DE19652980A1 - Vorrichtung zur Erfassung eines Verstellwegs - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung des Verstellwegs eines von einem rotierenden Teil zu einer Linear- oder Schwenkbewegung angetriebenen Teils der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.

Solche Vorrichtungen werden beispielsweise in Kraftfahrzeugen in Verbindung mit elektrisch angetriebenen Fensterhebern, Schiebedächern od. dgl. verwendet, um die jeweilige Stellung des angetriebenen Teils zu sensieren.

Bei einer bekannten Türschließanlage für Kraftfahrzeuge (US 5 240 296) wird zur Türver- und -entriegelung ein Schwenkhebel über ein Schneckengetriebe von einem Elektromotor zur Schwenkbewegung um seine Schwenkachse angetrieben. Der Schwenkhebel ist über eine Stange mit einem Verriegelungshebel eines Schnapp- oder Klinkenschlosses der Fahrzeugtür verbunden und über das Schneckengetriebe in zwei Endstellungen schwenkbar. In der einen Endstellung ist über die Stange der Verriegelungshebel so gestellt, daß das Türschloß sich nicht öffnen läßt. In der anderen Endstellung ist der Verriegelungshebel so verschwenkt, daß sich das Türschloß öffnen läßt. Die Position des Schwenkhebels über seinen Schwenkweg wird durch einen Positionsdetektor erfaßt. Dieser besteht aus drei bogenförmigen Leiterbahnabschnitten, die in unterschiedlicher Länge konzentrisch zur Schwenkachse des Schwenkhebels angeordnet sind, und aus einer am Schwenkhebel befestigten Kontaktplatte, die radial über die drei Leiterbahnabschnitte hinwegreicht und diese wechselweise kontaktiert. Steht der Schwenkhebel in seiner das Türschloß blockierenden Stellung, so verbindet die Kontaktplatte den mittleren und äußeren Leiterbahnabschnitt, steht der Schwenkhebel in seiner das Türschloß freigebenden Stellung, so verbindet die Kontaktplatte den mittleren und den inneren Leiterbahnabschnitt. Über diese Positionssensierung des Schwenkhebels werden bestimmte Funktionen in der Türschließanlage verwirklicht.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß eine Möglichkeit der Positionserfassung des angetriebenen Teils mit fertigungstechnisch preiswerten Bauteilen geschaffen ist, die sich kostengünstig mit Montagevorteilen in den rotierenden antreibenden Teil integrieren läßt, so daß beim späteren Zusammensetzen von angetriebenem und antreibendem Teil eine Justierung von angetriebenem Teil und Verstellwegerfassungsvorrichtung nicht mehr erforderlich ist. Der rotierende antreibende Teil mit der implementierten Verstellwegerfassungsvorrichtung für den angetriebenen Teil kann vielmehr als endmontierte Kompletteinheit angeboten werden, die bei der Montage lediglich noch an den angetriebenen Teil abzukoppeln ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zählt zu den sog. Absolutwertgebern, die absolute Positionswerte zwischen einem festgelegten Anfangs- und Endwert des Verschiebe- oder Schwenkwegs des angetriebenen Teils ausgibt.

Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Vorrichtung möglich.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Windungszahl der Führungsspirale so festgelegt, daß bei maximaler Verschiebung des angetriebenen Teils der Führungsstift des Potentiometerabgriffs die Führungsspirale einmal fast vollständig durchläuft. Die Windungssteigung wird dabei so bemessen, daß der verfügbare maximale Verschiebeweg des Potentiometerabgriffs auf der Widerstandsbahn möglichst vollständig ausgenutzt wird. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist am inneren Ende der Führungsspirale ein Freilauf-Führungsabschnitt vorgesehen, der bevorzugt als Kreisbahn ausgeführt ist, die am Spiralende ansetzt, konzentrisch zur Spiralachse verläuft und wieder im Spiralende mündet. Durch diese Maßnahmen wird bei Montage von angetriebenem und antreibendem Teil in beliebiger Stellung zueinander eine anschließende Selbstjustierung der Verschiebewegerfassungsvorrichtung erreicht. Nach Montage von antreibendem und angetriebenem Teil muß der antreibende Teil solange und in entsprechender Drehrichtung eingeschaltet werden, bis der angetriebene Teil die Position des möglichen Verschiebewegs einnimmt, die der untersten Position des Potentiometerabgriffs auf der Widerstandsbahn entspricht. Hat der Potentiometerabgriff bereits vorher seine unterste Position und damit sein Führungsstift das innere Ende der Spirale erreicht, so läuft der Führungsstift bei weiterem Verstellen des angetriebenen Teils auf dem Freilauf-Führungsabschnitt dauernd um, bis der angetriebene Teil seine tatsächliche Endstellung erreicht hat. Angetriebener Teil und Verschiebeweg- bzw. Positionserfassungsvorrichtung sind jetzt einander richtig zugeordnet. Um eine freie Stellungszuordnung von antreibendem Teil und angetriebenem Teil bei der Montage sicherzustellen, muß die Verschiebewegerfassungsvorrichtung mit dem antreibenden Teil so vormontiert werden, daß der Führungsstift des Potentiometerabgriffs am inneren Ende der Spirale steht, und muß entweder durch Inbetriebnahmevorschrift oder durch Programmierung des antreibenden Teils sichergestellt werden, daß der antreibende Teil den angetriebenen Teil zuerst in dessen unterste Position des möglichen Verschiebewegs verstellt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist auch am äußeren Ende der Führungsspirale ein gleichartig ausgestalteter Freilauf-Führungsabschnitt vorgesehen. Dieser Abschnitt wird aber beim bestimmungsgemäßen Gebrauch der Vorrichtung nie von dem Führungsstift durchfahren. Er dient dazu, bei vom Normalbetrieb abweichendem Betrieb, z. B. zu Prüfzwecken, eine Zerstörung der Vorrichtung zu verhindern.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Steigung der Führungsspirale ausgehend von dem inneren Spiralende zumindest teilweise progressiv ausgebildet. Dadurch kann in bestimmten Verstellwegbereichen die Meßwertauflösung vergrößert werden.

Zeichnung

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines in einer Fahrzeugtür angeordneten Seitenfensters mit elektrischem Fensterheber zum Schließen und Öffnen des Seitenfensters, schematisch dargestellt,

Fig. 2 einen Schnitt einer elektrischen Antriebseinheit des Fensterhebers in Fig. 1,

Fig. 3 eine Draufsicht eine in der elektrischen Antriebseinheit in Fig. 2, integrierten Vorrichtung zur Erfassung des Verschiebewegs der Seitenscheibe im Seitenfenster gemäß Fig. 1,

Fig. 4 eine Seitenansicht der Vorrichtung in Fig. 3, teilweise geschnitten,

Fig. 5 eine vergrößerte Darstellung des Ausschnitts V in Fig. 3.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Bei dem in Fig. 1 schematisch dargestellten, elektrisch betätigten Seitenfenster eines Kraftfahrzeugs ist mit 101 der Türrahmen einer Fahrzeugtür 10 bezeichnet, deren oberer Teil mit einer vertikal versenkbaren Seitenscheibe 11 verschließbar und deren unterer Teil mit einer Türverkleidung 102 abgedeckt ist. Die Seitenscheibe 11 ist seitlich in am Türrahmen 10 befestigten vertikalen Führungsschienen 12, 13 geführt und wird von einer elektrischen Antriebseinheit 14 über ein Hebelgetriebe 15 zur Auf- und Abwärtsbewegung gemäß Doppelpfeil 16 angetrieben. Anstelle des Hebelgestänges 15 ist auch ein Seilzugsystem gebräuchlich. Dabei ist die Seitenscheibe 11 aus einer unteren Endstellung, in welcher sie nahezu vollständig in die Türverkleidung 102 der Fahrzeugtür 10 versenkt ist und eine Fensteröffnung 17 vollständig freigibt, bis in eine obere Endstellung überführbar, in welcher sie die Fensteröffnung 17 vollständig verschließt und mit ihrer Oberkante an dem oberen Querholm des Türrahmens 101 anliegt. Zur Realisierung von Sicherheitsfunktionen, insbesondere in Verbindung mit Schließkraftbegrenzern, ist es erforderlich, den Verschiebeweg der Seitenscheibe 11 zwischen ihrer unteren und oberen Endstellung zu erfassen, so daß zu jedem Zeitpunkt der Verschiebebewegung der Seitenscheibe 11 ihre momentane Position bekannt ist. Hierzu ist eine Vorrichtung 20 zur Erfassung des Verschiebewegs bzw. der Position der Seitenscheibe 11 vorgesehen, die in Verbindung mit Fig. 3 und 4 noch näher behandelt wird.

