DE19942362C5

DE19942362C5 - Selbsthemmender elektrischer Antrieb

Info

Publication number: DE19942362C5
Application number: DE1999142362
Authority: DE
Inventors: Mihai Steingrübner
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1999-09-04
Filing date: 1999-09-04
Publication date: 2004-11-04
Anticipated expiration: 2019-09-05
Also published as: DE19942362C1

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 verschiedensten 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 nachgeschaltete selbsthemmende Schncckengetriebe eingesetzt sind, um ein unerlaubtes Öffnen einer Fensterscheibe zu unterbinden. Bei bisherigen elektrischen Fensterhebereinrichtungen werden Elektromotoren verwendet, denen ein Getriebe mit einem Schneckentrieb nachgeschaltet ist, welches aus Reibungsgründen die Selbsthemmung sicherstellt. In diesem Zusammenhang 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 Elektromotoren, 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 Elektromotor, 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 Erregerspule, was sich kostentreibend sowie negativ auf den Wirkungsgrad auswirkt.

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 dann zu sehen, beim nicht betriebenen Getriebe eine Selbsthemmung einzuführen, welche während des Betriebs des Getriebes ausgeschaltet ist. Die Umschaltung erfolgt elektrisch und zwar gleichzeitig mit dem Betrieb des Elektromotores. Erfindungsgemäß ist ein Hemmelement vorgesehen, welches elektrisch in zumindest zwei Positionen verschiebbar ist. In einer ersten Position wird eine formschlüssige Kopplung zwischen einer Getriebeabtriebswelle und einem gegenüber 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 ohne großen Aufwand die auf Formschluß beruhende Selbsthemmung während des Betriebs des Getriebes ausgeschaltet werden. Gemäß einer besonderen Ausführungsform sind die Spule und der Elektromotor hintereinandergeschaltet.

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 erforderliche 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 verbunden 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 Abtriebskraft oder Abtriebsmoment – vermieden werden soll, ist es vorteilhaft, wenn ein gegenüber dem Getriebegehäuse drehbares Getrieberad vorgesehen 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 Schneckenrad, 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 Längsschnittansicht.

Das vorliegende Ausführungsbeispiel ist anhand einer elektrischen Fensterhebereinrichtung beschrieben. Allerdings soll dieses Anwendungsbeispiel nicht einschränkend verstanden sein. Die Erfindung kann überall dort verwendet werden, wo selbsthemmende elektrische Antriebe mit einem guten Wirkungsgrad benötigt werden.
In der einzigen Figur ist ein Getriebegehäuse 7 zu erkennen, welches in einer 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) Elektromotor 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 miteinander verbunden. Durch die Verbindung des Getrieberades und der Abtriebswelle 5 über das Gummielement 8 werden Stöße und ruckartige Bewegungen 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 mittleren 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 nichtferrogagnetische Aufnahme verwendet werden. Die Aufnahme weist Abtriebswellenseitig einen Sitz auf gegen den sich ein Ende einer Spiralfeder 11 abstützt. Das andere Ende der Spiralfeder 1 beaufschlagt ein im wesentliches 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 geschalten.
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 Abtriebswelle 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 rotieren kann. Der Wirkungsgrad in diese Fall ist von dem Übergang Schneckenrad 6 und Außenzahnung des Getrieberades 9 einerseits sowie vom Wirkungsgrad 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

Selbsthemmender elektrischer Antrieb mit einem Elektromotor und einem nachgeschalteten Getriebe mit einem Getriebegehäuse, einer gegenüber dem Getriebegehäuse drehbaren Getriebeabtriebswelle und einer Einrichtung 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 gegenüber dem Getriebegehäuse (7) feststehendes Element (1) vorgesehen sind, – das feststehende Element (1) als Getriebeachse ausgebildet ist, auf der das Hemmelement in Längsrichtung verschiebbar angeordnet ist, – das Hemmelement (3) mit der Getriebeabtriebswelle (5) drehfest verbunden ist, und – das Hemmelement (3) in der ersten Position eine formschlüssige Kopplung zwischen der Getriebeabtriebswelle (5) und dem feststehenden Element (1) herstellt und die Kopplung in der zweiten Position aufgehoben ist.
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.
Selbsthemmender elektrischer Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Hemmelement (3) von einem Federelement (11) in Richtung der ersten Position beaufschlagt ist.
Selbsthemmender elektrischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß 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.
Selbsthemmender elektrischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein gegenüber dem Getriebegehäuse (7) drehbares Getrieberad (9) vorgesehen ist, welches mit der Getriebeabtriebswelle (5) über ein Dämpfungselement (8) in Verbindung steht und das von dem Antriebsmotor antreibbar ist.
Selbsthemmender elektrischer Antrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Getrieberad (9) eine Außenzahnung aufweist und ein mit dem Antriebsmotor in Verbindung stehendes Schneckenrad (6) vorgesehen ist, welches mit der Außenzahnung in Eingriff steht.