DE4135873C2

DE4135873C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Erfassung der Position und Drehrichtung und/oder zur Erfassung dynamischer Kenngrößen von fremdkraftbetätigten Verstellungen eines Verstellobjektes

Info

Publication number: DE4135873C2
Application number: DE4135873A
Authority: DE
Inventors: Michael Kessler; Klaus Wagner; Herbert Becker
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 1991-10-26
Filing date: 1991-10-26
Publication date: 2003-01-30
Anticipated expiration: 2011-10-27
Also published as: DE4135873A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung der Position und Drehrichtung und/oder der Erfassung dynami scher Kenngrößen von fremdkraftbetätigten Verstellungen eines Verstellobjektes nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Die Erfassung dynamischer Kenngrößen betrifft beispielswei se die Erfassung von Geschwindigkeits- oder Beschleunigungs werten.

Die bekannten Verfahren der obengenannten Gattung zeichnen sich durch den Einsatz von Sensor- und/oder Geberelementen und einen damit verbundenen hohen Herstellungsaufwand aus.

Aus der DE 30 34 118 C2 ist ein Verfahren zur elektroni schen Überwachung des Öffnungs- und Schließvorganges von elektronisch betriebenen Aggregaten, insbesondere von Fensterhebern und Schiebedächern in Kraftfahrzeugen, be kannt. Bei diesem Verfahren wird die Geschwindigkeit eines an ein gleichspannungsgespeistes Bordnetz angeschlossenes elektrisches Stellorgan des Aggregates gemessen und aus dem erhaltenen Meßwert ein Grenzwert gebildet, der anschließend mit allen nachfolgenden Meßwerten verglichen wird. Die Geschwindigkeitsmessung erfolgt dabei mittels einer Loch scheibe und lichtelektrischen Elementen oder ähnlicher Sensorteile, die mit dem Aggregat verbunden sind.

Zur Durchführung des bekannten Verfahrens sind zur Erfas sung der Position und der Bewegungsrichtung der bewegten Teile des Aggregates mindestens zwei Sensoren erforderlich.

Die EP 0 306 795 A1 beschreibt eine Antriebsanordnung zur Betätigung von Fenstern, Schiebedächern und dergleichen mit einem Kommutatormotor, der im Stillstand-Kurzschlußfall schnell über einen Betätigungsschalter abgeschaltet werden kann. Der Betätigungsschalter ist dabei in Schaltabhängig keit von der bei laufendem Kommutatormotor induzierten Wech selspannung gestellt, die durch einen Kondensator von der Grundgleichspannung getrennt wird. Diese bekannte Vorrich tung nutzt die systembedingten Eigenschaften des Kommutator motors zum Schalten eines Betätigungsschalters.

In der DE 33 05 770 A1 ist eine Schaltungsanordnung zum Ein- und Ausschalten eines elektromotorischen Antriebes be schrieben. Dabei ist ein Antriebsmotor vorgesehen, der über einen nachgeschalteten Antennenantrieb eine Teleskopantenne betätigt. Ein Mikroprozessor erfasst die Welligkeit des Mo torstroms und gibt bei Überschreiten bzw. Unterschreiten eines vorgegebenen oberen bzw. unteren Grenzwertes der Wel ligkeitsfrequenz ein Signal zum Einschalten eines Relais ab. Das Auflösevermögen ist beschränkt auf die Welligkeit des Motorstroms.

Die US 4744041 betrifft ein Verfahren zum Überprüfen einer elektromagnetischen Antriebseinheit, bei dem bei einem zu testenden Gleichstrommotor aus einer Frequenzanaly se des Motorstroms im Gleichlaufzustand (steady state) die Motorgeschwindigkeit im Gleichlauf bestimmt wird. Über eine Fourier-Transformation wird die stärkste Frequenzkomponente bestimmt, aus der sich die Geschwindigkeit des Motors erkennen lässt.

Die US 3663877 beschreibt eine elektromotorische Antriebseinheit, bei der zum einen die Signale zweier Hall sensoren einer Auswerteinheit zugeführt werden. Die beiden Hallsensoren erfassen jeweils die gleiche Grundperiodizi tät. Zum anderen wird der Auswerteinheit ein Signal zuge führt, das von einem Drehzahlmesser stammt, der die Umdre hungen der Motorachse misst. Nachteilig sind mehrere Senso ren erforderlich.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erfassung der Position und Drehrichtung sowie gegebenenfalls dynamischer Kenngrö ßen von fremdkraftbetätigten Verstellungen eines Verstellob jektes der eingangs genannten Gattung anzugeben, die bei hohem Auflösungsvermögen der zu messenden Größen ohne zusätzliche Sensor- oder Geberelemente und somit einem nur geringen Herstellungsaufwand auskommt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein an der Antriebseinheit und/oder an der Energieübertragungs strecke und/oder dem Verstellobjekt meßbares, eine system charakteristische Grundperiodizität aufweisendes Signal und mindestens ein dieser Grundperiodizität überlagertes Signal ausgewertet werden. Das der Grundperiodizität überlagerte Signal ist ein immanentes systemcharakteristisches Signal oder wird durch gezielte Änderung der Systemcharakteristik gewonnen.

Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht eine Positions- und eine Drehrichtungserkennung sowie die Erfassung dynamischer Kenngrößen von Verstellungen eines fremdkraftbetätigten Verstellobjektes. Durch Auswertung der systemcharakteristi schen Eigenschaften werden zusätzliche Sensor- oder Geber elemente überflüssig.

Es wird der Strom durch die Antriebseinheit gemessen und in einer Signalauswerteeinheit ausgewertet. Das Stromsignal durch die Antriebseinheit setzt sich aus der Überlagerung der systemcharakteristischen Signale der Antriebseinheit, der Energieübertragungsstrecke und des Verstellobjektes zusammen. Auch sekundäre Signale, wie zum Beispiel der Span nungsabfall, können einer entsprechenden Auswertung unterzo gen werden.

Durch Überlagerung einer systemcharakteristischen Grundpe riodizität mit zumindest einem dieser Grundperiodizität überlagerten Signal wird eine hochgenaue Auflösung der Bewegung des Verstellobjektes bzw. der zu messenden Größe ermöglicht. Die Bewegungsmessung des Verstellobjektes wird durch Auswertung des zusammengesetzten Signals sehr fein un terteilt. Dies führt zu einer Erhöhung der Zuverlässigkeit in Bezug auf eine Erfassung der Position, Bewegungsrichtung sowie dynamischer Kenngrößen von Verstellungen des Verstell objektes und damit zu einer Erhöhung der Funktions- und Be triebssicherheit des Verstellobjektes.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung ist das überlagerte Signal ein nichtperiodisches, analoges Signal oder besitzt eine von der Grundperiodizität abweichende Amplitude und/oder Periode. Die Verwendung eines überlagerten Signals mit separaten Eigenschaften dient einer möglichst feinen Unter teilung der Bewegung der Antriebseinheit.

Ein nichtperiodisches, analoges Signal liegt beispielsweise im Falle eines Band-Fensterhebers vor, bei dem die Fenster scheibe über einen Mitnehmer mit einer Band-Wickelvorrich tung verbunden ist, die das Transportband spiralförmig aufwickelt, so daß beim Aufwickeln des Transportbandes der Wickeldurchmesser zunimmt und beim Abwickeln des Transport bandes abnimmt.

Dementsprechend ändern sich die Momenten- und Stromverhält nisse, da bei wachsendem Wickeldurchmesser die aufzubringen de Kraft bzw. das aufzubringende Drehmoment anwächst und bei abnehmendem Wickeldurchmesser abnimmt.

Dies entspricht aber bei einem Aufwickel- oder Abwickelvor gang der Abgabe eines Signals, das ein nichtperiodisches, analoges Verhalten zeigt und damit als Überlagerungssignal verwendet werden kann, das der systemcharakteristischen Grundperiodizität überlagert werden kann.

Bei der Verwendung eines Kommutatormotors als Antriebsein heit wird mit Vorteil als systemcharakteristische Grundpe riodizität dessen Strom-Welligkeit verwendet. Die Motor stromwelligkeit wird durch die Kommutierung zwischen den einzelnen Motorwicklungen verursacht und ermöglicht damit eine Unterteilung einer Umdrehung des Rotors des Elektromo tors in eine der Anzahl der Kommutierungen entsprechende Anzahl Teilumdrehungen, so daß beispielsweise bei sechs Segmenten des Kommutators sechs Strom-Welligkeitsmaxima auftreten.

Es besteht eine feste Relation zwischen den Umdrehungen des Rotors des Kommutatormotors und der Position des Verstellob jektes. Durch Überlagerung der Grundperiodizität des Kom mutators mit mindestens einem weiteren Signal wird eine verfeinerte Unterteilung einer Umdrehung des Rotors des Elektromotors erreicht. Dies führt zu einer Erhöhung der Funktions- und Betriebssicherheit in Bezug auf das Verstell objekt.

Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfah rens unter Verwendung eines Kommutatormotors als Antriebs einheit sind in den Unteransprüchen 2, 3, 4 und 5 gekennzeich net.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist als Antriebseinheit eine pulsierende Hydraulikpumpe gewählt. Durch Aufmodulieren von zusätzlichen Druckschwan kungen an der Hydraulikpumpe oder durch eine zusätzliche Druckkammer, die mit einem periodischen Anregesignal beauf schlagt wird, wird eine Überlagerung der systembedingten Welligkeit mit einem zusätzlichen, künstlich erzeugten Welligkeitssignals (systemfremde Erregung) erreicht.

Weiter kann in Form von Viskositätsänderungen des Öls eine periodische Modulation des Strömungsverhaltens und damit ebenfalls Druckschwankungen erreicht werden.

Neben der Überlagerung der Grundperiodizität mit Signalen, die sich aus der Systemcharakteristik der Antriebseinheit ergeben, wird als überlagertes Signal ein Signal verwendet, das seine Ursache in mechanisch bedingten Welligkeiten der Energieübertragungsstrecke oder des Verstellobjektes hat. Eine solche Ursache kann beispielsweise in Riffelungen der Scheibenkante bei Fensterhebern, in einer Rasterung des Scharniers oder der Zahnfühligkeit von Getriebeteilen liegen.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht aus einer Antriebseinheit, einer Energieübertragungsstrecke, einem Verstellobjekt und einer elektrischen Signalauswer teinheit. Die Signalauswerteeinheit erfaßt ein an der Antriebseinheit und/oder an der Energieübertragungstrecke und/oder dem Verstellobjekt meßbares Signal, welches eine systemcharakteristische Grundperiodizität aufweist sowie mindestens ein dieser Grundperiodizität überlagertes Signal und erstellt eine Korrelation beider Signale, aus der die Position, die Drehrichtung und/oder dynamische Kenngrößen des Verstellobjektes ermittelbar sind.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung für einen Kommutatormotor als Antriebseinheit sind die Kommutatorsegmente asymmetrisch angeordnet. Da durch wird die Strom-Welligkeit des Kommutatormotors in ihrem zeitlichen Verlauf entsprechend gedehnt bzw. gestaucht. Dies ermöglicht insbesondere eine Drehrichtungs erkennung.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemä ßen Vorrichtung bei Verwendung eines Kommutatormotors als Antriebseinheit sind in den Unteransprüchen 9 bis 27 gekennzeichnet.

Die Unteransprüche 28 bis 30 kennzeichnen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei denen als Antriebs einheit eine pulsierende Hydraulikpumpe verwendet wird.

Die verbleibenden Unteransprüche beziehen sich auf vorteil hafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Bezug auf die Energieübertragungsstrecke und das Ver stellobjekt.

Die Erfindung soll nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figur der Zeichnung an zahlreichen Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.

Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild des erfin dungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 2-Fig. 28 Beispiele für elektrische Welligkeitsursachen bei einem Kommutatormotor;

Fig. 29-Fig. 38 Beispiele für magnetische Welligkeitsursachen bei einem Kommutatormotor;

Fig. 39-Fig. 47 Beispiele für mechanische Welligkeitsursachen bei einem Kommutatormotor;

Fig. 48 Beispiele für hydraulische Welligkeiten bei Verwendung einer Hydraulikpumpe als Antriebsein heit;

Fig. 49 Beispiele für hydraulische Welligkeiten bei Verwendung eines Zahnradantriebes;

Fig. 50-Fig. 68 Beispiele für mechanische Welligkeitsursachen bei einem Fensterheber;

Fig. 69-Fig. 72 Beispiele für mechanische Welligkeitsursachen bei einer Seitenscheibe.

Das schematische Blockschaltbild der Fig. 1 zeigt eine An triebseinheit 1, eine Energieübertragungsstrecke 2, ein Ver stellobjekt 3 und eine Signalauswerteeinheit 4. Das der Sig nalauswerteeinheit 4 zugeführte Signal 5 entsteht aus der Überlagerung der systemcharakteristischen Signale der An triebseinheit 1, der Energieübertragungsstrecke 2 und des Verstellobjektes 3. Die Signalauswerteeinheit 4 analysiert das Signal 5 und ermittelt daraus ein den Energiefluß 6 in die Antriebseinheit 1 regelndes Antwortsignal 8. Die von dem Antwortsignal 8 gesteuerte Regelung des Energieflusses 6 erfolgt durch den Regler 7.

Am Beispiel eines Kommutatormotors als Antriebseinheit 1 werden in den Fig. 2 bis 47 verschiedene Ursachen für die Strom-Welligkeit eines Kommutatormotors 9 illustriert.

