DE102017128214A1

DE102017128214A1 - Kraftfahrzeugkomponente

Info

Publication number: DE102017128214A1
Application number: DE102017128214.9A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Strobel; Stephan Henzler
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 2017-11-29
Filing date: 2017-11-29
Publication date: 2019-05-29
Also published as: WO2019105694A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeugkomponente, insbesondere Klappenantrieb, mit einem um eine Drehachse (5) drehbaren Antriebselement (6), insbesondere einer Antriebswelle, und einem Antriebsmotor (7) zur motorischen Verstellung des Antriebselements (6), wobei die Kraftfahrzeugkomponente (1) eine Bremsanordnung (9) aufweist, die mit dem Antriebselement (6) gekoppelt ist, wobei die Bremsanordnung (9) eine Reibbremse (10) ausbildet, die das Antriebselement (6) ständig bremst. Es wird vorgeschlagen, dass die Bremsanordnung (9) zusätzlich zu der Reibbremse (10) eine Zusatzbremse (12) ausbildet, die das Antriebselement (6) zumindest im statischen Zustand des Antriebselements (6) nach Art einer magnetischen Hysteresebremse bremst.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeugkomponente, insbesondere einen Klappenantrieb, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, eine Klappenanordnung mit einem solchen Klappenantrieb gemäß Anspruch 18 sowie ein Verfahren für den Betrieb einer Kraftfahrzeugkomponente gemäß Anspruch 20.
Heutige Kraftfahrzeuge sind mit einer Mehrzahl von Kraftfahrzeugkomponenten ausgestattet, die Antriebsfunktionen für Verstellelemente übernehmen. Beispiele hierfür sind Klappenantriebe, Fensterheberantriebe, Sitzverstellantriebe o.dgl. Dabei besteht eine von vielen Anforderungen darin, dass das zu verstellende Verstellelement in jeder Zwischenstellung gehalten wird, auch wenn der zugeordnete Antriebsmotor unbestromt ist.
Die bekannte Kraftfahrzeugkomponente ( DE 10 2014 005 006 A1 ), von der die Erfindung ausgeht, ist als Klappenantrieb ausgestaltet. Der Klappenantrieb dient der motorischen Verstellung einer Heckklappe eines Kraftfahrzeugs zwischen einer Schließstellung und einer Offenstellung. Dem nicht selbsthemmend ausgestalteten Antriebsstrang ist hier eine Reibbremse zugeordnet, die dafür sorgt, dass die Heckklappe auch bei unbestromten Antriebsmotor wie oben angesprochen in jeder Zwischenstellung gehalten wird. Die Reibbremse wirkt ständig auf den Antriebsstrang, was einen einfachen konstruktiven Aufbau der Reibbremse erlaubt. Eine Herausforderung bei der bekannten Kraftfahrzeugkomponente besteht darin, eine gute Haltewirkung in jeder Zwischenstellung der Heckklappe zu erreichen, und zwar unabhängig davon, ob das Kraftfahrzeug in ebener Lage oder in Hanglage abgestellt ist.
Es sind auch andere Bremsen für Klappenantriebe vorgeschlagen worden, wie beispielsweise Hysteresebremsen, deren Bremswirkung auf den Energiebedarf bei der Ummagnetisierung einer ferromagnetischen Komponente zurückgeht ( EP 2 543 808 A1 ). Die Funktionsweise einer solchen Hysteresebremse ergibt sich beispielsweise aus der DE 197 05 290 A1 .
Der Erfindung liegt das Problem zu Grunde, die bekannte Kraftfahrzeugkomponente derart auszugestalten und weiterzubilden, dass eine verbesserte Haltewirkung mit geringem konstruktivem Aufwand erzielt wird.
Wesentlich ist zunächst die grundsätzliche Überlegung, dass die Kraftfahrzeugkomponente eine Bremsanordnung aufweist, die nach unterschiedlichen Funktionsprinzipien arbeitet. Zunächst einmal wird davon ausgegangen, dass die Bremsanordnung eine Reibbremse ausbildet, die das Antriebselement ständig bremst.
Wesentlich ist weiter, dass die Bremsanordnung zusätzlich zu der Reibbremse eine Zusatzbremse ausbildet, die zumindest im statischen Zustand des Antriebselements nach Art einer magnetischen Hysteresebremse arbeitet und die damit zumindest im statischen Zustand des Antriebselements das Antriebselement zusätzlich zu der Reibbremse bremst. Die Zusatzbremse ist hierfür vom grundsätzlichen Aufbau einer Hysteresebremse. Hiermit ist gemeint, dass die Bremsanordnung eine Zusatzbremse mit einer dauermagnetischen Erregerkomponente und einer ferromagnetischen Gegenkomponente ausbildet, die um die Drehachse des Antriebselements relativ zueinander drehbar sind. Dabei ist die Erregerkomponente um die Drehachse herum alternierend magnetisiert.
Im statischen Zustand findet eine entsprechend um die Drehachse herum alternierende Aufmagnetisierung der Gegenkomponente durch die Erregung der Erregerkomponente statt, die die Gegenkomponente vorzugsweise in ihre magnetische Sättigung überführt. Im statischen Zustand bedeutet dies, dass die magnetische Wechselwirkung zwischen Erregerkomponente und Gegenkomponente ein Bremsmoment erzeugt, das überwunden werden muss, um in den dynamischen Zustand, also zu einer Relativdrehung zwischen Erregerkomponente und Gegenkomponente, zu gelangen. Dadurch ergibt sich mit der Zusatzbremse eine zusätzliche Bremswirkung im statischen Zustand, die die Haltewirkung im statischen Zustand verbessert.
