DE19942362C1 - Selbsthemmender elektrischer Antrieb - Google Patents
Selbsthemmender elektrischer AntriebInfo
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- F16D2121/20—Electric or magnetic using electromagnets
- F16D2121/22—Electric or magnetic using electromagnets for releasing a normally applied brake
Abstract
Die Erfindung betrifft einen selbsthemmenden elektrischen Antrieb mit einem Elektromotor und einem Getriebe mit einem Getriebegehäuse, einer gegenüber dem Getriebegehäuse drehbaren Getriebeabtriebswelle und einer Einrichtung zur Selbsthemmung der Getriebeabtriebswelle. DOLLAR A Zur wirkungsgradoptimaleren Ausbildung der Selbsthemmung wird ein Getriebe vorgeschlagen, bei dem ein elektrisch zwischen wenigstens zwei Positionen verschiebbares Hemmelement (3) vorgesehen ist, ein gegenüber dem Getriebegehäuse (7) feststehendes Element (1) vorgesehen ist, das Hemmelement (3) in einer ersten Position eine formschlüssige Kopplung zwischen der Getriebeabtriebswelle (5) und dem feststehenden Element (1) herstellt, und in einer zweiten Position die Kopplung aufgehoben ist.
Description
Die Erfindung betrifft einen selbsthemmenden elektrischen Antrieb mit einem
Elektromotor und einem Getriebe.
Selbsthemmende Antriebe der oben genannten Art haben die verschieden
sten Einsatzgebiete, wo es darauf ankommt, daß durch eine Kraft auf ein
durch das Getriebe zu betreibendes Element dieses nicht bewegt werden
kann. Ein Anwendungsbeispiel ist in der Automobilbranche zu finden, wo im
Bereich der elektrischen Fensterheber meist einem Elektromotor nachge
schaltete selbsthemmende Schneckengetriebe eingesetzt sind, um ein un
erlaubtes Öffnen einer Fensterscheibe zu unterbinden. Bei bisherigen elek
trischen Fensterhebereinrichtungen werden Elektromotoren verwendet, de
nen ein Getriebe mit einem Schneckentrieb nachgeschaltet ist, welches aus
Reibungsgründen die Selbsthemmung sicherstellt. In diesem Zusammen
hang wird beispielsweise auf die DE 43 23 008 C2 hingewiesen.
Nachteilig bei solchen auf Reibungen basierenden Selbsthemmungen ist ein
schlechter Wirkungsgrad. Ein solcher Wirkungsgrad liegt nicht über einem
Wert von 0.5, falls die für eine Einbruchkraft von über 600 N erforderliche
Selbsthemmung realisiert werden soll. Dies wiederum führt zu großen Elek
tromotoren, die das zum Betrieb erforderliche Moment aufbringen können.
Solche Elektromotoren sind nicht nur relativ teuer sondern auch schwer und
erfordern einen großen Bauraum.
Eine elektromagnetisch betätigbare mechanische Bremse für einen Elektro
motor, insbesondere einen Getriebemotor, ist aus der DE 197 46 027 C1
bekannt. Die Bremse weist einen Elektromotor mit einer Erregerspule zum
Lösen einer insbesondere als Scheibenbremse ausgebildeten Bremse auf.