Fig. 2 zeigt einen Kommutator 9 mit sechs Kommutatorsegmen ten 10, die mit der Rotorwicklung des Elektromotors verbun den sind und auf denen zwei Kohlen 11 und 12 schleifen. Eine Meßeinheit 13 mißt den Strom durch den Kommutatormo tor. Eine Gleichspannungsquelle 14 sorgt für eine konstante am Elektromotor anliegende Spannung. Der Winkel zwischen den einzelnen Kommutatorsegmenten 10 ist konstant.

In Fig. 3 ist die bekannte Grundperiodizität des Motor stroms dargestellt (Grundwelligkeit), wie sie sich in einem Strom-Zeit Diagramm darstellt. Auf der Y-Koordinate ist der Strom I durch die Meßeinheit 13 in Fig. 2 aufgetragen, auf der X-Koordinate die Zeit t.

Durch eine wie in Fig. 4 gezeigte asymmetrische Kommutator unterteilung wird die dazugehörige mit der Meßeinheit 13 gemessene Strom-Welligkeit entsprechend gedehnt bzw. ge staucht (Fig. 5). Durch eine derartige, codiert asymmetri sche Unterteilung der Lamellen des Kommutators ist insbeson dere eine Drehrichtungserkennung möglich.

Durch Anwendung eines zusätzlichen, von den Kohlen 11, 12 teilweise überdeckten Schleifrings 15, dessen Lamellen mindestens zwei Lamellen des eigentlichen Kommutators überdecken und der eine ohmsche Last R_L aufweist, wird eine zusätzliche Welligkeit erzeugt (Fig. 6). Diese ist in Fig. 7 in zeitlicher Abhängigkeit dargestellt. Der Grundpe riodizität des Kommutators wird eine Rechteckspannung über lagert.

Eine weitere Möglichkeit, eine zusätzliche Welligkeit zu erzeugen, besteht in einer periodischen Veränderung der Kohlenanpreßkraft und damit des Übergangswiderstandes. Eine derartige periodische Veränderung kann etwa eine mechani sche Ursache wie beispielsweise einen elliptischen Kommuta tor haben (Fig. 8).

Fig. 9 zeigt das zu der in Fig. 8 dargestellten Anordnung gehörige Strom-Zeit Diagramm.

In Fig. 10 ist den Kommutatorsegmenten 10 eine dritte Kohle 17 zugeordnet. An zwei Meßeinheiten 13 und 16 werden die entsprechenden Ströme I₁ und I₂ gemessen. Fig. 11 zeigt den zeitlichen Verlauf der beiden Ströme. Bei Anwen dung des Superpositionsprinzips wird das Auflösungsvermögen der beiden Welligkeitssignale vergrößert. Es liegt im Rahmen der Erfindung, die charakteristischen Elemente der Fig. 10 und 4 zu kombinieren.

Ein weiteres Beispiel für die Erzeugung einer zusätzlichen Welligkeit durch entsprechende Anordnung der Kohlen ist in Fig. 12 dargestellt. Hier sind die beiden Kohlen 11, 12 asymmetrisch, also in einem Winkel ungleich 180° angeord net. Mit zunehmender Asymmetrie der Kohlenanordnung zeigt das entsprechende Strom-Zeit Diagramm die Überlagerung der in Fig. 3 dargestellten Grundperiodizität mit einer Säge zahnfunktion. Dadurch ist insbesondere eine Drehrichtungser kennung möglich.

Eine gezielt kippbar steuerbare Kohlenbürste 20 mit in Um fangsrichtung inhomogener Leitfähigkeit ändert je nach Motordrehrichtung den elektrischen Übergangswiderstand (Fig. 14). Die Kohlen kippen dabei je nach Drehrichtung. Der Stromverlauf ist in Fig. 15 für die beiden möglichen Drehrichtungen 18 und 19 in Abhängigkeit von der Zeit aufgetragen. Die Inhomogenität der Leitfähigkeit der Kohlen bürste 20 ist kontinuierlich, etwa durch unterschiedliche Graphitanteile, oder mehrteilig. Die inhomogene Leitfähig keit der Kohlenbürste 20 ermöglicht insbesondere eine Drehrichtungserkennung.

Die Fig. 17 bis 24 geben Beispiele für Schaltungen, in denen Parallelkapazitäten C_p als Teile eines LC-Oszillators eine Verstärkung des Welligkeitssignals durch Resonanzanre gung im Resonanzbereich der jeweiligen Schwingkreise ermögli chen. Die Entstördrosseln 21 und 22 sind in Reihe mit dem Elektromotor 23 geschaltet. Entsprechend der Anzahl der parallelgeschalteten Kondensatoren gibt es ein, zwei oder drei Resonanzfrequenzen. Das auszuwertende Signal wird an der Meßstelle 24 gewonnen.

