DE202015105598U1

DE202015105598U1 - Ein bidirektionales Elementeantriebssystem

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Publication number: DE202015105598U1
Application number: DE202015105598.6U
Authority: DE
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2014-11-06
Filing date: 2015-10-22
Publication date: 2016-04-05
Anticipated expiration: 2025-10-23
Also published as: MX2015015324A; US20160129768A1; US9856688B2; RU2015145952A3; MX359809B; CN205370237U; RU2015145952A; RU2700295C2

Abstract

Bidirektionales Elementeantriebssystem, das Folgendes umfasst: einen Motor, eine Antriebswelle umfassend; einen Kabelanker; eine Kabelverbindung, die auf der Antriebswelle getragen wird und zwei mit dem Kabelanker verbundene Enden aufweist; eine Stütze; und ein angetriebenes Element; wodurch das angetriebene Element durch den Motor zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position relativ zur Stütze verschoben wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Dieses Dokument bezieht sich im Allgemeinen auf ein einfaches und kostengünstiges bidirektionales Elementeantriebssystem mit einer kompakten Ausgestaltung, das als Aktuator für Türen, Tore, Schlösser, Arme, Hebel, Sitze, Flugzeugleitflächen und ähnliches verwendbar ist.
HINTERGRUND
Kompakte Betätigung ist für viele Geräte erforderlich, einschließlich beispielsweise Kraftfahrzeuge und andere Motorfahrzeuge. Die Aktuatoren müssen nicht nur kompakt, sondern auch zuverlässig für eine lange Betriebslebensdauer sein, da sie typischerweise an Orten montiert werden, an denen kein einfacher direkter Wartungszugang möglich ist. Zusätzlich zu Platzbeschränkungen kann die Hysterese im Antriebssystem ein einschränkender Aspekt sein. Für ein zahnradgetriebenes System ist die Entfernung von Spiel kostenaufwändig.
Darüber hinaus erfordern einige Systeme eine schnelle Reaktion. Eine besonders schwierige Anwendung ist das Dämpfen und Steuern einer Fahrzeugtür. Eine große Kraft muss auf einer sehr kurzen Strecke absorbiert werden, und kleinere Kräfte müssen über einen verlängerten Zeitraum aufrechterhalten werden. Spiel ist nicht akzeptierbar, selbst bei einem langen Momentarm an der Tür. Darüber hinaus muss der Aktuator entweder in eine prominente Position der Tür oder der Säule passen, wobei er direkten mechanischen Zugang zu dem anderen Element bewahrt. Des Weiteren muss die elektronische Steuerung die Fähigkeit haben, wesentliche Energie an den Enden der Türbewegung, wenn die Tür geschlossen und verriegelt ist und wenn die Tür vollständig geöffnet ist, zu absorbieren.
Dieses Dokument bezieht sich auf einen Aktuator oder ein bidirektionales Elementeantriebssystem, hergestellt aus einem kostengünstigen Elektromotor, der eine exzellente rotatorische oder lineare Steuerung ohne ein herkömmliches Getriebe beliebigen Typs ermöglicht. Das System hat ferner eine niedrige oder praktisch keine Hysterese. Vorteilhafterweise ist nur ein kleiner Motor für Anwendungen mit hohen Kräften erforderlich. Darüber hinaus kann das System so ausgestaltet werden, dass es im ausgeschalteten Zustand durch menschliche Anstrengung überwunden werden kann, wodurch das Öffnen und Schließen der Tür selbst bei einem Stromausfall im Fahrzeug ermöglicht wird.
KURZDARSTELLUNG
Gemäß den hier beschriebenen Zwecken und Vorteilen ist ein bidirektionales Elementeantriebssystem vorgesehen. Das Antriebssystem kann im weitesten Sinne beschrieben werden als einen Motor umfassend, einschließlich (a) einer Antriebswelle, (b) eines Kabelankers, (c) einer Kabelverbindung, die auf der Antriebswelle getragen wird und zwei mit dem Kabelanker verbundene Enden aufweist, (d) einer Stütze und (e) eines angetriebenen Elements. Das angetriebene Element wird durch den Motor zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position relativ zu der Stütze verschoben.
