DE29514786U1 - Actuator - Google Patents
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Description
95 6 3 6 7 I 95 6 3 6 7 I
Beschreibung
StellantriebDescription
Actuator
Die Erfindung bezieht sich auf einen Stellantrieb gemäß Anspruch 1; derartige Stellantriebe werden insbesondere für Fensterheberantriebe bzw. Schiebedachantriebe in Kraftfahrzeugen eingesetzt und enthalten üblicherweise einen Elektromotor, insbesondere einen Kommutatormotor, dessen verlängerte Rotorwelle als Schneckenwelle in ein an das Motorgehäuse anschließendes Getriebegehäuse ragt und dort ein Schneckenrad antreibt, das über einen Mitnehmer mit einem Hebermechanismus der Fensterscheibe bzw. des Schiebedaches in Antriebsverbindung steht; ein derartiger Stellantrieb ist z.B. durch die DE-U 89 03 714 bekannt.The invention relates to an actuator according to claim 1; such actuators are used in particular for window lifter drives or sunroof drives in motor vehicles and usually contain an electric motor, in particular a commutator motor, whose extended rotor shaft protrudes as a worm shaft into a gear housing connected to the motor housing and there drives a worm wheel which is in drive connection via a driver with a lifting mechanism of the window pane or sunroof; such an actuator is known, for example, from DE-U 89 03 714.
Für einen wirksamen Einklemmschutz zwischen dem durch Fremdkraftbetätigung schließenden Fenster bzw. Schiebedach und einem zur Gegenanlage kommenden Hindernis sind in zunehmenden 0 Maße strengere Vorschriften, insbesondere gemäß der amerikanischen gesetzlichen Vorschrift FMVSS118, zu erfüllen; entsprechend diesen Vorschriften muß u.a. der Schließvorgang abgebrochen bzw. das Fenster, die Trennwand oder das Dachteilsystem in umgekehrter Bewegungsrichtung angetrieben werden, wenn es/sie eine Kraft von 100 Newton oder mehr ausübt auf eine halbstarre, zylindrische Stange mit einem Durchmesser von 4mm bis 200mm, die ein bestimmtes Kraftdurchbiegungsmaß aufweist und die als Hindernis durch die Fenster-, Trennwand- oder Dachteilsystemöffnung an irgendeiner Stelle durchgeschoben wird. Die Federrate bzw. das Kraftfdurchbiegungsmaß der Prüfungsstange beträgt gemäß der vorgenannten amerikanischen gesetzlichen Vorschrift mindestens 65 Newton/mm für eine Stange mit einem Durchmesser von 25mm und weniger und mindestens 20 Newton/mm für eine Stange mit einem Durchmesser von mehr als 25mm.In order to provide effective protection against pinching between the power-operated window or sunroof and an obstacle coming into contact with it, increasingly strict regulations must be met, in particular in accordance with the American statutory regulation FMVSS118; according to these regulations, among other things, the closing process must be aborted or the window, partition or roof subsystem must be driven in the opposite direction of movement if it exerts a force of 100 Newtons or more on a semi-rigid, cylindrical rod with a diameter of 4 mm to 200 mm, which has a certain force deflection dimension and which is pushed through the window, partition or roof subsystem opening at any point as an obstacle. The spring rate or force deflection of the test rod is, in accordance with the aforementioned American legal requirement, at least 65 Newton/mm for a rod with a diameter of 25mm and less and at least 20 Newton/mm for a rod with a diameter of more than 25mm.
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Gemäß Aufgabe vorliegender Erfindung soll ein Stellantrieb geschaffen werden, der auf einfache Weise einerseits eine möglichst zügige Schließbewegung eines fremdkraftbetätigten Fensters oder dergleichen erlaubt und andererseits eine den behördlichen bzw. den gesetzlichen Vorschriften entsprechende Schließkraftbegrenzung gewährleistet. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt durch einen Stellantrieb gemäß Patentanspruch 1; vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche.According to the object of the present invention, an actuator is to be created which, on the one hand, allows a power-operated window or the like to close as quickly as possible in a simple manner and, on the other hand, ensures a closing force limitation that complies with official or legal regulations. This object is achieved by an actuator according to patent claim 1; advantageous embodiments of the invention are the subject of the subclaims.