Eine Variation der Motorwicklung 25 um eine oder mehr Win dungen (Fig. 25) moduliert die vorhandene Grundwelligkeit wie in Fig. 26 dargestellt.

Wickeltechnisch bedingte verschiedene Teillängen der Motor wicklung 25 (Fig. 27) nach innen oder außen verursachen im dargestellten Fall eine Überlagerung des Welligkeitssignals mit einer Sägezahnfunktion (Fig. 28).

Eine weitere Möglichkeit zur Erzeugung von Welligkeiten beruht auf der Verwendung magnetischer Welligkeitsursachen:
Fig. 29 zeigt einen asymmetrischen Permanentmagneten mit unterbrochenen Polteilen N1, N2 bzw. S1 und S2. Die Grund welligkeit des Kommutatormotors wird mit dem durch zwei magnetische Rastmomente M_M modulierten Stromverlauf I überlagert. Der Stromverlauf I ist in Fig. 30 gestrichelt, das magnetische Moment M_M durchgehend gezeichnet.

Entsprechend entsteht eine Überlagerung der Grundwelligkeit des Kommutatormotors mit einem durch ein magnetisches Rastmoment moduliertem Stromverlauf durch ein anisotropes Magnetmaterial mit radial stetig veränderter magnetischer Induktion B (Fig. 31 und 32). Der sich ergebende säge zahnförmige Verlauf des Meßsignals ist zur Drehrichtungser kennung bestimmt und geeignet.

Durch Verkippen der Permanentmagnete wird der Verlauf des magnetischen Flusses in zwei Komponenten B₁ und B₂ aufge teilt, die eine zweifache, unterschiedlich starke magneti sche Rasterung bewirken (Fig. 33 und 34).

Weiter wird eine Strommodulation durch ein asymmetrisches Ankerblechprofil erreicht, das in Abhängigkeit der Winkel stellung unterschiedliche magnetische Widerstände aufweist (Fig. 35 und 36).

Eine Vormagnetisierung B bewirkt ein zusätzliches magneti sches Moment und moduliert ebenfalls den Motorstrom ( Fig. 37 und 38).

Die Fig. 39 bis 47 zeigen Beispiele für mechanische Wel ligkeitsursachen und deren Nutzbarmachung für eine Positi ons- und/oder Drehrichtungserkennung:
Durch eine künstlich erzeugte radiale Unwucht der Ankerwel le 26 entsteht ein zusätzliches, dem Abtriebsmoment überla gertes, periodisches Lastmoment M_M (Fig. 39 und 40). Ein überlagertes periodisches Reibmoment wird sowohl durch eine ungleiche Schneckensteigung der Schnecke der Ankerwelle 26 (Fig. 41 und 42), eine ungleiche Schneckenradsteigung als auch durch eine radiale Unwucht oder ein ungleichmäßiges Modul 28 des Abtriebritzels (Fig. 47) erzielt.

Wie die Fig. 43 und 44 zeigen, bewirkt eine wellenförmige Rasterung des Kunststoffpilzes zur Lagerung bzw. Abstützung der Welle eine Längsschwingung des Ankers und damit eine Modulation des Reibübertragungsverhaltens zwischen Schnecke und Schneckenrad und damit des Stromverlaufes.

Auch durch unterschiedliche Reibwerte RW₁ und RW₂ am Umfang des Ankerwellenlagers 29 wird ein zusätzliches, periodi sches Reibmoment dem Abtriebsmoment aufmoduliert (Fig. 45 und 46).

In Fig. 48 ist als Antriebseinheit für ein hydraulisches Verstellsystem 35 eine pulsierende Hydraulikpumpe 30 ge wählt. Durch Aufmodulieren von zusätzlichen Druckschwankun gen 31 an der Hydraulikpumpe, die etwa mechanisch erzeugt werden, oder durch eine zusätzliche Druckkammer 32, die mit einem periodischen Anregesignal beaufschlagt wird, wird eine Überlagerung der systembedingten Welligkeit mit einem zusätzlichen, künstlich erzeugten Welligkeitssignals (sy stemfremde Erregung) erreicht.

Weiter kann in Form von elektrostatischen Viskositätsände rungen 33 oder magnetischen Viskositätsänderungen 34 des Öls eine periodische Modulation des Strömungsverhaltens und damit Druckschwankungen erreicht werden.