In einer möglichen Ausführungsform ist der Motor an der Stütze befestigt, und der Kabelanker ist an dem angetriebenen Element befestigt. In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist der Motor am angetriebenen Element befestigt, und der Kabelanker ist an der Stütze befestigt.
In einer möglichen Ausführungsform ist der Kabelverbinder ebenfalls an der Antriebswelle befestigt. In einer möglichen Ausführungsform ist der Kabelverbinder ein einzelnes Kabel. In einer anderen möglichen Ausführungsform besteht der Kabelverbinder aus zwei Kabeln.
In einer möglichen Ausführungsform dreht sich das angetriebene Element zwischen der ersten Position und der zweiten Position um eine Drehachse. In einer möglichen Ausführungsform ist der Kabelanker eine feste Riemenscheibe. In einer möglichen Ausführungsform ist die feste Riemenscheibe auf der Drehachse zentriert.
In einer möglichen Ausführungsform ist der Kabelanker bogenförmig. In einer möglichen Ausführungsform wird das angetriebene Element aus einer Gruppe von Strukturen ausgewählt, die aus einem Tor, einer Tür, einem Arm, einem Schloss und einem Hebel besteht.
In einer möglichen Ausführungsform gleitet das angetriebene Element zwischen der ersten Position und der zweiten Position. In dieser Ausführungsform wird das angetriebene Element aus einer Gruppe von Strukturen ausgewählt, die aus einem Tor, einer Tür, einem Schloss, einem Sitz und einer Leitfläche eines Flugzeugs besteht.
In einer möglichen Ausführungsform umfasst der Kabelverbinder auch eine Feder zum Beseitigen von Spiel.
Gemäß einem zusätzlichen Aspekt wird ein Türsystem für ein Kraftfahrzeug vorgesehen. Das Türsystem umfasst einen Motor, umfassend (a) eine Antriebswelle, (b) einen Kabelanker und (c) einen Kabelverbinder. Der Kabelverbinder wird auf der Antriebswelle getragen und hat zwei mit dem Kabelanker verbundene Enden. Zusätzlich wird ein Ankerpunkt an einer Karosserie des Kraftfahrzeugs vorgesehen. Darüber hinaus wird eine Tür in einer Türöffnung an der Karosserie des Kraftfahrzeugs aufgenommen. Die Tür wird durch den Motor zwischen einer geöffneten Position und einer geschlossenen Position verschoben.
In einer möglichen Ausführungsform des Türsystems ist der Motor am Ankerpunkt befestigt, und der Kabelanker ist an der Tür befestigt. In einer weiteren möglichen Ausführungsform des Türsystems ist der Motor an der Tür befestigt, und der Kabelanker ist am Ankerpunkt befestigt.
In noch einer weiteren Ausführungsform dreht sich die Tür um eine Drehachse zwischen der geöffneten Position und der geschlossenen Position, und der Kabelanker ist an dieser Drehachse zentriert. In einer möglichen Ausführungsform ist der Kabelanker eine feste Riemenscheibe, und der Ankerpunkt ist eine Türsäule des Fahrzeugs.
Gemäß einem zusätzlichen Aspekt wird ein Verfahren zum Antreiben eines Elements zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position relativ zu einer Stütze vorgesehen. Das Verfahren kann im weitesten Sinne beschrieben werden als folgende Schritte umfassend: (a) Befestigen eines Motors an dem Element oder der Stütze, (b) Befestigen eines Kabelankers an dem anderen des Elements und der Stütze, (c) Verbinden von zwei Enden eines auf einer Antriebswelle des Motors getragenen Kabelverbinders mit der Kabelstütze, und (d) Antreiben des Motors in einer ersten Richtung, um das Element von der ersten Position zur zweiten Position zu bewegen, und dann in einer zweiten Richtung, um das Element von der zweiten Position in die erste Position zu bewegen.