Bei dem erfindungsgemäßen Stellantrieb ist es möglich, einerseits in den oder bis kurz vor Erreichen bzw. nach Verlassen der keinen Sicherheitsvorschriften unterworfenen Hubweg-Bereichen die Fensterscheibe bzw. die Trennwand bzw. das Dachteil mit optimaler maximaler Geschwindigkeit mittels der Fremdkraftbetätigung zu bewegen und andererseits in den einer Schließkraftbegrenzung unterworfenen Hubweg-Bereichen durch entsprechende Anpassung der Geschwindigkeit des Stellantriebes über die Steuereinrichtung zu erreichen, daß die An-0 triebskraft des Stellantriebes selbst und die gesamte im bewegten System enthaltene Überschußenergie beim Anfahren des Hindernisses und z.B. anschließenden Umschalten in die Gegenbewegungsrichtung die in diesem Fall maximal zulässige Druckbelastung im Sinne einer vorgeschriebenen Schließkraftbegrenzung nicht übersteigt.With the actuator according to the invention, it is possible, on the one hand, to move the window pane or the partition wall or the roof part at the optimum maximum speed by means of external power actuation in or until shortly before reaching or after leaving the stroke ranges that are not subject to safety regulations, and on the other hand, in the stroke ranges that are subject to a closing force limitation, to achieve, by appropriately adjusting the speed of the actuator via the control device, that the drive force of the actuator itself and the entire excess energy contained in the moving system when approaching the obstacle and, for example, subsequently switching to the opposite direction of movement, does not exceed the maximum permissible pressure load in this case in the sense of a prescribed closing force limitation.
Zur einfachen und schnellen Drehzahlanpassung wird vorzugsweise eine pulsweitenmodulierte Speisespannung im Sinne der jeweils notwendigen Drehzahl des Elektromotors und damit der Verstellgeschwindigkeit des Stellantriebes dem Antriebsmotor des Stellantriebes zugeführt. Im Sinne einer möglichst schnellen und genauen Positionserfassung, d.h. des Hubweges der Fensterscheibe, ist ein mittelbar bzw. unmittelbar mit der Rotorwelle des Elektromotors des Stellantriebes in Ein-Stellabhängigkeit stehender Drehzahl- bzw. PositionssensorFor simple and quick speed adjustment, a pulse-width modulated supply voltage is preferably supplied to the drive motor of the actuator in the sense of the required speed of the electric motor and thus the adjustment speed of the actuator. In the sense of the fastest and most accurate position detection possible, i.e. the stroke of the window pane, a speed or position sensor is connected directly or indirectly to the rotor shaft of the electric motor of the actuator in a setting-dependent manner.
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mit einem eine hohe Auflösung gewährleistenden rotorseitigen weichmagnetischen Zahnrad und statorseitigem Dauermagneten zum Aufbau eines durch das Zahnrad beeinflußbaren Magnetfeldes sowie ein Hallwandler, insbesondere Differenz-Hallwandler, als die drehzahl- und gegebenenfalls drehrichtungsproportionalen Schwankungen des Magnetfeldes erfassender Sensor vorgesehen.with a soft magnetic gear on the rotor side that ensures high resolution and a permanent magnet on the stator side to create a magnetic field that can be influenced by the gear wheel, and a Hall converter, in particular a differential Hall converter, as a sensor that records the fluctuations in the magnetic field that are proportional to the speed and, if applicable, the direction of rotation.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gemäß Merkmalen der Unteransprüche werden im folgenden anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention and further advantageous embodiments of the invention according to features of the subclaims are explained in more detail below using an embodiment shown schematically in the drawing.