Im dynamischen Zustand dagegen ist eine zusätzliche Bremswirkung gar nicht erwünscht. Hier zeigt sich der Aufbau einer Hysteresebremse als besonders vorteilhaft, da die Hysteresebremse bei hohen Drehzahlen ihre Wirkung reduziert oder ganz verliert. Der Grund hierfür besteht darin, dass die Hysteresebremse, wie oben angesprochen, auf den Energiebedarf bei der Ummagnetisierung der Gegenkomponente beruht. Die Frequenzabhängigkeit der magnetischen Permeabilität führt gewissermaßen dazu, dass die Ummagnetisierung der magnetischen Erregung durch die Erregerkomponente nicht folgen kann, so dass bei hohen Drehzahlen eine reduzierte oder gar keine Bremswirkung eintritt. Dies bedeutet vorliegend, dass bei entsprechend hohen Drehzahlen eine selbsttätige Deaktivierung der Zusatzbremse stattfindet, so dass bei geeigneter Auslegung der Zusatzbremse der dynamische Betrieb durch die Zusatzbremse nicht oder nur wenig behindert wird. Bei dieser Darstellung bleiben Wirbelstromeffekte, die sich durch bekannte Maßnahmen vermeiden lassen, unberücksichtigt.
Vorzugsweise addieren sich die Wirkungen der Reibbremse und der Zusatzbremse im statischen Zustand des Antriebselements. Entsprechend ist es gemäß Anspruch 2 so, dass sich das Losbrechmoment für das Antriebselement aus einem von der Reibbremse erzeugten Losbrechmomentanteil und aus einem von der Zusatzbremse erzeugten Losbrechmomentanteil zusammensetzt. Dabei beträgt der von der Zusatzbremse erzeugte Losbrechmomentanteil am Losbrechmoment vorzugsweise mindestens 10 %.
Bei der besonders bevorzugten Ausgestaltung gemäß Anspruch 6 wird das auf die Zusatzbremse wirkende magnetische Erregerfeld doppelt genutzt, nämlich einerseits für die Erzeugung der Bremswirkung der Hysteresebremse und andererseits für die Erzeugung der Bremswirkung der Reibbremse, indem die Normalkraft für die Reibbremse auf das Erregerfeld zurückgeht. Dies führt zu einer kostengünstigen und gleichzeitig kompakten konstruktiven Ausgestaltung der Bremsanordnung. Die weiter bevorzugten Ausgestaltungen gemäß den Ansprüchen 7 und 8 betreffen vorteilhafte konstruktive Varianten für die Umsetzung der obigen Doppelnutzung des Erregerfelds.
Die weiter bevorzugten Ausgestaltungen gemäß den Ansprüchen 10 bis 12 betreffen einen bevorzugten Nennbetrieb der Kraftfahrzeugkomponente, bei der der Antriebsmotor in einem Nenndrehzahlbereich angesteuert wird, und zwar derart, dass die Polwechselfrequenz auf der Gegenkomponente größer ist als die magnetische Grenzfrequenz (s. „Elektrotechnik in der Praxis“, Herbert Bernstein, De Gruyter Studium, 2016, S. 174, letzter Absatz) des Werkstoffs der Gegenkomponente. Dies bedeutet, dass die Relativdrehung zwischen der Erregerkomponente und der Gegenkomponente aufgrund der hohen Drehzahlen keine oder lediglich eine geringe Ummagnetisierung der Gegenkomponente verursacht. Die auf die Zusatzbremse zurückgehende Bremswirkung kann damit allenfalls auf eine Remanenzmagnetisierung der Gegenkomponente zurückgehen und ist damit, insbesondere bei weichmagnetischer Auslegung der Gegenkomponente, entsprechend gering. Dies ist insoweit interessant, als mit der vorschlagsgemäßen Lösung durch einen entsprechend hoch angesetzten Nenndrehzahlbereich eine oben angesprochene Deaktivierung der Zusatzbremse stattfindet, die bei Erreichen des dynamischen Bereichs des Antriebselements selbsttätig ausgelöst wird. Die Zusatzbremse wirkt in nennenswertem Umfang lediglich im statischen Zustand des Antriebselements.
Die besonders bevorzugten Ausgestaltungen gemäß den Ansprüchen 14 bis 17 betreffen bevorzugte Auslegungsvarianten für zumindest eine der Reibflächen, mit denen sich eine besonders hohe Verschleißfestigkeit erzielen lässt.
Nach einer weiteren Lehre gemäß Anspruch 18, der eigenständige Bedeutung zukommt, wird eine Klappenanordnung eines Kraftfahrzeugs mit einer Klappe und einem der Klappe zugeordneten, vorschlagsgemäßen Klappenantrieb als solche beansprucht, wobei der Klappenantrieb dazu dient, die Klappe zwischen einer Schließstellung und einer Offenstellung motorisch zu verstellen. Auf alle Ausführungen zu dem vorschlagsgemäßen Klappenantrieb darf verwiesen werden.