In der folgenden Beschreibung werden mehrere bevorzugte Ausführungsformen des bidirektionalen Elementeantriebssystems, des Türsystems und des zugehörigen Verfahrens gezeigt und beschrieben. Wie zu erkennen sein sollte, sind andere unterschiedliche Ausführungsformen der Systeme und des Verfahrens möglich, und ihre mehreren Details sind in verschiedenen, offensichtlichen Aspekten modifizierbar, ohne von den Systemen und dem Verfahren, wie sie in den folgenden Ansprüchen dargelegt und beschrieben sind, abzuweichen. Dementsprechend sind die Zeichnungen und Beschreibungen als beispielhaft und nicht als einschränkend zu verstehen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die beigefügten Zeichnungen, die hier aufgenommen werden und Teil der Beschreibung sind, stellen mehrere Aspekte des Antriebssystems dar und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, bestimmte Prinzipien desselben zu erläutern. In den Zeichnungen ist:
1a ein schematisches Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform des bidirektionalen Elementeantriebssystems;
1b ein schematisches Blockdiagramm einer zweiten Ausführungsform des bidirektionalen Elementeantriebssystems;
1c ein schematisches Blockdiagramm einer dritten Ausführungsform des bidirektionalen Elementeantriebssystems;
2 eine perspektivische Ansicht eines Fahrzeugs, das mit einer seitlichen Tür in einer geschlossenen Position dargestellt wird;
2a eine schematische Draufsicht eines Türsystems für ein Kraftfahrzeug, wobei ein Motor an einer Tür montiert ist, die sich an einer festen Achse dreht, und der Kabelanker an einer Säule befestigt und an dieser festen Achse zentriert ist. Die Tür wird in der geschlossenen Position dargestellt.
2b ist ein seitlicher Aufriss des Motors, des Kabelankers und des Kabelverbinders, die in 2a dargestellt werden.
3 ist eine Ansicht ähnlich 2, mit der Fahrzeugtür jetzt um einen Bogen von etwa 40° geöffnet.
3a ist eine schematische Draufsicht des Türsystems, das die Tür um einen Bogen von etwa 40° geöffnet darstellt.
4 ist eine alternative Ausführungsform eines Türsystems, eine Feder im Kabelverbinder umfassend, die hilft, Spiel aus dem System zu beseitigen.
Nun wird ausführlich auf die vorliegenden bevorzugten Ausführungsformen des bidirektionalen Elementeantriebssystems, von dem Beispiele in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind, Bezug genommen.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Jetzt wird auf 1a Bezug genommen, die allgemein eine erste Ausführungsform eines bidirektionalen Elementeantriebssystems 10 darstellt. Dieses System 10 umfasst einen Motor 12, der eine Antriebswelle 14, einen Kabelanker 16 und einen Kabelverbinder 18 umfasst. Der Kabelverbinder 18 wird auf der Antriebswelle 14 getragen und hat zwei mit dem Kabelanker 16 verbundene Enden 20, 22.
In einer möglichen Ausführungsform umfasst der Kabelverbinder 18 ein Kabel mit geringer Elastizität, das mehrere Wicklungen, die um einen genuteten oder gewindeten Abschnitt der Antriebswelle 14 gewickelt sind, aufweist. An einem Punkt 24 ist der Kabelverbinder 18 permanent an der Antriebswelle 14 verankert oder verpflockt, um jede Möglichkeit eines Rutschens des Kabels auf der Antriebswelle zu beseitigen. In einer Ausführungsform umfasst der Kabelverbinder 18 ein einzelnes Kabel, ein an einem ersten Punkt am Kabelanker 16 verstiftetes erstes Ende 20, ein an einem zweiten Punkt am Kabelanker verstiftetes zweites Ende 22 und einen am Punkt 24 an der Antriebswelle 14 verstifteten mittleren Punkt aufweisend. In einer anderen möglichen Ausführungsform umfasst der Kabelverbinder 18 zwei separate Kabel: ein sich vom Stiftpunkt 24 zum Ende 20 erstreckendes und das andere, das sich vom Steckpunkt 24 zum Ende 22 erstreckt. Wo zwei Kabel für den Kabelverbinder 18 vorgesehen sind, werden beide Kabel mehrmals zwischen dem Steckpunkt 24 und den einzelnen Enden 20, 22 um die Antriebswelle 14 gewickelt.