Die Figur zeigt einen Tür- bzw. Fensterrahmen R mit einer bis zur etwa hälftigen Schließ- bzw. Öffnungsstellung fremdbetätigten Fensterscheibe S. Zur fremdkraftbetätigten Hub- bzw. Senkbewegung der Fensterscheibe S ist ein Stellantrieb mit einer Elektromotor-Getriebe-Antriebseinheit mit einem Kommutatormotor M sowie einem nachgeschalteten Schneckengetriebe G vorgesehen. Der Kommutatormotor M steht, insbesondere hinsichtlich seiner Drehzahlstellung in Einstellabhängigkeit von einer Steuervorrichtung ST, die zur Veränderung der Drehzahl des Kommutatormotors M eine Pulsweitenmodulierung für die Speisespannung des Elektromotors M aufweist. Die jeweilige Hubweg-Position und gegebenenfalls Hubweg-Richtung der Fensterscheibe S werden aus der Rotorposition des Kommutatormotors M aufgrund einer erstmaligen festgehaltenen Initialisierungsposition in der Öffnungs-Endstellung bzw. Schließ-Endstellung und einer anschließenden inkrementalen Rotationserfassung der Rotorwelle über den Drehzahl- bzw. Positionssensor SE in der Steuervorrichtung ST erfaßt.The figure shows a door or window frame R with a window pane S that is externally operated up to approximately half the closed or opened position. An actuator with an electric motor-gear drive unit with a commutator motor M and a downstream worm gear G is provided for the externally operated lifting or lowering movement of the window pane S. The commutator motor M is, in particular with regard to its speed setting, dependent on the setting of a control device ST, which has a pulse width modulation for the supply voltage of the electric motor M in order to change the speed of the commutator motor M. The respective stroke position and, if applicable, stroke direction of the window pane S are recorded from the rotor position of the commutator motor M on the basis of an initialization position that is initially held in the opening end position or closing end position and a subsequent incremental rotation detection of the rotor shaft via the speed or position sensor SE in the control device ST.
Um eine hohe Auflösung bei der Positionserfassung und damit eine schnelle Geschwindigkeitsanpassung des Stellantriebes in Abhängigkeit vom jeweiligen Hubweg H der Fensterscheibe S in ihrem Hubbereich zwischen einer unteren Öffnungs-EndsteilungIn order to achieve a high resolution in position detection and thus a fast speed adjustment of the actuator depending on the respective stroke H of the window pane S in its stroke range between a lower opening end position
S5 8 3 B 7 5S5 8 3 B 7 5
und einer oberen Schließ-Endstellung gewährleisten zu können, ist als Drehzahl- bzw. Positionsgeber für das Sensorelement SE statorseitig ein hochpoliges weichmagnetische Zahnrad Z vorgesehen, durch das bei Drehung das Magnetfeld eines statorseitigen Dauermagneten N;S pulsweise verändert wird; als Drehzahl- bzw. Positionsempfänger für eine derartige Pulsung dient zumindest ein Hallsensor HS, insbesondere ein Differenz-Hallsensor. Der Dauermagnet M;S ist vorzugsweise mit dem Hallsensor HS fest verbunden.and an upper closing end position, a multi-pole soft magnetic gear Z is provided as a speed or position sensor for the sensor element SE on the stator side, by means of which the magnetic field of a stator-side permanent magnet N;S is changed in pulses when it rotates; at least one Hall sensor HS, in particular a differential Hall sensor, serves as a speed or position receiver for such pulsing. The permanent magnet M;S is preferably firmly connected to the Hall sensor HS.
Den eingangs genannten Sicherheitsvorschriften der amerikanischen Gesetzgebung FMVSS118 entsprechend umfaßt der gesamte Hubweg H zwischen der unteren Öffnungs-Endstellung und der oberen Schließ-Endstellung der Fensterscheibe S Hubweg-Zwischenbereiche H2 bzw.H3, in denen eine unterschiedliche Schließkraftbegrenzung vorgegeben ist. Im ersten Hubweg-Zwischenbereich H2, z.B. im Sinne der US-Sicherheitsvorschrift 200mm bis 25mm vor der Schließ-Endstellung, ist die Schließkraft z.B. auf unter 100 Newton bei einer Federrate von z.B.In accordance with the safety regulations of the American legislation FMVSS118 mentioned above, the entire stroke H between the lower opening end position and the upper closing end position of the window pane S includes intermediate stroke ranges H2 and H3, in which a different closing force limit is specified. In the first intermediate stroke range H2, e.g. in the sense of the US safety regulation 200mm to 25mm before the closing end position, the closing force is e.g. limited to less than 100 Newtons with a spring rate of e.g.