Die elektrische Antriebseinheit 14 umfaßt einen als permanentmagneterregten Gleichstrommotor ausgebildeten Elektromotor 18. Von dem Elektromotor 18 ist der Rotor mit 21, das Magneterregersystem mit 22, der Kommutator mit 23 und die Kommutatorbürsten mit 24 bezeichnet. Eine den Rotor 21 drehfest aufnehmende Rotorwelle 25 ist in zwei gehäusefesten Lagern 26 und 27 eines Motorgehäuses 28 gelagert. Drehfest mit der Rotorwelle 25 ist die Schnecke 29 eines Schneckengetriebes 30 verbunden, die mit einem Schneckenrad 31 kämmt. Das Schneckenrad 31 sitzt drehfest auf einer Schneckenradwelle 32, die auf einem am Motorgehäuse 28 angeflanschten Halter 33 drehbar gelagert ist. Je nach Drehrichtung des reversierbaren Elektromotors 18 dreht das Schneckenrad 31 im Uhrzeigersinn oder Gegenuhrzeigersinn. Die Drehbewegung des Schneckenrads 31, die in Fig. 2 durch den Doppelpfeil 34 angedeutet ist, wird über das Hebelgetriebe 15 in eine Auf- und Abwärtsbewegung der Seitenscheibe 11 umgesetzt. In der Antriebskette stellt damit das Schneckenrad 31 einen rotierenden, antreibenden Teil 35 und die Seitenscheibe 11 einen von dem rotierenden Teil 35 zu einer linearen Verschiebewegung angetriebenen Teil 36 dar.

Die Vorrichtung 20 (Fig. 4) zur Erfassung des Verstellweges des von dem rotierenden Teil 35 zu einer linearen Verschiebebewegung angetriebenen Teil 36, also des Verschiebewegs der Seitenscheibe 11 in den Führungsschienen 12, 13 ist im rotierenden Teil 35 integriert und umfaßt eine mit dem Schneckenrad 31 drehfest verbundene Führungsspirale 37 (Fig. 3 und 4) sowie ein Schiebepotentiometer 38 mit linearer Widerstandsbahn 39 und längs der Widerstandsbahn 39 verschiebbarem Potentiometerabgriff 40. Die Führungsspirale 37 ist als nutartige Vertiefung 41 (Fig. 4) im Schneckenrad 31 selbst ausgebildet. Die Widerstandsbahn 39 ist radial zur Schneckenwelle 32 und damit zur Führungsspirale 37 angeordnet, und der Potentiometerabgriff 40 weist einen Führungsstift 42 auf, der in die Vertiefung 41 mit Spiel hineinragt. Bei Rotation des Schneckenrads 31 in die eine oder andere Drehrichtung läuft der Führungsstift 42 in der Führungsspirale 37 um, wobei der Potentiometerabgriff 40 bei jeder Umdrehung des Schneckenrads 31 kontinuierlich auf der Widerstandsbahn 39 verschoben wird. Da das Schneckenrad 31 über das Hebelgetriebe 15 die Seitenscheibe 11 verschiebt, ist damit die am Schiebepotentiometer 38 abnehmbare Spannung eine direkte elektrische Meßgröße für den Verstellweg des von der Seitenscheibe 11 repräsentierten, linear bewegten Teil 36. Die Windungszahl der Führungsspirale 37 ist dabei so festgelegt, daß bei maximalem Verschiebeweg des angetriebenen Teils 36 der Führungsstift 42 die Führungsspirale 37 fast vollständig durchläuft. Durch entsprechende Bemessung der Windungssteigung führt dabei der Potentiometerabgriff 40 auf der Widerstandsbahn 39 seinen maximalen Hub aus, so daß der gesamte verfügbare Meßbereich des Schiebepotentiometers 38 genutzt wird. Der maximale zugelassene Verschiebeweg des Potentiometerabgriffs 40 entspricht somit annähernd dem Hub der Seitenscheibe 11 zwischen ihren beiden Endstellungen. Ist - wie üblich - die Widerstandsbahn 20 an einer entsprechenden Gleichspannungsquelle angeschlossen, so ist die elektrische Meßgröße für den Verstellweg der Seitenscheibe 11 an dem Potentiometerabgriff 40 als Meßspannung abnehmbar.

