DE102021208420A1

DE102021208420A1 - Verstellantrieb für ein Verstellelement eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102021208420A1
Application number: DE102021208420.6A
Authority: DE
Inventors: Alexander Kifer
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 2021-08-03
Filing date: 2021-08-03
Publication date: 2023-02-09

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Verstellantrieb (2) für ein Verstellelement (4) eines Kraftfahrzeugs, insbesondere einen Fensterheberantrieb für eine verstellbare Fensterscheibe eines Kraftfahrzeugs. Der Verstellantrieb (2) weist einen Elektromotor (8) mit einer Motorwelle (32) sowie ein abtriebsseitig mit der Motorwelle (32) gekoppeltes Getriebe (10) auf. Außerdem weist der Verstellantrieb (2) eine Motorelektronik (38) mit einer Sensoranordnung zur Bestimmung eines Drehwinkels, einer Drehrichtung und/oder einer Drehzahl der Motorwelle (32) auf. Die Sensoranordnung weist dabei einen Ringmagneten (44) und einen Ringträger (46) auf, mittels dessen der Ringmagnet (44) an der Motorwelle (32) gelagert ist, wobei der Ringträger (46) aus einer Aluminium-Legierung gebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Verstellantrieb für ein Verstellelement eines Kraftfahrzeugs.
Verstellantriebe kommen in Kraftfahrzeugen zur Verstellung von verschiedenen Verstellelementen (auch: „Stellelementen“) zum Einsatz. Beispielsweise handelt es sich bei diesen Verstellelementen um verstellbare Fensterscheiben, Kofferraumdeckel, Schiebedächer, Faltdächer oder dergleichen. Üblicherweise kommen als Krafterzeugungselemente Elektromotoren zum Einsatz. Diese werden häufig - insbesondere um eine möglichst flache Bauform des Verstellantriebs zu ermöglichen - mittels eines Getriebes, das eine (zumindest etwa) 90 Grad-Umlenkung aufweist, mit dem entsprechenden Verstellelement gekoppelt. Üblicherweise handelt es sich bei einem solchen Getriebe um ein Schraubwälz-Getriebe, insbesondere um landläufig als „Schneckengetriebe“ bezeichnete Getriebe, die eine mit der Motorwelle des Elektromotors gekoppelte, insbesondere fluchtend angeordnete, Schnecke, deren Verzahnung schraubengangartig oder helix-artig ausgebildet ist, sowie ein Schneckenrad, dessen Achse um etwa 90 Grad zur Achse der Schnecke versetzt ist, aufweisen. „Etwa“ wird hierbei als ein Bereich von etwa 15 Grad um die exakte 90 Grad-Stellung verstanden. Es ist dabei bekannt, auch in einem Winkel von größer oder kleiner 90 Grad zueinander angeordnet Achsen einzusetzen, beispielsweise um die Überdeckung der Zähne zwischen Schnecke und Schneckenrad zu vergrößern.
Um die Drehzahl, eine Drehrichtung und/oder einen Drehwinkel der Motorwelle des Elektromotors ermitteln zu können, ist häufig eine Elektronik vorhanden, die eine Sensoranordnung aufweist, die ein mit der Motorwelle drehfest gekoppeltes Element aufweist. So ist aus DE 20 2008 001 763 U1 bekannt, einen motorwellenfesten Ringmagneten und einen dazu korrespondierenden Hall-Sensor einzusetzen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verstellantrieb für ein Verstellelement eines Kraftfahrzeugs zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Verstellantrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte und teils für sich erfinderische Ausführungsformen und Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung dargelegt.
Der erfindungsgemäße Verstellantrieb ist für die Verstellung eines Verstellelements eines Kraftfahrzeugs eingerichtet und vorgesehen. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Verstellantrieb um einen Fensterheberantrieb für eine verstellbare Fensterscheibe des Kraftfahrzeugs. Der Verstellantrieb weist einen Elektromotor mit einer Motorwelle sowie ein abtriebsseitig mit der Motorwelle gekoppeltes Getriebe auf. Des Weiteren weist der Verstellantrieb eine Motorelektronik mit einer Sensoranordnung zur Bestimmung eines Drehwinkels, einer Drehrichtung und/oder einer Drehzahl der Motorwelle auf. Die Sensoranordnung weist dazu einen Ringmagneten und einen Ringträger auf. Der Ringmagnet ist mittels des Ringträgers an der Motorwelle gelagert, insbesondere an dieser gehaltert (oder auch: fixiert). Der Ringträger ist dabei aus einer Aluminium-Legierung gebildet.