In der in 1a dargestellten Ausführungsform ist der Motor 12 verbunden mit und wird getragen auf dem angetriebenen Element 26, während der Kabelanker 16 verbunden ist mit oder getragen wird auf der stationären Stütze 28. In einer möglichen Ausführungsform ist der Kabelanker 16 ein bogenähnliches Element. In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist der Kabelanker 16 eine feste Riemenscheibe. Der Kabelanker/die feste Riemenscheibe 16 ist an einer Drehachse 30 zentriert. Das angetriebene Element 26 dreht sich um die Achse 30 entlang eines Bogens, dargestellt durch Aktionspfeil A zwischen der dargestellten ersten oder geschlossenen Position und einer zweiten oder geöffneten Position.
Jetzt wird auf 1b Bezug genommen, die eine zweite Ausführungsform des bidirektionalen Elementeantriebssystems 10 darstellt. In dieser Ausführungsform wird der Motor 12 auf der festen Stütze 28 getragen und der Kabelanker 16 wird auf dem angetriebenen Element 26 getragen. Der Kabelverbinder 18 wird zwischen der Antriebswelle 14 des Motors 12 und dem Kabelanker 16 in der gleichen Weise verbunden, wie oben mit Bezug auf die in 1a dargestellte Ausführungsform mit ähnlichen Referenznummern, die die Befestigungspunkte anzeigen.
Es versteht sich, dass in der Ausführungsform von 1b der am angetriebenen Element 26 befestigte Kabelanker 16 an der Drehachse 30 zentriert ist, sodass sich das angetriebene Element 26 entlang eines Bogens B im Uhrzeigersinn bewegt, wenn der Motor 12 in einem Uhrzeigersinn angetrieben wird. Wenn demgegenüber der Motor 12 in einer Richtung gegen den Uhrzeigersinn angetrieben wird, bewegt sich das angetriebene Element 26 entlang des Bogens B gegen den Uhrzeigersinn um die Achse 30.
Jetzt wird auf 1c Bezug genommen, die noch eine weitere Ausführungsform des bidirektionalen Elementeantriebssystems 10 darstellt. In dieser Ausführungsform wird der Motor 12 auf dem angetriebenen Element 26 getragen, das entlang einer Schiene 32 verlagert wird. Der Kabelverbinder 18 erstreckt sich von der Antriebswelle 14 des Motors 12 zu einem geteilten Kabelanker 16, der an jedem Ende der Schiene 32 auf einer stationären Stütze 28 getragen wird. Wie dargestellt, werden die Enden 20, 22 des Kabelverbinders 18 an einander gegenüberliegenden Abschnitten des Kabelankers 16 an einander gegenüberliegenden Enden der Schiene 32 gesichert, während ein mittlerer Punkt des Kabelverbinders an der Antriebswelle 14 des Stifts 24 befestigt wird. Wenn der Motor 12 in einer ersten Richtung angetrieben wird, bewegt sich das angetriebene Element 26 entlang der Schiene 32 in die Richtung von Aktionspfeil C. Wenn demgegenüber der Motor 12 in der entgegengesetzten Richtung angetrieben wird, bewegt sich das angetriebene Element 26 entlang der Schiene 32 in der Richtung von Aktionspfeil D.