Eine besonders vorteilhafte Auslegung der Klappenanordnung betrifft Anspruch 19, nach dem die Klappe in jeder Klappenstellung durch die kombinierte Bremswirkung der Reibbremse und der Zusatzbremse in ihrem statischen Zustand gehalten wird. Dies bedeutet, dass das Losbrechmoment, das sich aus der Addition der Bremswirkung der Reibbremse mit der Bremswirkung der Zusatzbremse ergibt, entsprechend groß bemessen ist. Dies lässt sich durch die auf die vorschlagsgemäße Zusatzbremse zurückgehende, zusätzliche Einstellmöglichkeit für die Bremswirkung im statischen Zustand leicht erreichen, ohne dass die motorische Verstellung im dynamischen Zustand übermäßig behindert wird.
Nach einer weiteren Lehre gemäß Anspruch 20, der ebenfalls eigenständige Bedeutung zukommt, wird ein Verfahren für den Betrieb einer vorschlagsgemäßen Kraftfahrzeugkomponente, insbesondere einer vorschlagsgemäßen Klappenanordnung, als solches beansprucht.
Wesentlich für das vorschlagsgemäße Verfahren ist die oben angesprochene Ansteuerung des Antriebsmotors derart, dass der auf der Gegenkomponente herrschende, auf die Relativdrehung zwischen Erregerkomponente und Gegenkomponente zurückgehende Polwechsel eine Frequenz oberhalb der magnetischen Grenzfrequenz des Werkstoffs der Gegenkomponente aufweist, so dass die oben angesprochene Reduzierung der Bremswirkung der Zusatzbremse resultiert. Mit dem vorschlagsgemäßen Verfahren lässt sich eine Verstärkung der Bremswirkung der Bremsanordnung im statischen Zustand des Antriebselements erzeugen, während der dynamische Zustand des Antriebselements nicht oder nur unwesentlich behindert wird.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

1 den Heckbereich eines Kraftfahrzeugs mit einer vorschlagsgemäßen, als Klappenantrieb ausgestalteten Kraftfahrzeugkomponente,
2 die Bremsanordnung der Kraftfahrzeugkomponente gemäß 1 in der Ansicht II,
3 die Bremsanordnung gemäß 2, a) in der Ansicht IIIa und b) in der Ansicht IIIb.

Bei der dargestellten Kraftfahrzeugkomponente 1 handelt es sich um einen Klappenantrieb, der einer Klappe 2 eines Kraftfahrzeugs zugeordnet ist. Der Klappenantrieb 2 dient der Verstellung der Klappe 2 zwischen einer Schließstellung und einer Offenstellung.
Der Begriff „Klappe“ ist vorliegend weit zu verstehen. Es umfasst eine Heckklappe, einen Heckdeckel, eine Tür, insbesondere eine Seitentür, eine Fronthaube o. dgl. Der Begriff „Klappe“ umfasst in besonders weiter Auslegung auch eine Schiebetür.
Andere Anwendungsfelder für die vorschlagsgemäße Kraftfahrzeugkomponente 1 sind denkbar. Beispielsweise kann die Kraftfahrzeugkomponente 1 Anwendung finden als Fensterheberantrieb, als Sitzverstellantrieb o. dgl.
Die in 1 dargestellte, als Klappenantrieb ausgestaltete Kraftfahrzeugkomponente 1 ist nach Art eines Spindelantriebs ausgestaltet, mit dem sich lineare Antriebsbewegungen über die Antriebsanschlüsse 3, 4 an die Klappe 2 ausleiten lassen, um die Klappe 2 motorisch zu verstellen. Hinsichtlich des grundsätzlichen Aufbaus eines solchen Spindelantriebs darf auf die eingangs genannte Patentanmeldung DE 10 2014 005 006 A1 verwiesen werden, die auf die Anmelderin zurückgeht und die insoweit zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung gemacht wird.
Die Kraftfahrzeugkomponente 1 weist ein um eine Drehachse 5 drehbares Antriebselement 6 auf. Ferner ist die Kraftfahrzeugkomponente 1 mit einem Antriebsmotor 7 zur motorischen Verstellung des Antriebselements 6 ausgestattet. Bei dem Antriebselement 6 kann es sich um jedwedes Element handeln, das sich von einem Antriebsmotor 7 antreiben lässt. Bei dem dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Antriebselement um eine Antriebswelle, die im Antriebsstrang zwischen dem Antriebsmotor 7 und dem Spindel-Spindelmuttergetriebe 8 des Spindelantriebs angeordnet ist. Grundsätzlich kann es sich bei dem Antriebselement 6 aber auch um die Motorwelle des Antriebsmotors 7, um eine Getriebewelle o. dgl. handeln.
Die Kraftfahrzeugkomponente 1 weist eine Bremsanordnung 9 auf, die in 2 dargestellt ist. Die Bremsanordnung 9 ist in noch zu erläuternder Weise mit dem Antriebselement 6, dieses bremsend, gekoppelt.
Die Bremsanordnung 9 bildet zunächst einmal eine Reibbremse 10 aus, die das Antriebselement 6 ständig bremst. Das Bremsen des Antriebselements 6 erfolgt hier und vorzugsweise gegenüber einem Antriebsgehäuse 11 der Kraftfahrzeugkomponente 1, das in 1 zylinderrohrartig ausgebildet ist.