Durch die Nutzung des, aus der Aluminium-Legierung gebildeten, Ringträgers zur Halterung des Ringmagneten kann einerseits ein Risiko der Beschädigung des Ringmagneten bei der Montage oder auch während des Einsatzes verringert werden, da vorteilhafterweise Haltekräfte zumindest teilweise von dem Ringträger aufgenommen werden. Dies ist vor allem für den Fall vorteilhaft, dass der Ringmagnet aus einem Dauermagneten gebildet ist oder ein dauermagnetisches Material aufweist. Häufig ist nämlich ein solcher Dauermagnet oder ein dauermagnetisches Material vergleichsweise spröde, neigt also unter mechanischer Beanspruchung zum Brechen. Andererseits ermöglicht die Nutzung der Aluminium-Legierung, den Ringträger leicht aber dennoch vergleichsweise stabil zu gestalten. Außerdem trägt Aluminium gegenüber anderen Metallen aufgrund von Materialkosten und einer häufig einfachen spanenden Bearbeitbarkeit zu geringen Herstellungskosten bei.
Der Ringträger ist vorzugsweise vergleichbar wie der Ringmagnet als Ring oder Hülse ausgebildet.
In einer bevorzugten Ausführung ist die Aluminium-Legierung für den Ringträger derart gewählt, dass die Aluminium-Legierung einen nominellen (d. h. bezogen auf deren chemische Bezeichnung) Aluminium-Anteil von mehr als 93 Gew.-%, vorzugweise von mehr als 94, bevorzugt von gleich oder mehr als 95 Gew.-% aufweist. Häufig ist der Anteil der einzelnen Legierungsbestandteile gegenüber der chemischen Bezeichnung einer Schwankung zwischen einer Unter- und einer Obergrenze unterworfen, so dass bei einer Werkstoffanalyse bei nominell gleichen Werkstoffen - zumindest theoretisch - über alle Legierungsbestandteile hinweg Abweichungen von 1 Gew.-% oder sogar mehr auftreten können. So kann bspw. eine Aluminium-Legierung mit der chemischen Bezeichnung AICu4Mg1 (auch bekannt unter den Bezeichnungen 3.1355 oder EN AW 2024) entgegen des nominellen Anteils von Kupfer von bis zu 4,9 Gew.-% und Magnesium bis zu 1,8 Gew.-% enthalten, obwohl die Bezeichnung auf einen nominellen Anteil an Legierungsbestandteilen von gesamt etwa 5 Gew.-% hinweist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist die Schnecke aus AlCu4Mg1 gebildet. Alternativ ist die Schnecke aus AlSi1MgMn (auch bekannt unter den Bezeichnungen 3.2315 oder EN AW 6082) gebildet. Diese beiden Legierungen bieten den Vorteil, dass diese eine hinreichende Zähigkeit aufweisen und sich somit zur Halterung des Ringmagneten besonders eignen.
In einer zweckmäßigen Ausführung ist der Ringmagnet aus einem kunststoffgebundenen Dauermagneten spritzgegossen.
Besonders bevorzugt ist dabei der Ringträger mit dem Ringmagnet umspritzt. Anders ausgedrückt ist der Ringmagnet an den Ringträger angespritzt.
In einer weiteren zweckmäßigen Ausführung weisen der Ringträger und die Motorwelle wenigstens eine Übergangspassung, insbesondere eine Übermaßpassung, zueinander auf. In letzterem Fall wird auch von einem Presssitz des Ringträgers auf der Motorwelle gesprochen. In beiden Fällen ist vorzugsweise kein zusätzliches Fügeelement vorhanden und die Verbindung insbesondere kraftschlüssig hergestellt. Dies ist insbesondere dahingehend vorteilhaft, da kostenintensive spanende Arbeitsschritte bspw. zur Ausbildung einer Passfeder-Verbindung oder einer keilwellenartigen Verbindung, entfallen können. Die Verbindung zwischen der Motorwelle und dem Ringträger braucht dabei lediglich verdrehfest für alle Betriebszustände - insbesondere für unterschiedliche Drehzahlen und Einsatztemperaturen - sein, ohne dass aber der Ringträger als Kraftübertragungselement eingesetzt ist.
In einer weiteren zweckmäßigen Ausführung weist die Sensoranordnung wenigstens einen Hall-Sensor auf. Mittels des Hall-Sensors wird der - vorzugsweise mehrere in Umfangsrichtung alternierende Pole aufweisende - Ringmagnet während des Betriebs abgetastet.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