Bei Ausführung des Hydraulikantriebsaggregates in Form einer durch ein Zahnrad, das von einem Motor M angetrieben wird, angetriebenen Zahnstange entsteht durch die Zahnfüh ligkeit 36 beim Kraftübergang Zahnrad - Zahnstange ein zusätzliches, periodisches Welligkeitssignal. Unter gewis sen Vorraussetzungen tritt an der Reibfläche Kolben - Zylinder 37 der "Stick-Slip" Effekt auf, der aus dem Wech sel von Haft- und Gleitreibung entsteht (Fig. 49). Damit erzeugen zwei mechanische Welligkeiten durch Überlagerung in das hydraulische System hinein eine hydraulische Wellig keit.

Die verbleibenden Figuren geben Beispiele für mechanische Welligkeitsursachen in der Energieübertragungstrecke, etwa einem Fensterheber, oder im Verstellobjekt, etwa einer Fensterscheibe.

Fig. 50 zeigt einen Kreuzarm-Fensterheber 38, bestehend unter anderem aus einem Ritzel 39, einem mit diesem in Eingriff stehenden Zahnsegment 40 und einem Mitnehmer 41, auf dem die Fensterscheibe 42 aufliegt.

Durch die Ritzel-Segment-Zahnfühligkeit entstehen Wellig keitssignale wie sie in Fig. 51 dargestellt sind, und welche sich der Kommutatorwelligkeit überlagern. Dabei sind auf der X-Achse die Umdrehungen U des Ritzels 39 und auf der Y-Achse das Reibmoment M aufgetragen. Der Strecke 43 entspricht ein kompletter Scheibenhub.

Fig. 52 zeigt den entsprechenden Stromverlauf, wobei der dargestellten Periode ein Zahn des Ritzels entspricht. Einem Zahn des Ritzels entsprechen beispielsweise 6 Umdre hungen des Elektromotors und 60 Welligkeitssignale des Kom mutators für einen 10-lamelligen Kommutator. Dessen Wellig keitssignal ist der in Fig. 52 dargestellten Periode als kleine Schwankungen überlagert.

Durch periodische Schwergängigkeit des Ritzels entsteht eine weitere Überlagerung der Kommutatorwelligkeit. In Fig. 53 zeigt die kurze Periode 44 die Zahnfühligkeit und die lange Periode 45 die Exzentrizität des Fensterhebers an.

Weiter entsteht eine Überlagerung der Kommutatorwelligkeit durch eine Scharnier-Rasterung 46, wie sie in Fig. 54 dar gestellt ist. In den Fig. 55 und 56 sind das entsprechen de Reibmoment M sowie der Strom I dargestellt, wobei den Schwankungen in Fig. 56 die Kommutatorwelligkeit entspricht.

Bei einem Fensterheber mit Führungsschiene 47, wie in Fig. 57 dargestellt, kann durch Rasterung 49 der Führungsschiene 47 mit dem Gleitelement 48 eine zusätzliche Welligkeit erzeugt werden. Fig. 59 zeigt das Reibmoment M. Gleiches gilt für ein Seil mit Riffelung 50 (Fig. 60 und 61).

In Fig. 62 ist die Seiltrommel 51 unrund (achteckig) ausge bildet bzw. in Fig. 65 die Seiltrommel 52 exzentrisch um Δx verlagert. Die Fig. 63 und 64 zeigen den entsprechen den Verlauf des Reibmomentes M bzw. des Stromes I und Fig. 66 den zu Fig. 65 gehörenden Verlauf des Lastmomentes M_L. Der zu Fig. 66 gehörende Stromverlauf ist analog zur Kurve des Lastmomentes M_L, jedoch von den Welligkeitssignalen we sentlich kürzerer Periode der Kommutatorwelligkeit überla gert.

In Fig. 67 ist die Umlenkrolle 53 unrund, indem sie bei spielsweise polygonal - im vorliegenden Ausführungsbeispiel achteckig - ausgeführt ist oder indem sie analog zur Ausfüh rungsform gemäß Fig. 65 exzentrisch um Δx gegenüber der Rollenmitte verlagert ist.

Fig. 68 zeigt das Reibmoment M bei vier Umdrehungen der Umlenkrolle für einen Scheibenhub, wobei bei dieser Anord nung zusätzliche 64 Signalwechsel entstehen. Die entspre chend ausgebildete Stromkurve weist die überlagerte Kommuta torwelligkeit auf, d. h. ca. 30 Wechsel innerhalb der Peri ode a gemäß Fig. 68.