Dabei wird bei entsprechender Beaufschlagung der Erregerspule mit Strom
ein durch Federn hergestellter bremsender Reibschluss aufgehoben. Bei
entsprechender Krafteinwirkung auf die Getriebewelle kann jedoch entgegen
der Bremswirkung der Bremse eine Rotation erreicht werden. Bei der oben
geschilderten Anwendung im Automobilbereich wäre dann eine Absenkung
der Fensterscheibe einer Fahrzeugtür prinzipiell möglich. Zur Sicherstellung
einer ausreichenden Bremswirkung sind daher bei dieser Ausführungsform
entsprechend starke Federn für eine Vorspannung der Scheibenbremse zu
wählen. Dies bedingt jedoch wiederum eine besonders stark wirkende Erre
gerspule, was sich kostentreibend sowie negativ auf den Wirkungsgrad aus
wirkt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen selbsthemmenden Antrieb
der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher beim Betrieb einen guten
Wirkungsgrad besitzt im nicht betriebenen Zustand jedoch die erforderliche
Selbsthemmung gewährleistet.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
Ein Kerngedanke der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen, beim nicht
betriebenen Getriebe eine Selbsthemmung einzuführen, welche während
des Betriebs des Getriebes ausgeschaltet ist. Die Umschaltung erfolgt elek
trisch und zwar gleichzeitig mit dem Betrieb des Elektromotores. Erfindungs
gemäß ist ein Hemmelement vorgesehen, welches elektrisch in zumindest
zwei Positionen verschiebbar ist. In einer ersten Position wird eine form
schlüssige Kopplung zwischen einer Getriebeabtriebswelle und einem ge
genüber einem Getriebegehäuse feststehenden Element vorgesehen. Diese
Kopplung ist in einer zweiten Position aufgehoben. Die Verschiebung von
der ersten in die zweite Position erfolgt gleichzeitig mit dem Betrieb des
Elektromotors. Umgekehrt wird die Selbsthemmung automatisch aktiviert,
wenn der Elektromotor abgeschaltet ist.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Getriebes wird in der ersten
Position eine Selbsthemmung herbeigeführt, welche die erforderliche
Stärke besitzt. In der zweiten Position des Hemmelements ist die
Selbsthemmung ausgeschaltet und es wird ein guter Wirkungsgrad erreicht.
Je nach Ausbildung des Getriebes kann so ein Wirkungsgrad von bis zu 0.9
erreicht werden.
Insgesamt ermöglicht dies die Verwendung von kleineren Motoren und somit
eine Gewichts-, Kosten- und Bauraumeinsparung. Überdies ist eine größere
Funktionalität gegeben und durch die Verwendung von kleineren Motoren
eine bessere Reaktionszeit erzielbar. Nicht zuletzt können auch die
Selbsthemmkräfte erhöht werden, da die Selbsthemmung vorliegend auf
Formschluß und nicht auf Reibung basiert.
Eine besondere Ausführungsform der Erfindung ist dadurch definiert, daß
eine Spule vorgesehen ist, durch deren Beaufschlagung mit Strom das
Hemmelement verschoben wird. Durch die Verwendung einer Spule, durch
die gleichzeitig mit dem Betrieb des Elektromotors der Strom fließt kann oh
ne großen Aufwand die auf Formschluß beruhende Selbsthemmung wäh
rend des Betriebs des Getriebes ausgeschaltet werden. Gemäß einer be
sonderen Ausführungsform sind die Spule und der Elektromotor hintereinan
dergeschaltet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das
Hemmelement von einem Federelement in Richtung der ersten Position der
formschlüssigen Kopplung beaufschlagt. Wird das Getriebe nicht betätigt
oder ist eine Fehlfunktion vorhanden, ergibt sich so automatisch die erfor
derliche und gewünschte Selbsthemmung.
Eine einfache Ausführungsform der Erfindung ist dadurch ausgezeichnet,
daß das feststehende Element als Getriebeachse ausgebildet ist, auf der
das Hemmelement in Längsrichtung verschiebbar angeordnet ist. Das
Hemmelement ist mit der Getriebeabtriebswelle insbesondere drehfest ver
bunden jedoch axial dazu verschiebbar angeordnet. Auf der Getriebeachse
ist eine Verzahnung vorgesehen, mit der das Hemmelement in der ersten
Position in Eingriff und in der zweiten Position außer Eingriff bringbar ist.
Insbesondere dann, wenn ein ruckartiger Betrieb - also eine ruckartige Ab
triebskraft oder Abtriebsmoment - vermieden werden soll, ist es vorteilhaft,
wenn ein gegenüber dem Getriebegehäuse drehbares Getrieberad vorgese
hen ist, welches mit der Getriebeabtriebswelle über ein Dämmpfungselement
in Verbindung steht, wobei das Getrieberad von dem Elektromotor antreibbar
ist. Die Verbindung zwischen dem Elektromotor und dem Getrieberad kann
dabei dadurch hergestellt werden, daß das Getrieberad eine Außenzahnung
aufweist und ein mit dem Elektromotor in Verbindung stehendes Schnecken
rad, welches mit der Außenzahnung in Eingriff steht, vorgesehen ist.