Um eine Selbstjustierung der Vorrichtung 20 nach Montage des antreibenden Teils 35 und des angetriebenen Teils 36 zu erreichen, ist am inneren Ende der Führungsspirale 37 ein Freilauf-Führungsabschnitt 371 in Form einer vom Spiralende ausgehenden Kreisbahn vorgesehen, die konzentrisch zur Spiralachse bzw. der Schneckenradwelle 32 verläuft und wieder auf das Spiralende zurückführt. In dieser Kreisbahn kann der Führungsstift 42 solange ohne Verschiebung des Potentiometerabgriffs 40 umlaufen, bis der angetriebene, linear bewegte Teil 36 in Form der Seitenscheibe 11 seine obere oder untere Endposition erreicht hat. Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, ist die Steigung der Führungsspirale 37 ausgehend von dem inneren Spiralende progressiv ausgeführt, d. h. von jeder Spiralwindung zur nächsten wächst der Verschiebehub des Potentiometerabgriffs 40 linear an. Die Führungsspirale 37 kann aber auch so ausgeführt werden, daß eine Progressivität der Führungsspirale 37 nur in bestimmten Verschiebebereichen des Potentiometerabgriffs 40 vorhanden ist, um nur in diesen Verschiebebereichen die Meßwertauflösung zu erhöhen.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, ist auch am äußeren Ende der Führungsspirale 37 ein Freilauf-Führungsabschnitt 372 vorgesehen, der wiederum als eine vom Spiralende ausgehende und auf das Spiralende zurückführende, konzentrische Kreisbahn ausgeführt ist. Dieser Freilauf-Führungsabschnitt 372 wird aber beim bestimmungsgemäßen Gebrauch der elektrischen Antriebseinheit 14 nie vom Führungsstift 42 durchlaufen und dient lediglich dazu, bei vom Normalbetrieb abweichendem Betrieb der Antriebseinheit 14, z. B. in Prüfeinrichtungen, eine Zerstörung der Vorrichtung 20 zu verhindern.