Wesentlich ist nun, dass die Bremsanordnung 9 zusätzlich zu der Reibbremse 10 eine Zusatzbremse 12 ausbildet, die zumindest im statischen Zustand des Antriebselements 6 nach Art einer magnetischen Hysteresebremse arbeitet.
Dadurch ist es so, dass zumindest im statischen Zustand des Antriebselements 6 die Zusatzbremse 12 das Antriebselement 6 zusätzlich zu der Reibbremse 10 bremst. Hierfür weist die Zusatzbremse 12 den Aufbau einer magnetischen Hysteresebremse auf. Die Zusatzbremse 12 bremst das Antriebselement 6 zumindest im statischen Zustand des Antriebselements 6, also bei stehendem Antriebselement 6, zusätzlich zu der Reibbremse 10. Der Aufbau einer solchen Hysteresebremse wurde im einleitenden Teil der Beschreibung erläutert.
Wie ebenfalls im einleitenden Teil der Beschreibung erläutert worden ist, dient die Bremsanordnung 9 dem Halten des Antriebselements 6 in jeglicher Zwischenstellung bei unbestromten Antriebsmotor 7. Da das Antriebselement 6 über das Spindel-Spindelmuttergetriebe 8 mit der Klappe 2 gekoppelt ist, führt dies entsprechend zu einem Halten der Klappe 2 in jeglicher Zwischenstellung. Dabei wird davon ausgegangen, dass der Antriebsstrang zwischen den beiden Antriebsanschlüssen 3, 4 nicht-selbsthemmend ausgestaltet ist. Dies bedeutet, dass die Einleitung einer Bewegung über die Antriebsanschlüsse 3, 4 in den Antriebsstrang zu einem Rücktreiben des Spindel-Spindelmuttergetriebes 8 und vorzugsweise auch des Antriebsmotors 7 führt.
Aus seinem statischen Zustand heraus lässt sich das Antriebselement 6 durch Aufbringung eines Losbrechmoments in einen dynamischen Zustand bringen, in dem sich das Antriebselement 6 um seine Drehachse 5 dreht. Dieses auf das Antriebselement 6 aufzubringende Losbrechmoment setzt sich, hier und vorzugsweise additiv, aus einem von der Reibbremse 10 erzeugten Losbrechmomentanteil und aus einem von der Zusatzbremse 12 erzeugten Losbrechmomentanteil zusammen. Hier und vorzugsweise ist es so, dass der von der Zusatzbremse 12 erzeugte Losbrechmomentanteil am Losbrechmoment mindestens 10 %, vorzugsweise mindestens 20 % und weiter vorzugsweise mindestens 25 % beträgt. Dies bedeutet, dass sich mit der vorschlagsgemäßen Zusatzbremse 12 in einem weiten Bereich die Einstellbarkeit des Losbrechmoments ergibt.
Die Darstellung gemäß 2 zeigt, dass die Reibbremse 10 zwei um die Drehachse 5 relativ zueinander drehbare und axial aufeinander zu verstellbare Reibschlusselemente 13, 14 mit zugeordneten Reibflächen 13a, 14a aufweist, wobei zwischen den Reibflächen 13a, 14a der beiden Reibschlusselemente 13, 14 eine Normalkraft N wirkt, die ein Reibmoment zwischen den beiden Reibschlusselementen 13, 14 erzeugt. Hier finden die üblichen Zusammenhänge zur Haftreibung im statischen Zustand und zur Gleitreibung im dynamischen Zustand Anwendung.
Der Aufbau der Zusatzbremse 12 ist ebenfalls der Darstellung gemäß 2 zu entnehmen. Die Zusatzbremse 12 weist eine dauermagnetische Erregerkomponente 15 zur Erzeugung eines Erregerfelds und eine ferromagnetische Gegenkomponente 16 auf, die um die Drehachse 5 relativ zueinander drehbar sind. Die Erregerkomponente 15 stellt mindestens zwei bezogen auf die Drehachse 5, hier und vorzugsweise axial, magnetisierte Erregermagnete 17a-f bereit, die um die Drehachse 5 verteilt und von abwechselnder Polarität sind. Dies ist in 3b) mit einer Angabe der Pole der Erregermangnete 17a-f angedeutet. Zwischen der Erregerkomponente 15 und der Gegenkomponente 16 ist ein magnetischer Luftspalt 18 angeordnet, wobei die Erregermagnete 17a-f jeweils einen entsprechenden Magnetkreis 19a-f erregen, der über den Luftspalt 18 und die Gegenkomponente 16 geschlossen wird. In der Zeichnung sind nur die Magnetkreise 19a und 19d angedeutet.
Im statischen Zustand bewirkt das von der Erregerkomponente 15 erzeugte Erregerfeld eine entsprechende Aufmagnetisierung der Gegenkomponente 16, die in 3a) mit einer Angabe der resultierenden Pole angedeutet ist. Dies lässt sich am besten einer Zusammenschau der 2 und 3 entnehmen.
