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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stellvorrichtung zum Verändern eines Massenstroms in einem Kraftfahrzeug. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, das mit einer solchen Stellvorrichtung versehen ist.
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In einem Kraftfahrzeug können beispielsweise im Bereich der Klimatisierung, Belüftung usw. Massenströme verändert werden, indem Luftleitmittel und/oder Ausströmorgane, wie etwa Absperrklappen oder Absperrrippen eines Klimageräts, Luftleitlamellen oder Luftleitrippen eines Luftausströmers oder ähnliches, hinsichtlich ihrer Position und/oder Ausrichtung verstellt werden.
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Beispielsweise aus der
DE 10 2016 118 792 A1 ist bekannt, dass für diese Verstellung der Luftleitmittel und/oder Ausströmorgane eine elektrische Betätigung durch einen Aktuator oder ähnliches wünschenswert sein kann. Wenn ein System des Kraftfahrzeugs nun mehrere Luftleitmittel und/oder Ausströmorgane aufweist, die den entsprechenden Massenstrom beeinflussen, ist eine entsprechende Anzahl von Aktuatoren notwendig, um jedes der Luftleitmittel und/oder Ausströmorgane einzeln zu betätigen bzw. zu verstellen. Dies kann sich nachteilig auf die Komplexität des Systems auswirken.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, mit konstruktiv einfachen Mitteln eine verbesserte Möglichkeit zum Verändern eines Massenstroms bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Ein erster Aspekt der Erfindung stellt eine Stellvorrichtung zum Verändern eines Massenstroms in einem wenigstens zwei Stellglieder aufweisenden System eines Kraftfahrzeugs zur Verfügung. Bei dem System kann es sich beispielsweise um ein Belüftungs- und/oder Klimatisierungssystem oder ähnliches handeln. Die Stellvorrichtung umfasst einen Schrittmotor und ein Getriebe, das einerseits mit dem Schrittmotor und andererseits mit den Stellgliedern gekoppelt ist. Zudem weist die Stellvorrichtung einen Schaltaktuator auf, der zwischen einer vorzugsweise oder mindestens der Anzahl der Stellglieder entsprechenden Anzahl von Schaltpositionen hin und her bewegbar ist. Des Weiteren umfasst die Stellvorrichtung ein Antriebselement des Getriebes, wobei das Antriebselement einen Mitnehmer aufweist, dessen Position entsprechend der Schaltposition des Schaltaktuators veränderbar ist. Zudem verfügt die Stellvorrichtung über eine Anzahl von Abtriebselementen des Getriebes, die jeweils mit einem zugeordneten Stellglied der Stellglieder gekoppelt sind sowie wenigstens eine Gleitfläche, an der oder in deren Bereich das Antriebselement außer Eingriff mit dem Abtriebselement ist, wenn die Schaltposition des Schaltaktuators das jeweilige Abtriebselement nicht schaltet, und wenigstens ein Eingriffselement aufweisen, in das der Mitnehmer des Antriebselements eingreift, wenn die Schaltposition des Schaltaktuators das jeweilige Abtriebselement schaltet.
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Der Schrittmotor kann vorzugsweise elektrisch betätigbar sein, also über elektrische Signale anschaltbar und ausschaltbar sein. Das Getriebe kann auch als Rastgetriebe bezeichnet werden und beispielsweise eine Art Schneckengetriebe sein, bei dem der Schrittmotor direkt oder unter Verwendung von Zwischenelementen beispielsweise eine Schnecke drehend antreibt. Die Anzahl von Stellgliedern kann beispielsweise 2, 3, 4, 5 oder mehr betragen, wobei eine entsprechende Anzahl von Schaltpositionen und/oder Abtriebselementen vorgesehen sein kann, die dann dem jeweiligen Stellglied zugeordnet sind. Der Begriff Gleitfläche kann dahingehend verstanden werden, dass dort kein Eingriff zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement erfolgt. Die Abtriebselemente können beispielsweise als Räder an einer Welle angeordnet sein.
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Mit dieser Konfiguration kann die Stellvorrichtung die erforderliche Anzahl von Aktuatoren reduzieren, ohne die Funktionalität zu reduzieren. Dadurch kann die Komplexität des Systems reduziert werden.
