DE19746595A1

DE19746595A1 - Antriebseinheit mit Elektromotor

Info

Publication number: DE19746595A1
Application number: DE19746595A
Authority: DE
Inventors: Olaf Bock
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1997-10-22
Filing date: 1997-10-22
Publication date: 1999-07-08
Anticipated expiration: 2017-10-23
Also published as: DE19746595C2; US6097122A; JPH11196550A

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Antriebseinheit mit einem Elektromotor nach der Gattung des Anspruches 1.

Eine durch die Druckschrift EP 0 175 996 A3 bekannte Antriebseinheit besitzt einen Elektromotor mit einer Motorwelle, eine mit der Motorwelle verbundene Schnecke, ein mit der Schnecke im Eingriff befindliches Schneckenrad und gemäß der Fig. 3 dieser Druckschrift beiden Enden der Motorwelle zugeordnet Reibungsbremsen, deren erste Reibelemente mit der längsverschiebbar gelagerten Motorwelle starr verbunden sind und deren zweite Reibelemente jeweils von einem Drehrichtungsgesperre gegen Verdrehung in einer Drehrichtung gesichert sind, wobei das eine Drehrichtungsgesperre gegen Linksdrehung und das andere Drehrichtungsgesperre gegen Rechtsdrehung der Motorwelle wirkt. Vom Schneckenrad, auf das ein in der einen oder anderen Drehrichtung wirkendes Rücktriebsmoment beispielsweise eines beweglichen Fahrzeugbauteiles wirkt, wird über die Schnecke des ausgeschalteten Motors ein erstes Reibelement zur Erzeugung von Reibschluß gegen das zugeordnete zweite Reibelement gedrückt und dieserart die Motorwelle gebremst. Diese Reibungsbremsen ergeben in dem vorliegenden Fall den Vorteil, daß ein Mangel an Selbsthemmung des aus dieser Schnecke und dem Schneckenrad bestehenden Schneckengetriebes, wobei der Mangel eine Folge von Erschütterungen sein kann, nicht zu ungewollter selbsttätiger Verstellung des beweglichen Fahrzeugteiles wie Fensterscheibe, Schiebedach, Spiegel, Sitz oder dergleichen führt. Diese Reibungsbremsen erschweren auch zumindest ein unbefugtes Öffnen eines Fensters oder eines Schiebedaches. Teuer ist der Aufwand für Bauteile mit Gleitflächen, die mit Sorgfalt aufeinander abzustimmen und herzustellen sind.

Durch die Patentschrift US 4,823,035 ist ein Elektromotor mit einem Rastmechanismus bekannt, der gegen eine ungewollte Verdrehung der Motorwelle wirkt und beim Einschalten des Elektromotors per elektrischen Strom entrastbar ist. Der Rastmechanismus enthält eine mit der Motorwelle verdrehfest verbundene Nabe mit vier radial abstehenden Rastzähnen, einen zum Eintauchen in Lücken zwischen den Rastzähnen bestimmten Raststift, der radial zur Nabe verschiebbar gelagert ist und mittels einer Feder in Richtung der Nabe belastet ist, und einen das Entrasten bewirkenden Aktuator, der nach Art einer Schraubenfeder aus Draht gewunden ist, wobei der Draht aus Formgedächtnismaterial (shape memory metal) gewickelt ist und mittels elektrischem Strom aufheizbar ist, um infolge von Erwärmung gegen die Schraubenfeder zu wirken und den Raststift aus einer jeweiligen Lücke zwischen den Rastzähnen zu ziehen. Die Windungen sind nach Art einer elektrischen Spule einerseits mit einem Schalter und andererseits mit einer Bürste und also Ankerwicklungen des Elektromotors in Reihe geschaltet, so daß ein Einschalten des Elektromotors eine Erwärmung des Aktuators und damit schließlich ein Entrasten des Rastmechanismus zur Folge hat. Ein Ausschalten des Elektromotors führt zu einem Abkühlen des Aktuators und schließlich dazu, daß die Schraubenfeder den Raststift zur Nabe drückt, wodurch ein Einrasten des Stiftes zwischen Rastzähnen möglich wird. Erkennbar kommt also zwischen dem Stift und wenigstens einem der Rastzähne ein mechanischer formschlüssiger Kontakt zustande.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Antriebseinheit mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 hat den Vorteil, daß sie eine auf einfache Art und Weise wirkende Hemmung besitzt, die berührungslos und verschleißfrei ausgebildet ist.

Die erfindungsgemäße Antriebseinheit kommt ohne Gleitflächen und ohne Reibflächen aufweisende und ohne formschlüssig mechanisch wirkende Bauelemente aus. Die erfindungsgemäße Antriebseinheit ist verschleißarm, auch dann, wenn der Zutritt von Abrieb von Bürsten des Motors nicht vermeidbar ist.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Patentanspruch 1 angegebenen Antriebseinheit möglich. Besonders vorteilhaft, weil einfach im Aufbau, ist ein Ausführungsbeispiel mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 2. Das kennzeichnende Merkmal des Anspruchs 3 ergibt den Vorteil einer verstärkten Hemmung.