Durch die ferromagnetische Auslegung der Gegenkomponente 16, speziell durch die obige Aufmagnetisierung, wirkt im statischen Zustand eine magnetische Anziehungskraft zwischen der Erregerkomponente 15 und der Gegenkomponente 16, die sich durch eine entsprechende Wahl des Luftspalts 18 leicht einstellen lässt. Interessant bei der in 2 dargestellten und insoweit bevorzugten Ausgestaltung ist die Tatsache, dass die Anziehungskraft zwischen der Erregerkomponente 15 und der Gegenkomponente 16 die Normalkraft N für die Reibbremse 10 bereitstellt. Insoweit wird die Erregerkomponente 15 wie weiter oben angesprochen doppelt genutzt, nämlich einerseits für die Aufmagnetisierung der Gegenkomponente 16 mit der resultierenden Bremswirkung nach Art der Hysteresebremse, und andererseits für die Erzeugung der Normalkraft N, die ursächlich für die Entstehung des Reibmoments zwischen den Reibflächen 13a, 14a ist.
Der Darstellung gemäß 2 lässt sich ferner entnehmen, dass die Erregerkomponente 15 mit einem der Reibschlusselemente 13 verbunden ist, während die Gegenkomponente 16 mit dem jeweils anderen Reibschlusselement 14 verbunden ist. Die Erregerkomponente 15 und die Gegenkomponente 16 stützen sich mit der Normalkraft N über die Reibflächen 13a, 14a der Reibschlusselemente 13, 14 aufeinander ab, wodurch die Breite des Luftspalts 18 bestimmt wird.
Hier und vorzugsweise ist die Erregerkomponente 15 mit dem zugeordneten Reibschlusselement 13 mit dem Antriebselement verbunden, während die Gegenkomponente 16 mit dem zugeordneten Reibschlusselement 14 bezogen auf das Antriebsgehäuse 11 gehäusefest angeordnet ist. Dies kann auch umgekehrt vorgesehen sein. Die oben angesprochene, axiale Verstellbarkeit der Reibschlusselemente 13, 14 zueinander ergibt sich hier und vorzugsweise durch eine axiale Verstellbarkeit des Antriebselements 6. Die axiale Verstellbarkeit zwischen den Reibschlusselementen 13, 14 kann aber auch durch eine entsprechende, axiale Lagerung eines der Reibschlusselemente 13, 14 an dem Antriebselement 6 sein.
Bei dem in 2 dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Reibfläche 14a des der Gegenkomponente 16 zugeordneten Reibschlusselements 14 getrennt von der den Luftspalt 18 ausbildenden Fläche der Gegenkomponente 16 ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass die Reibfläche 13a des der Erregerkomponente 15 zugeordneten Reibschlusselements 13 getrennt von der den Luftspalt 18 ausbildenden Fläche der Erregerkomponente 15 ausgebildet ist. Diese räumliche Trennung der betreffenden Flächen ermöglicht eine besonders einfache Variantenbildung, indem sich die betreffenden Flächen separat voneinander realisieren lassen.
Grundsätzlich kann es aber auch vorgesehen sein, dass die Reibflächen 13a, 14a gleichzeitig auch die den Luftspalt 18 ausbildenden Flächen bereitstellen. Damit lässt sich eine noch kompaktere Anordnung erzielen.
Bei dem dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der Erregerkomponente 15 um eine einstückige Komponente, die lokal unterschiedlich magnetisiert ist. Die einzelnen Erregermagnete 17a-f realisieren sich also jeweils in einer entsprechend lokalen Magnetisierung der Erregerkomponente 15. Alternativ kann es aber auch vorgesehen sein, dass die Erregerkomponente 15 mehrteilig ausgestaltet ist, wobei die Erregermagnete 17a-f als voneinander separate Einheiten ausgestaltet sind.
Die Gegenkomponente ist vorzugsweise aus einem weichmagnetischem Werkstoff ausgestaltet, bei dem es sich insbesondere um eine Nickel-Eisen-Legierung, eine Cobalt-Eisen-Legierung, um einen Stahlwerkstoff, insbesondere mit niedrigem Kohlenstoffanteil, o. dgl. handelt. Ein weichmagnetischer Werkstoff weist eine vergleichsweise geringe Remanenzmagnetisierung auf, so dass sich die oben angesprochene Deaktivierung der Zusatzbremse im dynamischen Zustand des Antriebselements 6 besonders deutlich zeigt.
Der Betriebsweise der vorschlagsgemäßen Kraftfahrzeugkomponente kommt vorliegend besondere Bedeutung zu. Der Kraftfahrzeugkomponente 1 ist eine Antriebssteuerung 20 zugeordnet, wobei die Antriebssteuerung 20 den Antriebsmotor 7 derart in einem Nenndrehzahlbereich ansteuert, dass der auf der Gegenkomponente 16 herrschende, auf die Relativdrehung zwischen Erregeranordnung 15 und Gegenkomponente 16 zurückgehende Polwechsel eine Frequenz oberhalb der magnetischen Grenzfrequenz des Werkstoffs der Gegenkomponente 16 aufweist. Dies bedeutet, dass die Ummagnetisierung der Gegenkomponente 16 dem von der Erregerkomponente 15 erzeugten, schnellen Polwechsel nicht mehr folgen kann, so dass die Bremswirkung der Zusatzbremse 12 deutlich reduziert ist oder ganz wegfällt. Dies entspricht der oben angesprochenen Deaktivierung der Zusatzbremse 12 im dynamischen Zustand des Antriebselements 6.