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Gemäß einer Weiterbildung kann die Gleitfläche des jeweiligen Abtriebselements in und/oder entgegen seiner Drehrichtung zur Selbsthemmung während des Abgleitens des Antriebselements durch wenigstens einen Vorsprung begrenzt sein. Der Vorsprung kann ein Mitbewegen des Abtriebselements, das sich nicht im Eingriff mit dem Mitnehmer des Antriebselements befindet, verhindern.
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In einer Weiterbildung kann das Abtriebselement des Getriebes als Malteserkreuz oder malteserkreuzähnlich als Pfeilspitzenkreuz mit einer Anzahl von Pfeilspitzen ausgebildet und die Gleitfläche kann zwischen den Pfeilspitzen angeordnet sein. Die Anzahl der Pfeilspitzen kann bei einem Malteserkreuz 8 betragen. Es ist aber bei einem malteserkreuzähnlichen Pfeilspitzenkreuz auch möglich, dass beispielweise 4, 6, 10, 12 oder mehr Peilspitzen vorgesehen sind. Zudem kann die Gleitfläche des Antriebselements zwischen den Pfeilspitzen angeordnet sein. Der oben erwähnte Vorsprung kann durch jeweils eine Pfeilspitze ausgebildet sein. Durch die zumindest malteserkreuzähnliche Ausgestaltung kann bewerkstelligt werden, dass der eine oder die mehreren nicht im Eingriff befindlichen Abtriebselemente selbsthemmend oder blockiert sind. Zudem kann damit eine Art Synchronisation für die Betätigung des Schaltaktuators bewerkstelligt werden.
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Gemäß einer Weiterbildung kann das Antriebselement des Getriebes an seiner Umfangsfläche eine Außenverzahnung oder ähnliche Eingriffselemente aufweisen. Beispielsweise kann das Antriebselement als Rotationskörper mit z.B. einer Zylinderform ausgebildet sein. Es kann auch entlang seiner Längsachse zwischen mehreren Positionen, die den oben erwähnten Schaltpositionen des Schaltaktuators entsprechen, hin und her verschiebbar sein.
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In einer Weiterbildung kann die Stellvorrichtung ferner eine Schnecke aufweisen, die einerseits mit dem Schrittmotor gekoppelt sein und andererseits mit dem Antriebselement des Getriebes in Eingriff stehen kann. Damit lässt sich ein robuster Aufbau der Stellvorrichtung erreichen.
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Gemäß einer Weiterbildung kann die Stellvorrichtung ferner wenigstens eine Untersetzungsstufe aufweisen, die einerseits mit dem Abtriebselement des Getriebes und andererseits mit dem zugeordneten Stellglied gekoppelt ist. Die Untersetzungsstufe kann beispielsweise koaxial zu dem Antriebselement und/oder dem Abtriebselement angeordnet sein. Damit lässt sich eine Verstellkraft oder ein Verstellmoment erhöhen.
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In einer Weiterbildung kann der Schaltaktuator translatorisch zwischen den Schaltpositionen bewegbar sein. Dadurch kann der Schaltaktuator einfach ausgestaltet und auf einfache Weise in die Stellvorrichtung integriert werden.
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Gemäß einer Weiterbildung kann der Schaltaktuator einen Elektromagneten, insbesondere Hubmagneten, aufweisen, der in Abhängigkeit seiner Bestromung die unterschiedlichen Schaltpositionen bewirkt bzw. steuert. Beispielsweise können drei unterschiedliche Schaltpositionen bewerkstelligt werden, indem der Schaltaktuator entweder stromlos ist, bestromt ist, oder umgepolt bestromt wird.
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In einer Weiterbildung können die Stellglieder ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus: Absperrklappe, Absperrrippe, Luftleitlamelle und Luftleitrippe. Beispielsweise kann die Stellvorrichtung in Teil eines Luftausströmers im Innenraum des Kraftfahrzeugs sein. Alternativ oder zusätzlich dazu, kann die Stellvorrichtung in ein Klimagerät integriert sein.