Um eine spielfreie Führung des Führungsstiftes 42 in der nutartigen Vertiefung 41 der Führungsspirale 37 zu erreichen, ist - wie nicht weiter dargestellt ist - am Potentiometerabgriff 40 eine Feder angeordnet, die den Führungsstift 42 immer an die radial äußere Flanke 411 (Fig. 4) der Vertiefung 41 andrückt, so daß der Führungsstift 42 ausgehend von der inneren Kreisbahn des Frei­ lauf-Führungsabschnitts 372 die Führungsspirale 37 definiert durchläuft. Erreicht der Führungsstift 42 die äußere Kreisbahn des äußeren Freilauf-Führungsabschnitts 372, so überfährt - wie dies in der vergrößerten Ausschnittsdarstellung in Fig. 5 illustriert ist - der auch in seiner Achsrichtung gegen Federkraft verschieblich ausgebildete Führungsstift 42 eine auf dem Grund 412 der Vertiefung 41 ausgebildete Rampe 43, die in Fig. 5 durch voneinander beabstandete Querstriche angedeutet ist, wobei durch abnehmenden Abstand der Querstriche die zunehmende Rampenhöhe symbolisiert ist. Beim Entlangfahren auf der Rampe 43 wird der Führungsstift 42 gegen Federkraft etwas angehoben, um am Ende der Rampe 43 sprungartig wieder in die Vertiefung 41 zurückzufallen. Wird jetzt die Drehrichtung des Schneckenrads 31 umgekehrt, so wird der von der Feder an die äußere Flanke 411 der Vertiefung 41 angedruckte Führungsstift 42 an der Stirnseite der Rampe 43 vorbeigeführt und verbleibt so in der Führungsspirale 37, da die Rampe 43 bei dieser Drehrichtung nicht überwunden werden kann.

Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. So muß die Führungsspirale 37 nicht unmittelbar auf dem antreibenden, rotierenden Teil 35 selbst, wie hier auf dem Schneckenrad 31, ausgebildet sein. Sie kann auch auf einem separaten Träger angeordnet werden, der drehfest mit dem rotierenden Teil 35 zu verbinden ist. Des weiteren kann anstelle der linearen Verschiebebewegung des angetriebenen Teils 36 auch eine Schwenkbewegung eines angetriebenen Teils mittels der Vorrichtung 20 sensiert werden, wie dies bei Türschließanlagen erforderlich ist. Das zur linearen Verschiebebewegung angetriebene Teil 36 kann auch beispielsweise ein Schiebedach oder ein Hubdach oder ein Hub-/Schiebedach sein.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Erfassung des Verstellwegs eines von einem rotierenden Teil (35) zu einer Linear- oder Schwenkbewegung angetriebenen Teils (36), dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrische Meßgröße für den Verstellweg des angetriebenen Teils (36) an einem Schiebepotentiometer (38) mit einer linearen Widerstandsbahn (39) und längs dieser verschiebbaren Potentiometerabgriff (40) abgenommen ist, daß mit dem rotierenden Teil (35) eine dazu koaxiale Führungsspirale (37) drehfest gekoppelt ist und daß die lineare Widerstandsbahn (39) des Schiebepotentiometers (38) radial zur Führungsspirale (37) angeordnet und der Potentiometerabgriff (40) mit einem Führungsstift (42) in der Führungsspirale (37) geführt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Windungszahl und Windungssteigung der Führungsspirale (37) so bemessen sind, daß bei maximaler Verschiebung des angetriebenen Teils (36) der Führungsstift (42) des Potentiometerabgriffs (40) die Führungsspirale (37) einmal fast vollständig durchläuft und vorzugsweise der Potentiometerabgriff (40) seinen maximalen Verschiebeweg längs der Widerstandsbahn (39) durchläuft.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß am inneren und/oder am äußeren Ende der Führungsspirale (37) jeweils ein Frei­ lauf-Führungsabschnitt (371, 372) vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Freilauf-Führungsabschnitt (371, 372) durch eine vom Spiralende ausgehende Kreisbahn gebildet ist, die konzentrisch zur Spiralachse verläuft und wieder auf das Spiralende zurückführt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung der Führungsspirale (37) ausgehend von dem inneren Spiralende zumindest teilweise progressiv ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsspirale (37) als nutartige Vertiefung (41) ausgebildet ist, in die der Führungsstift (42) eintaucht.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, gekennzeichnet durch ihre Verwendung in einem zwischen einem rotierenden Antriebsmotor (18) und dem angetriebenen Teil (36) eingeschaltetem Schneckengetriebe (30) mit Schnecke (29) und Schneckenrad (31), indem die Führungsspirale (37) auf dem Schneckenrad (31) selbst angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der angetriebene Teil (36) die Seitenscheibe (11) oder das Schiebedach eines Fahrzeugs ist.