Je nach Auslegung kann mit der obigen Ansteuerung des Antriebsmotors 7 erreicht werden, dass im dynamischen Zustand des Antriebselements 6 bei im Nenndrehzahlbereich drehendem Antriebselement 6 das von der Zusatzbremse 12 erzeugte Bremsmoment weniger als 30 % des von der Zusatzbremse 12 im statischen Zustand erzeugten Bremsmoments beträgt.
Je nach Auslegung kann mit der obigen Ansteuerung des Antriebsmotors 7 ferner erreicht werden, dass im dynamischen Zustand des Antriebselements 6 bei im Nenndrehzahlbereich drehendem Antriebselement 6 das von der Zusatzbremse 12 erzeugte Bremsmoment weniger als 10 % des von der Reibbremse 10 erzeugten Bremsmoments beträgt.
Weiter kann die Auslegung so getroffen sein, dass die magnetische Anziehungskraft zwischen der Erregerkomponente 15 und der Gegenkomponente 16 im statischen Zustand geringer, vorzugsweise um mindestens 20 % geringer, als im dynamischen Zustand bei im Nenndrehzahlbereich drehendem Antriebselement 6 ist. Dies bedeutet, dass die Normalkraft N, die ursächlich für das Reibmoment der Reibbremse 10 ist, entsprechend absinkt, so dass auch das von der Reibbremse 10 erzeugte Reibmoment entsprechend absinkt. Im Ergebnis ist zumindest in einem gewissen Umfang auch eine Deaktivierung des von der Reibbremse 10 erzeugten Bremsmoments im dynamischen Zustand des Antriebselements 6 zu verzeichnen.
Die in 2 dargestellte, konstruktive Ausgestaltung der Bremsanordnung 9 ermöglicht den flexiblen Einsatz der Bremsanordnung 9 für verschiedenste Anwendungen. Ein Grund hierfür besteht darin, dass die Reibbremse 10 und die Zusatzbremse 12 ein gemeinsames Gehäuse 21 aufweisen, das von der Kraftfahrzeugkomponente 1 im Übrigen separat ausgestaltet ist, so dass die im Gehäuse 21 angeordnete Reibbremse 10 und die in dem Gehäuse 21 angeordnete Zusatzbremse 12 gemeinsam als Bremsbaugruppe 22 handhabbar sind. Grundsätzlich kann es aber auch vorgesehen sein, dass das Gehäuse 21 der Bremsanordnung 6 von einem ohnehin vorgesehenen Gehäuse der Kraftfahrzeugkomponente 1, insbesondere von dem Gehäuse des Antriebsmotors 7, bereitgestellt wird.
Es ergibt sich aus den obigen Erläuterungen, dass bei dem dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispiel der Luftspalt 18 dadurch bestimmt wird, dass sich die Erregerkomponente 15 und die Gegenkomponente 16 über die Reibflächen 13a, 14a aufeinander abstützen. Dies bedeutet aber auch, dass es hier auf einen besonders geringen Verschleiß der Reibflächen 13a, 14a ankommt.
Um den Verschleiß zwischen den Reibflächen 13a, 14a zu reduzieren, ist es vorzugsweise vorgesehen, dass zumindest eine der Reibflächen 13a, 14a, hier und vorzugsweise beide Reibflächen 13a, 14a, mit einer Beschichtung versehen sind. Im Sinne einer einfachen Herstellung der Beschichtung ist es vorzugsweise so, dass die betreffende Komponente, die die jeweilige Reibfläche 13a, 14a aufweist, vollständig mit der Beschichtung versehen ist.
In bevorzugter Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass die Beschichtung im CVD oder PVD Beschichtungsverfahren auf eine Grundfläche aufgebracht worden ist. Insbesondere handelt es sich bei der Beschichtung um eine DLC Schicht.
Alternativ kann es vorgesehen sein, dass die Beschichtung in einem galvanischen Beschichtungsverfahren auf eine Grundfläche aufgebracht worden ist. In besonders bevorzugter Ausgestaltung handelt es sich bei der Beschichtung dann um eine Zink-/Nickel-Beschichtung, die weiter vorzugsweise einen PTFE-Zusatz aufweist.
Eine besonders gute Verbindung zwischen der Beschichtung und der Grundfläche lässt sich dadurch erreichen, dass die Beschichtung in einem chemischen Beschichtungsverfahren auf die betreffende Grundfläche aufgebracht worden ist. In diesem Zusammenhang hat sich eine Nickel-Beschichtung bewährt, bei der, weiter vorzugsweise, der Phosphoranteil unter 5 % Vol und insbesondere zwischen 3 % Vol und 5 % Vol liegt.
Alternativ kann die Beschichtung als Gleitlackbeschichtung ausgebildet sein, wobei der Gleitlack insbesondere einen keramischen Anteil und/oder einen Molybdändisulfid-Anteil aufweist. Eine besonders harte Beschichtung lässt sich dadurch erreichen, dass die Beschichtung als Mangan-Chrom-Nitrit-Beschichtung ausgebildet ist.
Alternativ zu den obigen Beschichtungen kann es vorgesehen sein, dass mindestens ein Reibschlusselement 13, 14 zumindest zum Teil aus einem Keramikwerkstoff oder aus einem Glasmetallwerkstoff besteht.