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Gemäß einer Weiterbildung kann die Stellvorrichtung dazu eingerichtet sein, eine Fehlposition und/oder Fehlausrichtung zwischen dem Antriebselement und dem jeweiligen Abtriebselement zu erkennen und/oder eine Fehlposition und/oder Fehlausrichtung zwischen dem Antriebselement und dem jeweiligen Abtriebselement zu korrigieren. Zu einem solchen Fehler kann es beispielsweise kommen, wenn der Schrittmotor z.B. Schritte verloren, übersprungen usw. hat, bzw. die Komponenten sich nicht mehr synchron bewegen.
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In einer Weiterbildung kann der Schaltaktuator eine Kulisse, wie etwa eine Art Schaltgasse, Aussparung usw., aufweisen, die mit einem Kodierelement, wie etwa einem an einen Querschnitt der Kulisse angepassten Vorsprung usw., des Antriebselements derart zusammenwirkt, dass die Position des Antriebselements nur dann durch den Schaltaktuator veränderbar ist, wenn das Kodierelement und die Kulisse, vorzugsweise eineindeutig, aneinander bzw. zueinander ausgerichtet sind. Wenn die Ausrichtung fehlerhaft ist, kann beispielsweise anhand einer Blockadeerkennung, wenn ein Bereich außerhalb der Kulisse an das Kodierelement stößt, darauf geschlossen werden, dass die Position und/oder Ausrichtung zwischen Schaltaktuator und Antriebselement fehlerhaft ist. Diese Erkennung kann z.B. durch einen Sensor, wie etwa einem Hall-Sensor, ein Potentiometer oder allgemein durch eine Stromverlaufsmessung erfolgen.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug. Dieses weist ein fluiddurchströmbares System mit wenigstens zwei Stellgliedern auf. Zudem weist das Kraftfahrzeug eine Stellvorrichtung zum Verändern eines Massenstroms durch die Stellglieder gemäß dem ersten Aspekt auf.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von vorteilhaften Ausführungsformen und den begleitenden Figuren. Nachfolgend wird ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren erläutert. Es zeigen:
- 1 in einer perspektivischen, teilweise transparenten Ansicht einen Teil eines Systems eines Kraftfahrzeugs gemäß einer Ausführungsform,
- 2 in einer perspektivischen, teilweise transparenten Ansicht ein System eines Kraftfahrzeugs mit einer Stellvorrichtung gemäß einer Ausführungsform,
- 3 in einer schematischen Schnittansicht einen Teil eines Systems eines Kraftfahrzeugs mit einer Stellvorrichtung gemäß einer Ausführungsform, und
- 4 in einer perspektivischen Ansicht einen Teil eines Systems eines Kraftfahrzeugs mit einer Stellvorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
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Die Figuren sind lediglich schematische Darstellungen und dienen nur der Erläuterung der Erfindung. Gleiche oder gleichwirkende Elemente sind durchgängig mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt in einer perspektivischen, teilweise transparenten Ansicht ein System 1 eines Kraftfahrzeugs. Bei dem System 1 handelt es sich hier lediglich exemplarisch um einen Luftausströmer zur Anordnung in einem Innenraum des Kraftfahrzeugs. Damit kann ein Massenstrom in Form von Luft, die auch gekühlt oder erwärmt sein kann, verändert werden. Insbesondere kann der Massenstrom in seiner Intensität und/oder Richtung verändert werden. Das System 1 weist hier drei Stellglieder 10, 20, 30 auf, bei denen es sich hier exemplarisch um horizontal angeordnete Lamellen 10, vertikal angeordnete Lamellen 20 und eine Absperrklappe 30 handelt.
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2 zeigt in einer perspektivischen Ansicht das System 1 mit den drei Stellgliedern 10, 20, 30 aus 1 nun mit einer darin integrierten bzw. angebauten Stellvorrichtung 100 zum Verändern eines Massenstroms durch die drei Stellglieder 10, 20, 30.
