DE69505811T2

DE69505811T2 - Verfahren zum betrieb einer einstellvorrichtung und mittel zum einstellen eines positioniersystems

Info

Publication number: DE69505811T2
Application number: DE69505811T
Authority: DE
Inventors: Wilgot S-670 41 Koppom Ahs
Original assignee: Sem Drive AB
Current assignee: SEM DRIVE AMAL SE AB
Priority date: 1994-06-03
Filing date: 1995-05-30
Publication date: 1999-05-27
Anticipated expiration: 2015-05-31
Also published as: DE69505811D1; SE504284C2; SE9401923D0; ES2126289T3; WO1995034118A1; EP0763274A1; US5804933A; AU2686195A; KR970703638A; SE9401923L; EP0763274B1; JPH10501398A

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb mindestens eines Einstell-/Positioniergerätes für eine einstellbare Vorrichtung, eine Einrichtung zum Betrieb einer einstellbaren Vorrichtung und eine Anwendung dieser Einrichtung.

Stand der Technik

Die Verwendung von raschen Impulsen zum Antreiben einer Motorwelle durch einen elektromagnetisch vibrierten (oszillierenden) Arm, der an der Welle befestigt ist, ist lange bekannt. Die Welle kann durch eine Anordnung von zwei elektromagnetisch vibrierten Armen (siehe US-A-1 860 492 und DE-C- 34 96 78) umkehrbar angetrieben werden.
Die Verwendung einer Ratscheneinrichtung, die mit einem Solenoid oder einem Elektromagneten verbunden ist, der durch einen Wechselstrom mit Energie versorgt wird, als ein Schrittantrieb für eine Plattenvorrichtung ist ebenfalls bekannt (siehe US-A-3 530 346 und CH-C-469 393).
Die Steuerung einer Zuliefereinrichtung zur Handhabung von vibrierendem Material ist aus der US-A-4 554 490 bekannt. Eine optimale Geschwindigkeit zum Fördern von Material, so daß die Zuliefereffizienz verbessert wird, die Geräuschpegel verringert werden und der mechanische Verschleiß der Ausrüstung reduziert wird, kann erreicht werden, indem die Hübe und Ansteuerungsfrequenzen variiert werden.
Ein Nachteil von bekannten Vorrichtungen, die impulsgesteuerte Elektromagneten verwenden, liegt darin, daß sie rasch oszillierende Impulse verwenden, ein Verfahren, welches nicht immer für den Betrieb von einstellbaren Vorrichtungen geeignet ist, wobei zusätzlich die Impulslänge, -frequenz und
- amplitude zu verschiedenen Zeiten und an verschiedenen Einstellpositionen nicht variiert werden können.