2 0 Newton/mm eines eingeklemmten Gegenstandes zu begrenzen. Im zweiten Hubweg-Zwischenbereich H3, im Bereich von z.B. 25mm bis 4mm vor Erreichen der Schließ-Endstellung, ist gemäß der gleichen Vorschrift die Schließkraft auf z.B. 100 Newton bei einer Federrate von z.B. 65 Newton/mm des eingeklemmten Gegenstandes zu begrenzen.2 0 Newton/mm of a trapped object. In the second intermediate stroke range H3, in the range of e.g. 25mm to 4mm before reaching the closing end position, the closing force is to be limited to e.g. 100 Newton with a spring rate of e.g. 65 Newton/mm of the trapped object, according to the same regulation.
Eine besonders aufwandsarme Erfüllung dieser Sicherheitsvorschriften hinsichtlich einer vorgeschriebenen Schließkraftbegrenzung kann dadurch erreicht werden, daß für den gesamten Hubweg-Zwischenbereich H2 bzw.H3 eine Verstellgeschwindigkeit im Sinne einer Schließkraft vorgesehen ist, die kleiner als die maximal zulässige Schließkraft ist; die Abschaltung bzw. Reversierung des Stellantriebes kann anschließend aufgrund einer Stillstandserkennung des Stellantriebes durch die Steuervorrichtung ST erfolgen. Eine individuellere Anpassung bei gleichzeitig insgesamt schnellerem Schließvorgang istA particularly low-effort fulfillment of these safety regulations with regard to a prescribed closing force limitation can be achieved by providing an adjustment speed in the sense of a closing force for the entire stroke range H2 or H3 that is smaller than the maximum permissible closing force; the actuator can then be switched off or reversed based on a standstill detection of the actuator by the control device ST. A more individual adjustment with a simultaneously faster closing process is
95 G 3 6 7 &dgr;95 G 3 6 7 &dgr;
dadurch möglich, daß die Verstellgeschwindigkeit des Stellantriebes in jedem Hubweg-Zwischenbereich H2 bzw.H3 individuell im Sinne der jeweils vorgeschbriebenen maximalen Schließkraftbegrenzung reduziert ist. 5This is possible because the adjustment speed of the actuator is individually reduced in each stroke range H2 or H3 in accordance with the maximum closing force limitation specified in each case. 5
In Anpassung an die vorgenannte US-Norm ist nach einer Ausgestaltung der Erfindung die Verstell-Geschwindigkeit des Stellantriebes in dem gesamten Hubweg-Zwischenbereich H2;H3 im Sinne einer Schließkraftbegrenzung mit maxmial 100 Newton bei Anlauf des Fensters gegen ein feststehendes Hindernis mit einer Federrate von ca. 65 Newton/mm, d.h. entsprechend der vorgeschriebenen Schließkraft-Begrenzung für den schließendsteilungsnahen zweiten Hubweg-Zwischenbereich H3 definiert. Eine noch weiter individuell anpaßbare und insbesondere hinsichtlich einer optimalen Schließgeschwindigkeit verbesserter Stellantrieb ist in Anpassung an die vorgenannte US-Norm gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel dadurch möglich, daß die Verstellgeschwindigkeit des Stellantriebes in dem ersten Hubweg-Zwischenbereich H2 im Sinne einer Schließkraftbegrenzung von 100 Newton bei Anlauf des Fensters gegen ein feststehendes Hindernis mit einer Federrate von ca. 25 Newton/mm und in dem zweiten Hubweg-Zwischenbereich H3 im Sinne einer Schließkraftbegrenzung von 100 Newton bei Anlauf des Fensters gegen ein feststehendes Hindernis mit einer Federrate von ca.In accordance with the aforementioned US standard, according to one embodiment of the invention, the adjustment speed of the actuator in the entire stroke range H2;H3 is defined in the sense of a closing force limitation with a maximum of 100 Newtons when the window hits a fixed obstacle with a spring rate of approx. 65 Newtons/mm, i.e. in accordance with the prescribed closing force limitation for the second stroke range H3 close to the closing position. An actuator that can be further individually adapted and, in particular, improved with regard to an optimal closing speed is possible in accordance with the aforementioned US standard according to the exemplary embodiment shown in that the adjustment speed of the actuator in the first intermediate stroke range H2 in the sense of a closing force limitation of 100 Newtons when the window hits a fixed obstacle with a spring rate of approx. 25 Newtons/mm and in the second intermediate stroke range H3 in the sense of a closing force limitation of 100 Newtons when the window hits a fixed obstacle with a spring rate of approx.