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Die Stellvorrichtung 100 weist einen Schrittmotor 110 auf, der sich beispielsweise elektrisch ansteuern lässt. Dementsprechend kann der Schrittmotor 110 beispielsweise über eine elektrische Leitung mit einer (nicht gezeigten) elektronischen Steuereinrichtung gekoppelt sein, um mittels elektrischer Signale derselben angesteuert zu werden. Die Steuersignale können beispielsweise auch durch eine Schalteinrichtung, wie etwa eine Klimasteuerung, im Innenraum des Kraftfahrzeugs erzeugt werden.
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Zudem weist die Stellvorrichtung 100 ein Getriebe 120 auf, das einerseits mit dem Schrittmotor 110 und andererseits mit den Stellgliedern 10, 20, 30 gekoppelt ist, um durch Ansteuerung des Schrittmotors 110 die Stellglieder 10, 20, 30 über das dazwischen angeordnete Getriebe 120 zu bewegen bzw. zu verstellen.
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Das Getriebe 120 weist ein erstes Getriebeelement 121 auf, die hier beispielsweise in Form einer Schnecke vorgesehen ist, wobei die Schnecke 121 antriebsseitig mit dem Schrittmotor 110 gekoppelt ist, also direkt oder indirekt durch diesen antreibbar ist.
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Zudem weist das Getriebe 120 ein zweites Getriebeelement bzw. Antriebselement 122 auf, bei dem es sich beispielsweise um einen Rotationskörper, hier exemplarisch um einen Zylinder, mit einem Eingriffselement, wie etwa einer Außenverzahnung, handelt. Das Antriebselement 122 weist zusätzlich zur Außenverzahnung auch einen Mitnehmer 123 (siehe z.B. 3) auf. Zudem ist das Antriebselement 122 entlang des Doppelpfeils in 2 hin und her bewegbar, insbesondere verschiebbar, gelagert. Das Antriebselement 122 ist antriebsseitig durch das Eingriffselement mit der Schnecke 121 gekoppelt und kann durch diese in eine Drehbewegung versetzt werden.
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Des Weiteren weist die Stellvorrichtung 100 bzw. das Getriebe 120 einen Schaltaktuator 124 auf, der zwischen einer der Anzahl der Stellglieder 10, 20, 30 entsprechenden Anzahl von unterschiedlichen Schaltpositionen hin und her bewegbar ist. Der Schaltaktuator 124 ist beispielsweise als Elektromagnet, insbesondere Hubmagnet, ausgeführt und kann hier exemplarisch drei unterschiedliche Schaltpositionen bewirken. Diese lassen sich beispielsweise in Abhängigkeit der Bestromung des Schaltaktuators 124 steuern, indem dieser entweder stromlos, bestromt oder umgepolt bestromt betrieben wird. Hierzu kann der Schaltaktuator 124 mittels elektrischer Leitungen mit einer elektronischen Steuereinrichtung gekoppelt sein. Der Schaltaktuator 124 ist dazu eingerichtet, das Antriebselement 122 entlang des Doppelpfeils in 2 zu bewegen bzw. zu verstellen, wobei die Schaltpositionen entlang dieser Bewegungsrichtungen angeordnet sind.
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Das Getriebe 120 weist auch eine Anzahl von Abtriebselementen 125 auf, die jeweils mit einem zugeordneten der Stellglieder 10, 20, 30 direkt oder indirekt gekoppelt sind. Die Antriebselemente 125 sind jeweils als Malteserkreuz oder malteserkreuzähnlich als Pfeilspitzenkreuz mit einer Anzahl von Pfeilspitzen ausgebildet. Zwischen den Pfeilspitzen ist eine Gleitfläche angeordnet, die also durch einen Vorsprung der Pfeilspitzen in und/oder entgegen ihrer Drehrichtung zur Selbsthemmung eines Abgleitens des Antriebselements 122 begrenzt ist. Dementsprechend kann das Antriebselement 122 an der Gleitfläche außer Eingriff mit dem Abtriebselement sein, wenn die Schaltposition des Schaltaktuators 124 das jeweilige Abtriebselement 125 nicht schaltet. Jedes Abtriebselement 125 weist ein Eingriffselement 126 auf, das hier beispielsweise als Schlitz ausgeführt ist. Das Eingriffselement 126 ist zwischen zwei zueinander benachbarten Pfeilspitzen angeordnet. In das Eingriffselement 126 kann der Mitnehmer 123 des Antriebselements 122 eingreifen, wenn die Schaltposition des Schaltaktuators 124 das jeweilige Abtriebselement 125 schaltet.