1 in einer Schemazeichung einen elektrischen Fensterheber eines Kraftfahrzeugs,
2 in einer Teilschnittdarstellung schematisch einen Fensterheberantrieb, und
3 in einer Detailansicht III gemäß 2 eine Sensoranordnung des Fensterheberantriebs.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist schematisch ein Fensterheber 1 eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Der Fensterheber 1 umfasst einen Verstellantrieb 2 (oder im vorliegenden Fall: „Fensterheberantrieb“), mittels dessen ein Verstellelement, hier eine Fahrzeugscheibe 4 verstellt, insbesondere also geöffnet oder geschlossen werden kann. Der Verstellantrieb 2 weist dazu einen auf einer Grundplatte 6 montierten Elektromotor 8 auf, der über ein Getriebe 10 (s. 2) eine Seiltrommel 12 antreibt, um die mehrere Windungen eines zu einer Schlaufe geschlossenen Seils 14 gewickelt sind. Das Seil 14 wird über Seilumlenkrollen 16 entlang einer Führungsschiene 18 geführt, auf der mittels des Seils 14 ein Mitnehmer 20 mit einer Hebeschiene 22 zur Aufnahme der Fahrzeugscheibe 4 infolge einer entsprechenden Ansteuerung des Verstellantriebs 2 bewegt wird. Mittels des Seils 14 wird demnach die Verstellkraft, d.h. ein antriebsseitiges Drehmoment des Elektromotors 8 auf die Fahrzeugscheibe 4 übertragen, die je nach Drehrichtung des Elektromotors 8 entlang eines Verstellweges zwischen einer Schließposition und einer Offenposition angehoben oder abgesenkt werden kann.
In 2 ist der Verstellantrieb 2 näher dargestellt. Der Verstellantrieb 2 umfasst den Elektromotor 8 mit einem in einem Motor- oder Polgehäuse 24 und einem damit über eine Flanschverbindung verbundenen Getriebegehäuse 26 drehbeweglich gelagerten, bewickelten Rotor 28 sowie einen aus Dauermagneten gebildeten Stator 30. Der Elektromotor 8 treibt über dessen Motorwelle 32 das Getriebe 10 mit einer wellenfesten Schnecke 34 und mit einem im Getriebegehäuse 26 drehbeweglich gelagerten Schneckenrad 36 an.
Der Verstellantrieb 2 umfasst des Weiteren eine Motorelektronik (oder auch: Elektronikmodul 38) mit einer bauteilbestückten Leiterplatte 40. Auf der Leiterplatte 40 ist außerdem, der Motorwelle 32 zugewandt, ein Hall-Sensor 42 angeordnet. Die Leiterplatte 40 verläuft quer (senkrecht) zur Motorwelle 32, so dass der Hall-Sensor 42 einem drehfest auf der Motorwelle 32 angeordneten Ringmagnet 44 möglichst gering axial beabstandet gegenübersteht. Hall-Sensor 42 und Ringmagnet 44 sind dabei Teil einer Sensoranordnung. In deren Rahmen erfasst der Hall-Sensor 42 im bestimmungsgemäßen Betrieb ein sich bei rotierendem Ringmagneten 44 änderndes Magnetfeld. Dies führt in Abhängigkeit von der Anzahl der in Umfangsrichtung alternierenden Magnetpole (nicht dargestellt) des Ringmagneten 44 zu einer Anzahl von zählbaren Hall-Impulsen, die zur Bestimmung der Motordrehzahl und der Drehrichtung des Elektromotors 8 von dem Elektronikmodul 38 ausgewertet werden. Zur Drehrichtungsbestimmung weist der Hall-Sensor 42 in geeigneter, nicht näher dargestellter Art und Weise zwei zueinander beabstandete Sensorflächen auf, so dass aus der Abfolge der von den Sensorflächen zeitlich versetzt erzeugten Zählimpulsfolgen die jeweilige Drehrichtung identifiziert wird.
Wie unter anderem aus 3 zu entnehmen ist, weist die Sensoranordnung neben dem Ringmagneten 44 auch einen Ringträger 46 auf. Dieser Ringträger 46 ist ebenfalls als Ring ausgebildet und dient als Träger für den Ringmagneten 44. Der Ringmagnet 44 ist dabei aus einem kunststoffgebundenen Dauermagneten gebildet und spritzgießtechnisch um den Ringträger 46 herumgespritzt - im dargestellten Ausführungsbeispiel außenseitig an den Ringträger 46 angespritzt. Der Ringträger 44 ist mit Druck (oder auch: „Fügekraft“) auf die Motorwelle 32 „aufgezogen“ und somit kraftschlüssig an dieser gehaltert. Dabei nimmt der Ringträger 44 die dabei auftretenden mechanischen Spannungen auf, so dass diese nicht oder nur in einem für den Ringmagneten 44 erträglichen Maß in diesen eingeleitet werden. Deshalb ist der Ringträger 46 aus einem geeigneten Material, konkret einem Metall, vorliegend aus einer Aluminium-Legierung, konkret eine AlCu4Mg1-Legierung, gebildet.
Der Gegenstand der Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können weitere Ausführungsformen der Erfindung von dem Fachmann aus der vorstehenden Beschreibung abgeleitet werden.
Bezugszeichenliste