Die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 4 ergeben ein Ausführungsbeispiel im Falle eines Elektromotors, der als ein Kollektormotor ausgebildet ist für zwei Antriebsdrehrichtungen. Trotz der für die Drehrichtungsumkehr notwendigen Änderung der Stromrichtung durch die Bürsten genügt es nunmehr, die Magnetspule der Rasteinrichtung über die Gleichrichterschaltung dauerhaft mit Anschlußleitungen des Elektromotors zu verbinden.

Zeichnung

Die erfindungsgemäße Antriebseinheit ist schematisch in der einzigen Figur dargestellt.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die Antriebseinheit 2 besitzt einen schematisch dargestellten Elektromotor 3, einen Rastmechanismus 4 und wahlweise ein aus dem Stand der Technik entnehmbares Getriebe 5, beispielsweise ein Schneckengetriebe.

Der Elektromotor 3 ist hier als ein Kollektormotor mit zwei Bürsten 6 und 7 ausgebildet und weist zwei zu den Bürsten 6 und 7 verlaufende Anschlußleitungen 8 und 9 auf. Der Elektromotor 3 ist beispielsweise in zwei Drehrichtungen betreibbar, je nachdem, ob an die Anschlußleitung 8 oder 9 eine positive Spannung gelegt wird. Das Bereitstellen einer positiven Spannung an der Anschlußleitung 8 oder 9 und dementsprechend das Potential an der jeweils anderen Anschlußleitung gehört nicht zum Gegenstand der Erfindung und wird deshalb hier nicht beschrieben.

Der Elektromotor 3 hat eine Motorwelle 10 zum Abgeben von Drehmoment an das Getriebe 5 oder direkt an einen nicht dargestellten Drehmomentaufnehmer. Mit der Motorwelle 10 und damit auch mit dem Getriebe 5 drehfest verkoppelt ist als Bestandteil des Rastmechanismus 4 eine Nabe 11, die hier im Beispiel vier Rastzähne 12 aufweist, die radial von der Nabe 11 abstehen und unter sich gleiche Winkelabstände aufweisen. Die Nabe 11 und die Rastzähne 12 sind aus einem magnetisch leitenden Werkstoff hergestellt. Anstelle von vier in der Figur dargestellten Rastzähnen 12 ist es möglich, eine unbestimmte Anzahl von Rastzähnen zu wählen. Entlang einer durch Drehen der Nabe 11 erzeugbaren Umlaufbahn dieser Rastzähne 12 ist ein permanentmagnetischer Kreis, bestehend aus einem ersten Magnetflußleitstück 13, einem zweiten Magnetflußleitstück 14 und einem Permanentmagnet 15, angeordnet. Der Permanentmagnet 15 hat einen Nordpol N und einen Südpol S. Demgemäß stellt das Magnetflußleitstück 13 in Ausrichtung zu Rastzähnen 12 und der Nabe 11 einen Nordpol N zur Verfügung, wogegen das Magnetflußleitstück 14 im Bereich der Rastzähne 12 einen Südpol S zur Verfügung stellt. Anhand der Figur ist erkennbar, daß ausgehend von dem Nordpol durch das Magnetflußleitstück 13 sowie einen zu diesem ausgerichteten Rastzahn 12, durch die Nabe 11 und einen weiteren Rastzahn 12 sowie durch das andere Magnetflußleitstück 14 ein magnetischer Fluß stattfindet. In der Figur sind Luftspalte 16 und 17 dargestellt, die unvermeidlich sind. In der gezeigten Ausrichtung der Rastzähne 12 zu den Magnetflußleitstücken 13 und 14 sind Magnetflußlinien durch die Luftspalte 16 und 17 am kürzesten. Erfolgt wegen eines in das Getriebe 5 wirkenden Rücktriebsmoments eine Verdrehung der Nabe 11, so verlieren die Rastzähne 12 die dargestellten Ausrichtungen zu den Magnetfeldleitstücken 13 und 14 und die Luftspalte 16 und 17 werden dann länger, wobei der magnetische Fluß in den Luftspalten 16 und 17 Richtungsänderungen unterliegt. Dies bewirkt Rückstellmomente entgegen der Verdrehung der Nabe 11 mit der erfindungsgemäß gewollten Wirkung, daß unerwünschte Verdrehungen der Motorwelle 10 beschränkt werden auf ein Winkelmaß, das im wesentlichen auf einen Winkel eingegrenzt ist in der Größenordnung der Abmessung des Rastzahnes 12 in Umfangsrichtung dividiert durch den Abstand des Rastzahnes 12 relativ zu einer Drehachse der Nabe 11 bzw. der Drehachse der Motorwelle 10.