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Zudem weist die Stellvorrichtung 100 bzw. das Getriebe 120 eine Untersetzungsstufe 127 auf, die einerseits direkt oder indirekt mit dem Abtriebselement 125 und andererseits direkt oder indirekt mit dem zugeordneten Stellglied 10, 20, 30 gekoppelt ist.
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Des Weiteren weist die Stellvorrichtung 100 bzw. das Getriebe 120 wenigstens ein Verbindungselement 128, z.B. eine Art Koppelstange, auf, das hier jeweils eines der Abtriebselemente 125, ggf. über die Untersetzungsstufe 127, mit dem Stellglied 10 koppelt.
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3 zeigt einen Teilabschnitt der Stellvorrichtung 100 in einer Schnittansicht. Hieraus geht nochmals hervor, wie der Schrittmotor 110 über das Getriebe 120 die Stellglieder 10, 20, 30 bewegen bzw. verstellen kann. Zudem ist erkennbar, dass die Abtriebselemente 125 zumindest eine Art Malteserkreuz darstellen, wobei sich das hier gezeigte Abtriebselement 125 nicht mit dem Antriebselement 122 mitdreht, da sich der Mitnehmer 123 und das Eingriffselement 126 nicht in Eingriff miteinander befinden.
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4 zeigt in einer perspektivischen Ansicht einen Teil der Stellvorrichtung 100. 4 umfasst vier 4A, 4B und 4C, die jeweils unterschiedliche Stellungen des Schaltaktuators 124 und/oder des Antriebselements 122 relativ zu den Abtriebselementen 125 zeigen. Gemeinsam ist den 4A, 4B und 4C, dass der Schaltaktuator 124 eine Kulisse 129 aufweist, die eine Anzahl Wandungen und eine die jeweilige Wandung in Bewegungsrichtung des Schaltaktuators 124 durchdringende Aussparung oder Ausnehmung umfasst. Gleichermaßen weist das Antriebselement 122 ein Kodierelement 130 auf, das hier als Vorsprung an der Umfangsfläche ausgebildet ist. Die Geometrie und/oder Abmessungen bzw. der Querschnitt des Kodierelements 130 ist der Kulisse 129 bzw. deren Querschnitt, Geometrie und/oder Abmessungen angepasst, so dass nur bei übereinstimmender Ausrichtung von Kodierelement 130 und Kulisse 129 ein Verschieben des Antriebselements 122 durch den Schaltaktuator 124 möglich ist. Demnach weist der Schaltaktuator 124 eine Kulisse 129 auf, die mit einem Kodierelement 130 des Antriebselements 122 derart zusammenwirkt, dass die Schaltposition des Antriebselements 122 nur dann durch den Schaltaktuator 124 veränderbar ist, wenn das Kodierelement 130 und die Kulisse 129 zueinander ausgerichtet sind. Aus den 4A, 4B und 4C geht nun hervor, dass sich die Position des Mitnehmers 123 infolge der veränderten Schaltposition des Schaltaktuators 124 und/oder des Antriebselements 122 ebenfalls ändert und dadurch jeweils mit einem anderen der Abtriebselemente 125 bzw. des jeweiligen Eingriffselements 126 in Eingriff kommt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- System (z.B. Belüftungssystem, Klimatisierungssystem)
- 10
- erstes Stellglied
- 20
- zweites Stellglied
- 30
- drittes Stellglied
- 100
- Stellvorrichtung
- 110
- Schrittmotor
- 120
- Getriebe
- 121
- erstes Getriebeelement (z.B. Schnecke)
- 122
- zweites Getriebeelement (z.B. Antriebselement)
- 123
- Mitnehmer
- 124
- Schaltaktuator
- 125
- Abtriebselement
- 126
- Eingriffselement
- 127
- Untersetzungsstufe
- 128
- Verbindungselement
- 129
- Kulisse
- 130
- Kodierelement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016118792 A1 [0003]