Bei den in den Fig. 69 und 71 gegebenen Anordnungen liegt die Ursache in der zusätzlichen Welligkeit des Sig nals in mechanischen Welligkeiten (Riffelungen 54) der Scheibenkante 55 gemäß Fig. 69 bzw. in Riffelungen der Tür dichtung 56 gemäß Fig. 71. In beiden Anordnungen werden entsprechend der Rasterung auf der Scheibe bzw. der Türdich tung zusätzliche Signalwechsel gewonnen.

Die Fig. 70 und 72 zeigen die entsprechenden Reibmomente M über der Wegstrecke der Scheibe, d. h. über einen Scheiben hub. Den analogen Stromkurven ist zusätzlich die Kommutator welligkeit, beispielsweise 1800 Wechsel pro Scheibenhub, überlagert.

Claims

1. Verfahren zur Erfassung der Position und Bewegungsrich tung sowie zur Erfassung dynamischer Kenngrößen von fremd kraftbetätigten Verstellungen eines Verstellobjektes unter Verwendung einer Antriebseinheit, einer nachgeschalteten Energieübertragungsstrecke und eines Verstellobjektes sowie einer elektrischen Signalauswerteeinheit, die mindestens ein mit einer systemcharakteristischen Grundperiodizität ausgestattetes, von der Antriebseinheit und/oder der Ener gieübertragungsstrecke und/oder dem Verstellobjekt abgegebe nes Signal analysiert, dadurch gekennzeichnet, dass das an der Antriebseinheit und/oder an der Energieüber tragungsstrecke und/oder dem Verstellobjekt messbare und die Grundperiodizität aufweisende Signal und mindestens ein dieser Grundperiodizität überlagertes Signal der Antriebseinheit und/oder der Energieübertragungsstrecke und/oder des Verstellobjektes ausgewertet werden, wobei das überlagerte Signal entweder ein nichtperiodisches, analoges Signal ist oder das überlagerte Signal eine von der Grundpe riodizität abweichende Periode und/oder Amplitude besitzt.

2. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche für einen Kommutatormotor als Antriebseinheit, dadurch gekenn zeichnet, daß die Strom-Welligkeit des Kommutatormotors als systemcharakteristische Grundperiodizität ausgewertet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zur Grundperiodizität eine Periodizität ausgewer tet wird, die durch die aufgrund der Fertigung systembeding ten Unterschiede benachbarter Wicklungen des Kommutatormo tors entsteht.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeich net, daß zusätzlich zur Grundperiodizität eine gezielt erzeugte Amplitudenmodulation der Grundperiodizität ausge wertet wird, die durch Veränderung der Impedanz von wenig stens einer Kommutatorwicklung entsteht.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß zusätzlich zur Grundperiodizität eine gezielt erzeugte Pulsweitenmodulation ausgewertet wird, die durch eine asymmetrische Unterteilung der Kommuta torlamellen entsteht.

6. Verfahren nach Anspruch 1 für ein Hydraulikaggregat als Antriebseinheit, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundpe riodizität einer pulsierenden Hydraulikpumpe und zusätzlich mindestens eine weitere systembedingte und/oder gezielt erzeugte Welligkeit ausgewertet werden, die von Druckschwan kungen des hydraulischen Systems hervorge rufen werden.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß das der Grundperiodizität überla gerte Signal auf mechanisch bedingten Welligkeiten der Ener gieübertragungsstrecke oder des Verstellobjektes, wie Riffe lungen einer Scheibenkante, Rasterung eines Scharniers oder der Zahnfühligkeit von Getriebeteilen, beruht.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An spruch 1 bestehend aus einer Antriebseinheit, einer Energie übertragungsstrecke, einem Verstellobjekt und einer elektri schen Signalauswerteeinheit, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalauswerteeinheit (4) ein an der Antriebsein heit (1) und/oder an der Energieübertragungsstrecke (2) und/oder dem Verstellobjekt (3) meßbares, eine systemcharak teristische Grundperiodizität aufweisendes Signal und mindestens ein dieser Grundperiodizität überlagertes Signal erfasst, wobei dieses überlagerte Signal entweder ein nichtperiodisches, analoges Signal oder ein in Periode und/oder Amplitude abweichendes Signal ist, und die Signal auswerteeinheit (4) eine Korrelation beider Signale er stellt, aus der die Position, die Drehrichtung und dynami sche Kenngrößen ermittelbar sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8 für einen Kommutatormotor als Antriebseinheit, dadurch gekennzeichnet, daß die Kom mutatorsegmente (10) asymmetrisch angeordnet sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass am Kommutator ein zusätzlicher, von zwei Kohlen (11, 12) teilweise überdeckter Schleifring (15) vorhanden ist, dessen Lamellen mindestens zwei Lamellen des eigentlichen Kommutators überdecken und der eine ohmsche Last aufweist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn zeichnet, daß der Kommutator eine Exzentrizität aufweist.

12. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß an den Kommutatorsegmenten (10) eine dritte Kohle (17) angeordnet ist.

13. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kohlen (11, 12) des Kommutatormotors (9) in einem Winkel von 180° zueinan der angeordnet sind.

14. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Kohle (20) kippbar gelagert ist und gleichzeitig in Umfangsrichtung eine inhomogene Leitfähigkeit aufweist.

15. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Kapazitä ten parallel zum Kommutatormotor (9) und/oder zu Entstördrosseln (21, 22) geschaltet sind, wobei die Entstör drosseln (21, 22) in Reihe mit dem Kommutatormotor (9) geschaltet sind.

16. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Motorwicklung (25) des Kommutatormotors (9) um eine oder mehrere Windungen vari iert.

17. Vorrichtung nach mindestens einem er Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Motorwicklung (25) des Kommutatormotors (9) durch die Lage der Wicklungen bedingt verschiedene Teillängen besitzt.

18. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß für den Kommutatormotor (9) asymmetrische Permanentmagnete verwendet werden.

19. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 1$, dadurch gekennzeichnet, daß für die Permanentmagnete des Kommutatormotors (9) ein Magnetmaterial mit radial stetig veränderter magnetischer Induktion B verwendet wird.

20. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnete des Kommutatormotors (9) gekippt eingebaut sind, so daß sich die Breite des Luftspalts in Umfangsrichtung stetig verän dert.

21. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker des Kommutatormo tors (9) ein Ankerblechprofil aufweist, das in Abhängigkeit der Winkelstellung unterschiedliche magnetische Widerstände aufweist.

22. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker des Kommutatormo tors (9) in einer Vorzugsrichtung vormagnetisiert ist.

23. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerwelle (26) des Kommutatormotors (9) eine radiale Unwucht aufweist.

24. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnecke der Ankerwelle (26) des Kommutatormotors (9) eine ungleiche Schneckenstei gung und/oder das Schneckenrad eine ungleiche Steigung aufweist.

25. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffpilz zur Lage rung bzw. Abstützung der Welle des Kommutatormotors (9) eine wellenförmige Rasterung aufweist.

26. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß unterschiedliche Reibwerte am Umfang des Ankerwellenlagers (29) des Kommutatormotors (9) erzeugt werden.

27. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß das Abtriebsritzel eine radiale Unwucht und/oder ein ungleichmäßiges Modul (28) aufweist.

28. Vorrichtung nach Anspruch 8 für eine pulsierende Hydrau likpumpe, dadurch gekennzeichnet, dass hinter der Hydraulik pumpe (30) in der hydraulischen Leitung eine Druckkammer (32) angeordnet ist, die mit einem periodischen Druckanregungssignal beaufschlagt wird.

29. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid des hydraulischen Systems, das eine elek trorheologische Flüssigkeit oder ein Ferro-Fluid ist, gezielt von einem periodisch schwankenden elektrischen und/oder magnetischen Feld durchsetzt wird.

30. Vorrichtung nach Anspruch 28 oder 29, dadurch gekenn zeichnet, daß das Hydraulikantriebsaggregat in Form einer durch ein Zahnrad angetriebenen Zahnstange ausgeführt ist.

31. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 8 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Energieübertragungs strecke als Fensterheber (38) mit Ritzel (39), Zahnsegment (40) und Scharnier (46) ausgeführt ist.

32. Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingriff zwischen Ritzel (39) und Zahnsegment (40) mit charakteristischer Zahnfühligkeit ausgebildet ist.

33. Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß das Scharnier (46) eine Rasterung aufweist.

34. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 8 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Energieübertragungs strecke als Fensterheber mit Seiltrommel, Seil, Umlenkrolle (53) und Führungsschiene (47) ausgebildet ist.

35. Vorrichtung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß die Seiltrommel unrund (51) und/oder exzentrisch verla gert (52) ist.

36. Vorrichtung nach Anspruch 34 oder 35, dadurch gekenn zeichnet, daß die Führungsschiene (47) gerastert und/oder das Seil geriffelt ist (50).

37. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 34 bis 36, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkrolle (53) unrund und/oder exzentrisch verlagert ist.

38. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 8 bis 37, für eine Fensterscheibe als Verstellobjekt, dadurch ge kennzeichnet, daß die Scheibenkante (55) der Fensterscheibe und/oder die Türdichtung (56) Riffelungen aufweisen.