1: Fensterheber
2: Verstellantrieb
4: Fahrzeugscheibe
6: Grundplatte
8: Elektromotor
10: Getriebe
12: Seiltrommel
14: Seil
16: Seilumlenkrollen
18: Führungsschiene
20: Mitnehmer
22: Hebeschiene
24: Polgehäuse
26: Getriebegehäuse
28: Rotor
30: Stator
32: Motorwelle
34: Schnecke
36: Schneckenrad
38: Elektronikmodul
40: Leiterplatte
42: Hall-Sensor
44: Ringmagnet
46: Ringträger

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202008001763 U1 [0003]

Claims

Verstellantrieb (2) für ein Verstellelement (4) eines Kraftfahrzeugs, insbesondere Fensterheberantrieb für eine verstellbare Fensterscheibe eines Kraftfahrzeugs, aufweisend - einen Elektromotor (8) mit einer Motorwelle (32), - ein abtriebsseitig mit der Motorwelle (32) gekoppeltes Getriebe (10), und - eine Motorelektronik (38) mit einer Sensoranordnung zur Bestimmung eines Drehwinkels, einer Drehrichtung und/oder einer Drehzahl der Motorwelle (32), wobei die Sensoranordnung einen Ringmagneten (44) und einen Ringträger (46) aufweist, mittels dessen der Ringmagnet (44) an der Motorwelle (32) gelagert ist, wobei der Ringträger (46) aus einer Aluminium-Legierung gebildet ist.
Verstellantrieb (2) nach Anspruch 1, wobei der Ringträger (46) aus einer aus einer Aluminium-Legierung gebildet ist, die derart gewählt ist, dass diese einen nominellen Aluminium-Anteil von mehr als 93 Gew.-%, vorzugweise von mehr als 95 Gew.-% aufweist.
Verstellantrieb (2) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Ringträger (46) aus AlCu4Mg1 oder AlSi1MgMn gebildet ist.
Verstellantrieb (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Ringmagnet (44) aus einem kunststoffgebundenen Dauermagneten spritzgegossen ist.
Verstellantrieb (2) nach Anspruch 4, wobei der Ringträger (46) mit dem Ringmagnet (44) umspritzt ist.
Verstellantrieb (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Ringträger (46) und die Motorwelle (32) wenigstens eine Übergangspassung, insbesondere eine Übermaßpassung zueinander aufweisen.
Verstellantrieb (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Sensoranordnung einen Hall-Sensor (42) aufweist.
Verstellantrieb (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Ringmagnet (44) mehrere in Umfangsrichtung alternierende Pole aufweist.