2, 2a, 2b, 3 und 3a stellen ein Türaktuatorsystem 100 für ein Kraftfahrzeug dar. Insbesondere stellt 2 ein Fahrzeug V dar, das eine Tür D in einer geschlossenen Position umfasst. Wie in 2a und 2b dargestellt, umfasst das Türaktuatorsystem 100 einen an der Tür D montierten und innerhalb des Innenraums 103 dieser Tür gehaltenen Motor 102. Ein Kabelverbinder 104 verbindet die Antriebswelle 106 des Motors 102 mit dem Kabelanker 108. In der dargestellten Ausführungsform ist der Kabelanker 108 ein bogenartiges Element in der Form einer Riemenscheibe, die an der Säule P des Fahrzeugs V befestigt ist. Der Kabelanker/die feste Riemenscheibe 108 ist an dem Scharnierpunkt/der Drehachse 110 der Tür D zentriert. Der Kabelverbinder 104 hat ein am Kabelanker/an der Riemenscheibe 108 an Punkt 112 befestigtes erstes Ende und ein am Kabelanker/an der Riemenscheibe an Punkt 114 befestigtes zweites Ende. Der Kabelverbinder 104 ist mehrere Male um die Antriebswelle 106 gewickelt und an einem Zwischenpunkt 116 mit der Antriebswelle verstiftet.
Die Tür D wird durch Aktivieren des Motors 102 geöffnet. Insbesondere kann Motor 102 über einen Bogen von etwa 40° im Uhrzeigersinn angetrieben werden, um die Tür D etwa 40° aufzuschwingen, wie in 3 und 3a dargestellt. Verschiedene Typen von kleinen Elektromotoren 102 können für diesen Zweck verwendet werden, einschließlich, beispielsweise, ein Schrittmotor, ein intelligenter Motor, ein Wechselstrommotor, ein Gleichstrommotor, ein Permanentmagnetmotor, ein Bürstenmotor, ein bürstenloser Motor, ein geschalteter Reluktanzmotor, ein Nebenschlussmotor, ein Reihenschlussmotor, ein Doppelschlussmotor, ein Induktionsmotor, ein Universalmotor, ein Servomotor, ein Piezomotor und ein Hydraulikmotor.
Jetzt wird auf 4 Bezug genommen, die noch eine weitere alternative Ausführungsform des Antriebssystems 100 darstellt. In diesem Antriebssystem 100 enthält der Kabelverbinder 104 eine Feder mit hoher Federkraft 120, die dazu dient, jedes Spiel im System zu beseitigen, einschließlich jeglicher Dehnungen, die schließlich mit der Zeit im Kabelverbinder 104 auftreten. Andernfalls entspricht die Struktur der Ausführungsform in 4 der Ausführungsform in 2a, und identische Referenznummern werden verwendet, um identische Komponenten zu identifizieren. Während in der in 4 dargestellten Ausführungsform eine Feder 120 vorgesehen ist, versteht es sich, dass sie auch mehrere Federn umfassen kann.
Zusammengefasst ergeben sich zahlreiche Vorteile aus der Umsetzung eines Antriebssystems 10, 100, wie in diesem Dokument dargestellt. Das Antriebssystem 10, 100 ist relativ kostengünstig zu produzieren, einfach zu verpacken und erfordert sehr wenig Platz. Das Antriebssystem 10, 100 hat intrinsisch niedrige Hysterese bzw. Spiel (geringes Flankenspiel). Darüber hinaus ist das angetriebene Element 26 oder die Tür D stets beschränkt. Da das Verhältnis Antriebswelle/Riemenscheibe beliebig ist, ist kein Getriebe erforderlich, wodurch Kosten und Gewicht verringert werden. Vorteilhafterweise kann das Antriebssystem 10, 100 so ausgestaltet werden, dass die Antriebswelle 14, 106 viel kleiner im Durchmesser ist, als mit einem beliebigen positiven (Kettenrad oder schlupffrei) Antriebsriemen möglich wäre, viel höhere Riemenscheibenverhältnisse als bei anderen Systemen ermöglichend. Daher kann ein Elektromotor mit niedriger Leistung verwendet werden, um selbst relativ schwere angetriebene Elemente 26 oder Türen D zwischen zwei Positionen zu verschieben.