Die vorliegende Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels und mit
Bezug auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Die einzige Zeichnung
zeigt ein erfindungsgemäßes selbsthemmendes Getriebe in einer Längs
schnittansicht.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel ist anhand einer elektrischen Fenster
hebereinrichtung beschrieben. Allerdings soll dieses Anwendungsbeispiel
nicht einschränkend verstanden sein. Die Erfindung kann überall dort ver
wendet werden, wo selbsthemmende elektrische Antriebe mit einem guten
Wirkungsgrad benötigt werden.
In der einzigen Figur ist ein Getriebegehäuse 7 zu erkennen, welches in ei
ner Tür eines nicht dargestellten Fahrzeugs fest angeordnet werden kann.
Im Getriebegehäuse 7 ist ein Getrieberad 9 mit einem Außenzahnkranz
drehbar angeordnet. Der Außenzahnkranz des Getrieberades 9 steht mit einem
Schneckenrad 6 in Verbindung, welches einem (nicht dargestellten) Elektro
motor zugeordnet ist.
Koaxial zum Getrieberad 9 ist eine Abtriebswelle 5 vorgesehen, die einen
sich außerhalb des Getriebegehäuses 7 erstreckenden Zylinderabschnitt mit
ebenfalls einem Außenzahnkranz aufweist. Dieser Außenzahnkranz kann
beispielsweise mit einer Gewindestange eines Fensters in Eingriff stehen.
Das Getrieberad 9 und die dazu koaxial angeordnete Abtriebswelle 5 sind
über ein im wesentlichen ringförmiges Gummielement 8 elastisch miteinan
der verbunden. Durch die Verbindung des Getrieberades und der Abtriebs
welle 5 über das Gummielement 8 werden Stöße und ruckartige Bewegun
gen zwischen diesen beiden Elementen abgemildert.
Koaxial zum Getrieberad 9 und zur Abtriebswelle 5 ist eine Getriebeachse 1
angeordnet, auf der die Abriebswelle 5 auch gelagert ist. Die Getriebeachse
1 erstreckt sich im wesentlichen über die gesamte Dicke des Getriebes - vgl.
die einzige Figur - und ist im Getriebegehäuse 7 fest angeordnet. Im mittle
ren Bereich weist sie eine Zahnung 2 auf, deren Sinn später noch deutlich
wird.
An einer Wand des Getriebegehäuses 7 ist eine Spule 10 in einer mit dem
Getriebegehäuse 7 verbundenen und als Magnetkern dienenden Aufnahme
aus ferromagnetischem Material gehalten. Alternativ kann auch eine nicht
ferrogagnetische Aufnahme verwendet werden. Die Aufnahme weist Ab
triebswellenseitig einen Sitz auf, gegen den sich ein Ende einer Spiralfeder
11 abstützt. Das andere Ende der Spiralfeder 11 beaufschlagt ein im we
sentliches zylindrisch ausgebildetes ferromagnetisches Hemmelement 3,
welches auf der Getriebeachse 1 in Axialrichtung verschiebbar gelagert ist
und zwei Zapfen besitzt, die in komplementär ausgebildeten Bohrungen der
Abtriebswelle in Axialrichtung beweglich geführt sind.
In der die Getriebeachse 1 aufnehmenden Ausnehmung ist ebenfalls eine
Zahnung ausgebildet. Durch die Axialverschiebung des Hemmelements 3
können die beiden Zahnungen der Getriebeachse 1 und des Hemmelements
3 miteinander in Eingriff (Position 1) oder außer Eingriff (Position 2) gebracht
werden. In der vorliegenden Zeichnung ist das Hemmelement 3 in Position 1
gebracht, so daß eine Formschlußverbindung zwischen Abtriebswelle 5 und
Hemmelement 3 sowie zwischen Hemmelement und Getriebeachse 1 erzielt
ist.
Die Spule 10 ist in Reihe mit dem nicht dargestellten Elektromotor geschal
ten.
Die Funktionsweise des Getriebes wird nachfolgend erläutert.
Im nicht betriebenen Zustand, wie er in der einzigen Figur dargestellt ist, ist
die Spule 10 stromlos und das Hemmelement 3 mittels der Spiralfeder 11 in
die Position 1 beaufschlagt, so daß eine Verbindung zwischen der Abtriebs
welle 5 und der gehäusefesten Getriebeachse 1 gebildet ist. Das Getriebe ist
gesperrt und besitzt die erforderliche Selbsthemmung.