Damit im Betrieb des Elektromotors 3 dieser nicht mittels der Magnetflußleitstücke 13 und 14 und der Zähne 12 erzeugbare Rastmomente zu überwinden braucht, was gegebenenfalls einen nachteilig großen Elektromotor 3 erfordern würde, ist eine Magnetspule 18 vorgesehen zum wenigstens teilweisen Kompensieren des magnetischen Flusses, der von dem Permanentmagnet 15 erzeugt wird. Es ist dem Konstrukteur freigestellt, diese Magnetspule 18 um ein Magnetflußleitstück 13 oder 14 oder um den Permanentmagnet 15 herum anzuordnen oder die Magnetspule 18 entlang aller drei genannten Bauteile zu erstrecken. Im dargestellten Beispiel erfolgt eine Stromversorgung der Magnetspule 18 über Spulenenden 19 und 20 unter Zwischenschaltung einer Gleichrichterschaltung 21 und Zwischenleitungen 22 und 23 von den Anschlußleitungen 8 und 9 des Elektromotors 3. Wie in der Figur dargestellt, ist die Gleichrichterschaltung 21 eine sogenannte Brückenschaltung mit der Wirkung, daß die Stromflußrichtung durch die Magnetspule 18 immer die gleiche ist, egal ob eine Versorgungsspannung mit dem Vorzeichen + an die Anschlußleitung 8 oder die Anschlußleitung 9 gelegt wird. Dies ergibt, in zu der Erfindung gehörender Weise, den Vorteil, daß auch bei einem in zwei Drehrichtungen betreibbaren Elektromotor, so wie dies weiter oben beschrieben ist, zur Versorgung der Magnetspule 18 mit Erregungsstrom keine zusätzlichen Schaltelemente wie Relaiskontakte oder Halbleiterschaltelemente notwendig sind.

Die Bauteile 11, 12, 13, 14, 15 bilden also den Rastmechanismus 4, wobei die Magnetspule 18 dazu bestimmt ist, zeitweise, nämlich während des Betriebs des Elektromotors, Rastkräfte wenigstens zu vermindern. Das Ziel einer völligen Beseitigung von Rastkräften mittels der Magnetspule 18 braucht nicht erreicht zu werden. Das Erreichen des Zieles wäre nämlich auch daran geknüpft, daß Bauteiltoleranzen bezüglich Abmessungen und magnetischer Wirkung in sehr engen Grenzen gehalten werden müßten und wegen variabler Temperatur der Magnetspule 18 zusätzlich Stromfluß durch die Magnetspule 18 geregelt werden müßte. Dies alles wäre unter Umständen viel zu teuer, insbesondere dann, wenn die erfindungsgemäße Antriebseinheit preisgünstig dem Verstellen von Fensterscheiben oder Schiebedächern oder dergleichen von Fahrzeugen dienen soll.

Claims

1. Antriebseinheit mit einem Elektromotor, der eine Motorwelle hat, und mit einem elektrisch entrastbaren Rastmechanismus, der eine mit der Motorwelle verkoppelte Nabe und von dieser radial abstehende Rastzähne sowie wenigstens einen Raststift und zur elektrischen Entrastung ein Element aufweist, das aus Windungen von elektrisch leitfähigem Draht besteht und zum Entrasten von elektrischem Strom durchflossen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Rastzähne (12) aus magnetisch leitfähigem Werkstoff bestehen, daß der wenigstens eine Raststift (13, 14) ortsfest angeordnet und Bestandteil eines permanentmagnetischen Kreises (13, 14, 15) ist, relativ zu dessen Polen (N, S), die Rastzähne (12) nacheinander ausrichtbar sind, und daß der elektrisch leitfähige Draht zu einer wenigstens eine Teillänge des permanentmagnetischen Kreises (13, 14, 15) umfassenden Magnetspule (18) gewickelt ist zu einer zeitweiligen wenigstens teilweisen Kompensation des permanentmagnetischen Flusses des permanentmagnetischen Kreises (13, 14, 15).

2. Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der permanentmagnetische Kreis (13, 14, 15) ein Polpaar mit einem Nordpol (N) und einem Südpol (S) aufweist und daß die Rastzähne (12) derart winkelig von der Nabe (11) abstehend ausgerichtet sind, daß sie gleichzeitig zu dem Polpaar ausrichtbare Paare bilden.

3. Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe (11) aus magnetisch leitfähigem Werkstoff besteht.

4. Antriebseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (3) als ein Kollektormotor mit zwei Bürsten (6, 7) ausgebildet ist und daß die Magnetspule (18) über eine nach Art einer Brückenschaltung ausgebildete Gleichrichterschaltung (21) mit den Bürsten (6, 7) verschaltet ist.