65 Newton/mm reduziert ist.65 Newton/mm is reduced.
In den übrigen Hubweg-Bereichen Hl;H4 außerhalb der vorgenannten, einer Schließkraftbegrenzung unterworfenen Hubweg-Zwischenbereichen - d..h. insbesondere im Hubbereich Hl unmit-0 telbar nach der ersten Öffnungs-Endstellung als auch im Hubbereich H4 unmittelbar vor der zweiten Schließ-Endstellung steht der Stellantrieb zweckmäßigerweise in Abhängigkeit von der Steuervorrichtung im Sinne einer maximalen Verstellgeschwindigkeit .In the remaining stroke ranges Hl;H4 outside the aforementioned intermediate stroke ranges subject to a closing force limitation - i.e. in particular in the stroke range Hl immediately after the first opening end position and in the stroke range H4 immediately before the second closing end position, the actuator is expediently dependent on the control device in terms of a maximum adjustment speed.
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Während somit in den beiden äußeren endstellungsnahen Hubbereichen Hl bzw.H4 die pulsweitenmodulierte Steuervorrichtung für die Motorspannung des Kommutatormotors M vorzugsweise im Sinne einer Modulation von 100% dauernd durchgesteuert ist, wird in den einer Schließkraftbegrenzung unterworfenen Hubweg-Zwischenbereich H2 bzw.H3 durch entsprechende Taktung der pulsweitenmodulierten Motorspannung eine Reduzierung der Drehzahl der Rotorwelle des Kommutatormotors M und damit der Verstellgeschwindigkeit des Stellantriebes vorgesehen. Zweckmäßigerweise erfolgt dabei auch eine Regelung der Motordrehzahl derart, daß Schwankungen in der Versorgungsspannung bzw. unterschiedliche Reibungs- bzw. Temperaturverhältnisse im Sinne einer weitgehend konstanten optimalen Geschwindigkeit für die Bewegung der Fensterscheibe erfolgen kann.While in the two outer stroke ranges H1 and H4 close to the end position the pulse width modulated control device for the motor voltage of the commutator motor M is preferably continuously controlled in the sense of a modulation of 100%, in the stroke ranges H2 and H3 subject to a closing force limitation, a reduction in the speed of the rotor shaft of the commutator motor M and thus the adjustment speed of the actuator is provided by appropriate timing of the pulse width modulated motor voltage. It is expedient to also regulate the motor speed in such a way that fluctuations in the supply voltage or different friction or temperature conditions can be compensated for in the sense of a largely constant optimal speed for the movement of the window pane.
Claims (10)
jedem Hubweg-Zwischenbereich {H2 bzw.H3) individuell im Sinne der jeweils vorgeschriebenen maximalen Schließkraftbegrenzung
reduziert.h) The adjustment speed of the actuator is in
each stroke range (H2 or H3) individually in accordance with the prescribed maximum closing force limitation
reduced.
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