Piezoaktoren 58 werden diese beiden Spreizflügel 124 auf dem Zentralzapfen 120 hin verschwenkt, wobei zwischen diesen beiden Spreizflügeln 124 und dem Kopfstück 126 ein Filmscharnier gebildet ist. Die Piezoaktoren 58 sind mit deren verbleibenden Freiende an dem Getriebe- und Elektronikgehäuse 20 abgestützt. Besonders vorteilhaft ist der Piezoaktor an dem Kragen 118 angebunden, sofern dieser vorhanden ist. Die in 15 gezeigte Ausführungsform ist gegenüber der in 14 dargestellten vorteilhaft, da die Piezoaktoren 58 mittels des Schneckenrades 44, dem Mitnehmer 112 und dem Getriebegehäuse 20 vollständig umgeben sind. Auf diese Weise sind die Piezoaktoren 58 vor Schmutz oder sonstigen Partikeln oder Störeinflüssen geschützt, was derer Lebensdauer erhöht. Alternativ hierzu sind die Piezoaktoren 58 in dem Hohlraum 122 angeordnet. Dabei wird vorzugsweise lediglich ein einziger Piezoaktor 58 verwendet, der mit den beiden gegenüberliegen Spreizflügeln 124 verbunden ist
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen beschriebene Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

2: Fensterheber
4: Fensterscheibe
6: Tür
8: Verstellantrieb
10: Verstellweg
12: Elektromotor
14: Getriebe
16: Steuerelektronik
18: Taster
20: Elektronikgehäuse
22: Steckverbinder
24: Kontakt
26: Schraube
28: Rotor
30: Kommutator
32: Bürstensystem
34: Motorwelle
36: Lager
38: Achszapfen
40: Aussparung
42: Schnecke
44: Schneckenrad
46: Abtriebswelle
48: Bremsvorrichtung
50: Hülse
52: Abkröpfung
54: Aussparung
56: Reibbelag
58: Piezoaktor
60: Elektrode
62: piezoaktives Material
64: Ausnehmung
66: Rippe
68: Kanal
70: Zapfen
72: Schlitz
74: Schenkel
76: erstes Element
78: zweites Element
80: pneumatisches oder hydraulisches System
82: Pneumatik- bzw. Hydraulikpumpe
84: Pneumatik- bzw. Hydraulikzylinder
86: Schlauchsystem
88: Stempel
90: Feder
92: Hebelpunkt
94: Arm
96: Bremsschenkel
98: Hohlkegel
100: Bremskegel
102: Teller
104: Aussparung
106: Hohlraum
108: Rippe
110: Lager
112: Mitnehmer
114: Ring
116: Nut
118: Kragen
120: Zentralzapfen
122: Hohlraum
124: Spreizflügel
126: Kopfstück

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 19541118 A1 [0003]
DE 19854038 A1 [0003]
DE 3815356 A1 [0003]

Claims

Verstellantrieb (8) eines Kraftfahrzeugs, insbesondere Fensterheber, mit einem über eine Motorwelle (34) eines Elektromotors (12) angetriebenen, auf einer Abtriebswelle (46) angeordneten Kraftübertragungselement (44, 112) eines Getriebes (14), das einen Wirkungsgrad größer als 50% aufweist, und mit einer mittels eines Piezoaktors (58) betätigten, auf die Motorwelle (34) oder die Abtriebswelle (46) wirkenden Bremsvorrichtung (48) zur Herabsetzung des Wirkungsgrads auf unter 50% bei abgeschaltetem Motor (12).
Verstellantrieb (8) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wirkungsgrad des Getriebes (14) zwischen 60% und 70% ist, insbesondere zwischen 65% und 70%, und/oder dass die Bremsvorrichtung (48) einen Reibbelag (56) zur Anlage an der jeweiligen Welle (34, 46) aufweist.
Verstellantrieb (8) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Piezoaktor (58) als Stack ausgebildet ist und/oder bei abgeschaltetem Motor (12) unbestromt ist.
Verstellantrieb (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle (46) zumindest einseitig rotationsfest befestigt ist, und/oder dass an der Abtriebswelle (46) ein Ring (114) zur Anlage des Kraftübertragungselements (44, 112) in axialer Richtung angebracht ist.
Verstellantrieb (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (34, 46) von einer, insbesondere zylindrischen, Hülse (50) umgeben ist.
Verstellantrieb (8) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser der Hülse (50) bei abgeschaltetem Motor (12) zumindest abschnittsweise verkleinert ist.
Verstellantrieb (8) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (50) mindestens eine spiralförmig verlaufenden Aussparung (54) oder einen axial verlaufenden Schlitz (72) aufweist, insbesondere mit daran angebrachten Schenkeln (74) zur Bildung eines im Wesentlichen Ω-förmigen Querschnitts der Hülse (50), wobei die Aussparungen (54) bzw. der Schlitz (72) bei betriebenem Motor (12) aufgeweitet sind.
Verstellantrieb (8) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (50) zumindest teilweise eine flexible Innenwand eines hohlzylindrischen Pneumatik- oder Hydraulikzylinders (84) bildet, wobei eine mit dem Zylinder (84) in Wirkverbindung stehende Pneumatik- bzw. Hydraulikpumpe (82) mittels des Piezoaktors (58) betrieben ist.
Verstellantrieb (8) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (50) im Wesentlichen starr ist, und dass bei abgeschaltetem Elektromotor (12) die Hülse (50) zur Anlage an der Welle (34, 46) verkippt oder verschoben ist.
Verstellantrieb (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (34, 46) zwischen zwei federbelasteten im Wesentlichen parallel verlaufenden Bremsschenkeln (96) angeordnet ist, wobei der Abstand der Bremsschenkel (96) mittels des Piezoaktors (58), insbesondere mittels zwei Piezoaktoren (58), eingestellt ist.
Verstellantrieb (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (34, 46) freiendseitig einen Hohlkegel (98) aufweist, in dem ein Bremskegel (100) der Bremsvorrichtung (48) angeordnet ist, dessen Anpressdruck an die Welle (34, 46) mittels des Piezoaktors (58) eingestellt ist, wobei der Bremskegel (100) in Axialrichtung insbesondere federbelastet ist.
Verstellantrieb (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser der Welle (34, 46) bei abgeschaltetem Motor (12) zumindest teilweise vergrößert ist.
Verstellantrieb (8) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (34, 46) eine Anzahl von spiralförmig verlaufenden Aussparungen (104) aufweist, wobei die Aussparungen (104) bei betriebenem Motor (12) mittels des im Wesentlichen tangential zur Welle (34, 46) oder innerhalb der Welle (34, 46) angeordneten Piezoaktors (58) verkleinert sind.
Verstellantrieb (8) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (34, 46) einen nach außen hin mittels eines Spreizflügels (124) begrenzten Hohlraum (122) aufweist, wobei bei betriebenem Motor (12) der Spreizflügel (124) mittels des Piezoaktors (58) nach innen versetzt ist, insbesondere verschwenkt.
Verstellantrieb (8) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass bei vergrößertem Außendurchmesser der Welle (34, 46) das Kraftübertragungselement (44, 112) kraftschlüssig mit der Welle (34, 46) verbunden ist.
Verfahren zum Betrieb eines eine Bremsvorrichtung (48) aufweisenden elektromotorischen Verstellantriebs (8) eines Kraftfahrzeugs nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei dem die Drehzahl des Elektromotors (12) mittels der Bremsvorrichtung (48) gesteuert wird.