Eine ebenfalls bevorzugte Alternative zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit der Reibflächen 13a, 14a besteht darin, dass zumindest eine der Reibflächen 13a, 14a eine strukturierte Oberflächentopologie aufweist derart, dass sich ein meist staubartiger Reibflächenabrieb in zurückgesetzten Oberflächenbereichen ablagern kann.
Nach einer weiteren Lehre, der eigenständige Bedeutung zukommt, wird eine Klappenanordnung eines Kraftfahrzeugs mit einer Klappe 2 und einer vorschlagsgemäßen, als Klappenantrieb ausgestalteten Kraftfahrzeugkomponente 1 beansprucht, wobei die Klappe mittels des Klappenantriebs zwischen einer Schließstellung und einer Offenstellung motorisch verstellbar ist. Auf alle Ausführungen zu der vorschlagsgemäßen Kraftfahrzeugkomponente 1 darf verwiesen werden.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist die Anordnung so getroffen, dass die Klappe 2 in jeder Klappenstellung durch die kombinierte Bremswirkung der Reibbremse 10 und der Zusatzbremse 12 in ihrem statischen Zustand gehalten wird. Dabei ist eine Abstimmung des obigen Losbrechmoments auf das Klappengewicht, eine eventuell vorgesehene, auf die Klappe 2 wirkende Federanordnung und auf andere eventuell vorgesehene Kraftwirkungen auf die Klappe 2 vorzunehmen.
Nach einer weiteren Lehre, der ebenfalls eigenständige Bedeutung zukommt, wird ein Verfahren für den Betrieb einer vorschlagsgemäßen Kraftfahrzeugkomponente 1 als solches beansprucht.
Wesentlich nach dem vorschlagsgemäßen Verfahren ist, dass der Antriebsmotor 7 derart angesteuert wird, dass der auf der Gegenkomponente 16 herrschende, auf die Relativdrehung zwischen Erregerkomponente 15 und Gegenkomponente 16 zurückgehende Polwechsel des Erregerfeldes der Erregerkomponente 15 eine Frequenz oberhalb der magnetischen Grenzfrequenz des Werkstoffs der Gegenkomponente 16 aufweist. Auch insoweit darf auf alle obigen Ausführungen zu der vorschlagsgemäßen Kraftfahrzeugkomponente 1 verwiesen werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014005006 A1 [0003, 0022]
EP 2543808 A1 [0004]
DE 19705290 A1 [0004]

Claims

Kraftfahrzeugkomponente, insbesondere Klappenantrieb, mit einem um eine Drehachse (5) drehbaren Antriebselement (6), insbesondere einer Antriebswelle, und einem Antriebsmotor (7) zur motorischen Verstellung des Antriebselements (6), wobei die Kraftfahrzeugkomponente (1) eine Bremsanordnung (9) aufweist, die mit dem Antriebselement (6) gekoppelt ist, wobei die Bremsanordnung (9) eine Reibbremse (10) ausbildet, die das Antriebselement (6) ständig bremst, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsanordnung (9) zusätzlich zu der Reibbremse (10) eine Zusatzbremse (12) ausbildet, die zumindest im statischen Zustand des Antriebselements (6) nach Art einer magnetischen Hysteresebremse arbeitet und das Antriebselement (6) zusätzlich zu der Reibbremse (10) bremst.
Kraftfahrzeugkomponente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das in seinem statischen Zustand befindliche Antriebselement (6) durch Aufbringung eines Losbrechmoments von dem statischen Zustand in einen dynamischen Zustand bringbar ist und dass sich das Losbrechmoment für das Antriebselement (6) aus einem von der Reibbremse (10) erzeugten Losbrechmomentanteil und aus einem von der Zusatzbremse (12) erzeugten Losbrechmomentanteil zusammensetzt.
Kraftfahrzeugkomponente nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der von der Zusatzbremse (12) erzeugte Losbrechmomentanteil am Losbrechmoment mindestens 10%, vorzugsweise mindestens 20%, weiter vorzugsweise mindestens 25%, beträgt.
Kraftfahrzeugkomponente nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibbremse (10) zwei um die Drehachse (5) relativ zueinander drehbare und axial aufeinander zu verstellbare Reibschlusselemente (13, 14) mit Reibflächen (13a, 14a) aufweist, dass zwischen den Reibflächen (13a, 14a) der beiden Reibschlusselemente (13, 14) eine Normalkraft (N) wirkt, die ein Reibmoment zwischen den beiden Reibschlusselementen (13, 14) erzeugt.
Kraftfahrzeugkomponente nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzbremse (12) eine dauermagnetische Erregerkomponente (16) und eine ferromagnetische Gegenkomponente (17) aufweist, die um die Drehachse (5) relativ zueinander drehbar sind, dass die Erregerkomponente (16) mindestens zwei bezogen auf die Drehachse (5) insbesondere axial magnetisierte Erregermagnete (17a-f) bereitstellt, die um die Drehachse (5) verteilt und von abwechselnder Polarität sind, vorzugsweise, dass zwischen der Erregerkomponente (16) und der Gegenkomponente (17) ein magnetischer Luftspalt (18) angeordnet ist und dass die Erregermagnete (17a-f) jeweils einen Magnetkreis (19a-f) erregen, der über den Luftspalt (18) und die Gegenkomponente (17) geschlossen wird.