Beim Betrieb des Antriebs dagegen, also wenn der Elektromotor und die
Spule im wesentlichen gleichzeitig mit Strom beaufschlagt werden, wirkt das
ferromagnetische Hemmelement 3 wie ein Anker, und wird gegen die Kraft
der Spiralfeder 11 in Richtung der Spule 10 bewegt. Dadurch kommen die
beiden Verzahnungen außer Eingriff, so daß das Abtriebselement 5 frei ro
tieren kann. Der Wirkungsgrad in diese Fall ist von dem Übergang Schnec
kenrad 6 und Außenzahnung des Getrieberades 9 einerseits sowie vom Wir
kungsgrad des Elektromotors andererseits definiert.
Insgesamt kann mit der vorliegenden Erfindung auf einfache Weise ein
selbsthemmender elektrischer Antrieb realisiert werden, welcher einerseits
einen guten Wirkungsgrad besitzt und andererseits eine ausreichend hohe
Selbsthemmung gewährleistet.
Claims (7)
1. Selbsthemmender elektrischer Antrieb mit einem Elektromotor und einem
nachgeschalteten Getriebe mit einem Getriebegehäuse, einer gegenüber
dem Getriebegehäuse drehbaren Getriebeabtriebswelle und einer Einrich
tung zur Selbsthemmung der Getriebeabtriebswelle, wobei ein gleichzeitig
mit dem Betrieb des Elektromotors elektrisch von einer ersten zu einer
zweiten Position verschiebbares Hemmelement (3) und ein ge
genüber dem Getriebegehäuse (7) feststehendes Element (1) vorgesehen
sind, das Hemmelement (3) in der ersten Position eine formschlüssige Kopp
lung zwischen der Getriebeabtriebswelle (5) und dem feststehenden Ele
ment (1) herstellt und die Kopplung in der zweiten Position aufgehoben ist.
2. Selbsthemmender elektrischer Antrieb nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Spule (10) vorgesehen ist, durch deren Beaufschlagung mit Strom
das Hemmelement (3) von der ersten in die zweite Position verschiebbar ist.
3. Selbsthemmender elektrischer Antrieb Getriebe nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Hemmelement (3) von einem Federelement (11) in Richtung der
ersten Position beaufschlagt ist.
4. Selbsthemmender elektrischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß das feststehende Element (1) als Getriebeachse ausgebildet ist, auf der
das Hemmelement in Längsrichtung verschiebbar angeordnet ist.
5. Selbsthemmender elektrischer Antrieb nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Hemmelement (3) mit der Getriebeabtriebswelle (5) drehfest ver
bunden ist und auf der Getriebeachse (1) eine Verzahnung (2) vorgesehen
ist, mit der das Hemmelement (3) in der ersten Position in Eingriff und in der
zweiten Position außer Eingriff bringbar ist.
6. Selbsthemmender elektrischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein gegenüber dem Getriebegehäuse (7) drehbares Getrieberad (9)
vorgesehen ist, welches mit der Getriebeabtriebswelle (5) über ein Däm
pfungselement (8) in Verbindung steht und das von dem Antriebsmotor an
treibbar ist.
7. Selbsthemmender elektrischer Antrieb nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Getrieberad (9) eine Außenzahnung aufweist und ein mit dem An
triebsmotor in Verbindung stehendes Schneckenrad (6) vorgesehen ist, wel
ches mit der Außenzahnung in Eingriff steht.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
DE1999142362 DE19942362C5 (de) | 1999-09-04 | 1999-09-04 | Selbsthemmender elektrischer Antrieb |
Applications Claiming Priority (1)
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DE1999142362 DE19942362C5 (de) | 1999-09-04 | 1999-09-04 | Selbsthemmender elektrischer Antrieb |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE19942362C1 true DE19942362C1 (de) | 2001-01-25 |
DE19942362C5 DE19942362C5 (de) | 2004-11-04 |
Family
ID=7920889
Family Applications (1)
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DE1999142362 Expired - Fee Related DE19942362C5 (de) | 1999-09-04 | 1999-09-04 | Selbsthemmender elektrischer Antrieb |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19942362C5 (de) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 1999-09-04 DE DE1999142362 patent/DE19942362C5/de not_active Expired - Fee Related
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DE19942362C5 (de) | 2004-11-04 |
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