Das Vorstehende dient Veranschaulichungs- und Beschreibungszwecken. Es soll nicht erschöpfend sein oder die Ausführungsformen auf die präzise offenbarte Form einschränken. Im Licht der obigen Lehren sind offenkundige Modifikationen und Variationen möglich. Während eine Tür in 2, 2a, 2b, 3, 3a und 4 als das angetriebene Element dargestellt ist, versteht es sich, dass das bidirektionale Elementeantriebssystem 10 auch zum Antreiben anderer Strukturen verwendet werden kann, wie Tore, Arme, Schlösser, Hebel, Fahrzeugsitze und selbst Leitflächen eines Flugzeugs. Es kann verwendet werden, um ein angetriebenes Element 26 um eine Achse zu drehen oder ein angetriebenes Element entlang einer Schiene oder eines anderen Pfades zu verlagern. All diese Modifikationen und Variationen liegen im Schutzbereich der beigefügten Ansprüche, wenn sie entsprechend der Breite, zu der sie den Regeln entsprechend, juristisch und gerechterweise berechtigt sind, interpretiert werden.

Claims

Bidirektionales Elementeantriebssystem, das Folgendes umfasst: einen Motor, eine Antriebswelle umfassend; einen Kabelanker; eine Kabelverbindung, die auf der Antriebswelle getragen wird und zwei mit dem Kabelanker verbundene Enden aufweist; eine Stütze; und ein angetriebenes Element; wodurch das angetriebene Element durch den Motor zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position relativ zur Stütze verschoben wird.
System nach Anspruch 1, wobei der Motor an der Stütze befestigt ist und der Kabelanker an dem angetriebenem Element befestigt ist.
System nach Anspruch 1, wobei der Motor an dem angetriebenem Element befestigt ist und der Kabelanker an der Stütze befestigt ist.
System nach Anspruch 1, wobei der Kabelverbinder ebenfalls an der Antriebswelle befestigt ist.
System nach Anspruch 1, wobei der Kabelverbinder ein einzelnes Kabel ist.
System nach Anspruch 1, wobei der Kabelverbinder aus zwei Kabel besteht.
System nach Anspruch 1, wobei sich das angetriebene Element zwischen der ersten Position und der zweiten Position um eine Drehachse dreht.
System nach Anspruch 7, wobei der Kabelanker eine feste Riemenscheibe ist.
System nach Anspruch 8, wobei die feste Riemenscheibe an der Drehachse zentriert ist.
System nach Anspruch 1, wobei der Kabelanker bogenartig ist.
System nach Anspruch 7, wobei das angetriebene Element aus einer Gruppe von Strukturen ausgewählt wird, die aus einem Tor, einer Tür, einem Arm, einem Schloss und einem Hebel besteht.
System nach Anspruch 1, wobei das angetriebene Element zwischen der ersten Position und der zweiten Position gleitet.
System nach Anspruch 12, wobei das angetriebene Element aus einer Gruppe von Strukturen ausgewählt wird, die aus einem Tor, einer Tür, einem Schloss, einem Sitz und einer Leitfläche eines Flugzeugs besteht.
System nach Anspruch 1, wobei der Kabelverbinder mindestens eine Feder zum Beseitigen von Spiel umfasst.
Türsystem für ein Kraftfahrzeug, das Folgendes umfasst: einen Motor, eine Antriebswelle umfassend; einen Kabelanker; einen Kabelverbinder, auf der Antriebswelle getragen wird und zwei mit dem Kabelanker verbundene Enden aufweist; einen Ankerpunkt an einer Karosserie des Kraftfahrzeugs; und eine Tür, aufgenommen in einer Türöffnung an der Karosserie des Kraftfahrzeugs; wodurch die Tür durch den Motor zwischen einer geöffneten Position und einer geschlossenen Position verschoben wird.
Türsystem nach Anspruch 15, wobei der Motor am Ankerpunkt befestigt ist und der Kabelanker an der Tür befestigt ist.
Türsystem nach Anspruch 16, wobei der Motor an der Tür befestigt ist und der Kabelanker am Ankerpunkt befestigt ist.
Türsystem nach Anspruch 17, wobei sich die Tür um eine Drehachse zwischen der geöffneten Position und der geschlossenen Position dreht, und der Kabelanker an der Drehachse zentriert ist.
Türsystem nach Anspruch 18, wobei der Kabelanker eine feste Riemenscheibe ist, und der Ankerpunkt eine Türsäule des Fahrzeugs ist.