Kraftfahrzeugkomponente nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine magnetische Anziehungskraft zwischen der Erregerkomponente (16) und der Gegenkomponente (17) wirkt, die die Normalkraft (N) für die Reibbremse (10) bereitstellt.
Kraftfahrzeugkomponente nach den Ansprüchen 4 und 5 und ggf. nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Erregerkomponente (15) mit einem der Reibschlusselemente (13, 14) verbunden ist und dass die Gegenkomponente (16) mit dem anderen der Reibschlusselemente (13, 14) verbunden ist.
Kraftfahrzeugkomponente nach den Ansprüchen 4 und 5 und ggf. nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Erregerkomponente (15) und die Gegenkomponente (16) mit der Normalkraft (N) über die Reibflächen (13a, 14a) der Reibschlusselemente (13, 14) aufeinander abstützen, wodurch die Breite des Luftspalts (18) bestimmt wird.
Kraftfahrzeugkomponente nach Anspruch 5 und ggf. nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenkomponente (16) aus einem weichmagnetischen Werkstoff ausgestaltet ist, vorzugsweise, dass die Gegenkomponente (16) aus einer Nickel-Eisen-Legierung, einer Cobalt-Eisen-Legierung, einem Stahlwerkstoff, insbesondere mit niedrigem Kohlenstoffanteil, o. dgl. ausgestaltet ist.
Kraftfahrzeugkomponente nach Anspruch 5 und ggf. nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftfahrzeugkomponente eine Antriebssteuerung (20) aufweist und dass die Antriebssteuerung (20) den Antriebsmotor (7) derart in einem Nenndrehzahlbereich ansteuert, dass der auf der Gegenkomponente (16) herrschende, auf die Relativdrehung zwischen Erregeranordnung (15) und Gegenkomponente (16) zurückgehende Polwechsel eine Frequenz oberhalb der magnetischen Grenzfrequenz des Werkstoffs der Gegenkomponente (16) aufweist.
Kraftfahrzeugkomponente nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass im dynamischen Zustand bei im Nenndrehzahlbereich drehendem Antriebselement (6) das von der Zusatzbremse (12) erzeugte Bremsmoment weniger als 10% des von der Reibbremse (10) erzeugten Bremsmoments beträgt.
Kraftfahrzeugkomponente nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetische Anziehungskraft zwischen der Erregerkomponente (15) und der Gegenkomponente (16) im statischen Zustand geringer, vorzugsweise um mindestens 20% geringer, als im dynamischen Zustand bei im Nenndrehzahlbereich drehendem Antriebselement (6) ist.
Kraftfahrzeugkomponente nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibbremse (10) und die Zusatzbremse (12) ein gemeinsames Gehäuse (21) aufweisen, das von der Kraftfahrzeugkomponente (1) im Übrigen separat ausgestaltet ist, so dass die in dem Gehäuse (21) angeordnete Reibbremse (10) und die in dem Gehäuse (21) angeordnete Zusatzbremse (12) als Bremsbaugruppe (22) handhabbar sind.
Kraftfahrzeugkomponente nach Anspruch 4 und ggf. nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Reibflächen (13a, 14a), vorzugsweise beide Reibflächen (13a, 14a), mit einer Beschichtung versehen sind, vorzugsweise, dass die betreffende Komponente vollständig mit der Beschichtung versehen ist.
Kraftfahrzeugkomponente nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung im CVD- oder PVD-Beschichtungsverfahren auf eine Grundfläche aufgebracht worden ist, und/oder, dass die Beschichtung in einem galvanischen Beschichtungsverfahren auf eine Grundfläche aufgebracht worden ist, und/oder, dass die Beschichtung in einem chemischen Beschichtungsverfahren auf eine Grundfläche aufgebracht worden ist, und/oder, dass die Beschichtung als Gleitlackbeschichtung ausgebildet ist.
Kraftfahrzeugkomponente nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Reibschlusselemente (13, 14) zumindest zum Teil aus einem Keramikwerkstoff oder aus einem Glasmetallwerkstoff besteht.
Kraftfahrzeugkomponente nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Reibflächen (13a, 14a) jeweils eine strukturierte Oberflächentopologie aufweist derart, dass sich ein Reibflächenabrieb in zurückgesetzten Oberflächenbereichen ablagern werden kann.
Klappenanordnung eines Kraftfahrzeugs mit einer Klappe (2) und einem der Klappe (2) zugeordneten Klappenantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit dem die Klappe (2) zwischen einer Schließstellung und einer Offenstellung motorisch verstellbar ist.
Klappenanordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappe (2) in jeder Klappenstellung durch die kombinierte Bremswirkung der Reibbremse (10) und der Zusatzbremse (12) in ihrem statischen Zustand gehalten wird.
Verfahren für den Betrieb einer Kraftfahrzeugkomponente, insbesondere eines Klappenantriebs, nach Anspruch 5 und ggf. nach einem der Ansprüche 6 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor (7) derart angesteuert wird, dass der auf der Gegenkomponente (16) herrschende, auf die Relativdrehung zwischen Erregerkomponente (15) und Gegenkomponente (16) zurückgehende Polwechsel eine Frequenz oberhalb der magnetischen Grenzfrequenz des Werkstoffs der Gegenkomponente (16) aufweist.