Kurzbeschreibung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Verwendung mindestens eines Werkzeugs zum Betrieb eines Einstell-/Positioniergerätes für eine einstellbare Vorrichtung, welches Werkzeug mechanisch durch ein bewegliches Element betätigt wird, das mit einem Elektromagneten in magnetischer Wechselwirkung steht.
Gemäß vorliegender Erfindung wird ein Verfahren zur Verwendung von Werkzeugen zum Betrieb eines Einstell-/Positioniergerätes für eine einstellbare Vorrichtung geschaffen, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Werkzeug, einzeln oder in Reihe oder parallel verbunden, mechanisch durch ein bewegliches Element betätigt wird, das wiederum magnetisch mit einem Elektromagneten in Wechselwirkung steht, der durch computergesteuerte Stromimpulse magnetisiert werden kann, so daß das bewegliche Element, wenn der Elektromagnet nicht mit Energie versorgt ist, zwischen offenen Positionen mit ausgewählten Luftspalten relativ zu dem Elektromagneten, welche Spalte durch die Computersteuerung während der Betriebssequenz variiert werden können, und, wenn der Elektromagnet mit Energie versorgt ist, einer geschlossenen (angezogenen) Position wechselt, so daß dadurch der Betrieb des Einstellgerätes durch die Werkzeuge in seine unterschied lichen Arbeitsrichtungen und/oder in seine unterschiedlichen Einstellpositionen mit variablem Drehmoment/variabler Geschwindigkeit in Übereinstimmung mit den computergesteuerten Stromimpulsen der Elektromagnete jeweils beeinflußt wird.
Ferner wird gemäß vorliegender Erfindung eine Einrichtung zum Betrieb einer einstellbaren Vorrichtung geschaffen, welche Einrichtung Werkzeuge enthält, wie etwa Betätigungs-/Ratscheneinrichtungen, die so angeordnet sind, daß sie ein Einstellgerät betätigen, wobei jedes Werkzeug so angeordnet ist, daß es durch ein bewegliches Element mechanisch aktiviert wird, das mit einem Elektromagneten in Wechselwirkung steht, wobei das bewegliche Element so angeordnet ist, daß es zwischen offenen, nicht magnetisierten Positionen mit Luftspalten relativ zu dem Elektromagneten und einer geschlossenen (angezogenen) Position wechselt, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Elektromagnet so ausgelegt ist, daß er durch computergesteuerte Stromimpulse mit Energie versorgt wird, wobei die Luftspalte des beweglichen Elements für unterschiedliche Betriebsrichtungen und/oder unterschiedliche Einstellpositionen des Einstellgeräts von dem Computer ansprechend auf die Stromimpulse variabel gesteuert werden, so daß dadurch das Einstellgerät durch das Werkzeug mit variablem Drehmoment/variabler Geschwindigkeit betrieben wird.
Ferner wird gemäß vorliegender Erfindung diese Einrichtung verwendet, um eine oder mehrere einstellbare Vorrichtungen in einem Fahrzeug zu betreiben.
Der Elektromagnet wird durch Stromimpulse mit Energie versorgt, die von einem Computerprogramm gesteuert sind, wobei das bewegliche Element das Werkzeug betätigt, welches das Einstell-/Positioniergerät ansprechend auf die Stromimpulse in Betrieb setzt, um die einstellbare Vorrichtung in Übereinstimmung mit dem Computerprogramm zu betätigen. Verschiedene Werkzeuge können mit dem Einstell-/Positioniergerät getrennt und/oder in Reihe geschaltet und/oder parallel geschaltet verbunden sein, um das Einstell-/Positioniergerät in die eine oder die andere Richtung mit einem festgelegten Drehmoment und einer festgelegten Betriebsgeschwindigkeit für verschiedene Richtungen des Betriebes und/oder in verschiedenen Einstellpositionen zu betätigen.
Die gegenseitig abhängigen oder unabhängigen Stromimpulse für die fraglichen Elektromagneten können eine festgelegte oder variable Frequenz haben und die fraglichen beweglichen Elemente können so gesteuert werden, daß sie Luftspalte mit verschiedenen Größen in Bezug auf den Elektromagneten unter der Steuerung des Computerprogrammes einnehmen.
In einer Ausführungsform der Erfindung besteht das Einstellgerät aus einer Gewindewelle, die mit einer Befestigungseinrichtung, wie z. B. einer Mutter, versehen ist, um das Einstellgerät an der einstellbaren Vorrichtung zu befestigen. Das Werkzeug zum Betätigen der einstellbaren Vorrichtung kann aus einer Betätigungs-/Ratscheneinrichtung bestehen.
Die Erfindung betrifft insbesondere die Verwendung der Einrichtung zum Betrieb oder zum Positionieren von einer oder mehreren einstellbaren Vorrichtungen in einem Fahrzeug, vorzugsweise unter Verwendung eines einzelnen Computers zur Steuerung aller Magnetisierungsimpulse.
Weitere spezielle Merkmale und Eigenschaften sind in den beigefügten Patentansprüchen beschrieben.
Die Erfindung ist insbesondere als ein kleiner, leistungsstarker, langsamwirkender Motor anwendbar, wie z. B. ein Linearmotor, Winkelmotor, Schrittmotor oder dergleichen, oder als eine Betätigungseinrichtung zum Betrieb und Einstellen einer Vorrichtung, wie z. B. Drehen einer Welle, in Fällen, in wel chen Solenolde zu schnellwirkend sind.
Ein Vorteil des Verfahrens und der Einrichtung gemäß vorliegender Erfindung im Vergleich zu anderen bekannten Einstellvorrichtungen ist der breite Bereich von Einstellmöglichkeiten hinsichtlich des Drehmoments und der Arbeitsgeschwindigkeit, die für unterschiedliche Arbeitsrichtungen verfügbar sind, sowie für unterschiedliche Einstellzeiten und -positionen. Dies ist durch die Computersteuerung der induzierten Magnetisierung der Elektromagneten bedingt, die durch verschiedene Parameter bestimmt wird, wie z. B. Stromimpulsfrequenz, Impulsamplitude und Impulslänge, sowie durch die Art der wechselseitigen Abhängigkeit zwischen den Magnetisierungsimpulsen.
Ein weiterer Vorteil ist der einfache kompakte Aufbau sowie die Zuverlässigkeit der Einrichtung gemäß der Erfindung, die hauptsächlich dafür vorgesehen ist, Vorrichtungen wie beispielsweise Servomotoren zu ersetzen, die oftmals mit einstellbaren Vorrichtungen verwendet werden, beispielsweise Einstelleinrichtungen für Fenster, Sitze und Rückspiegel in Fahrzeugen.
Der Elektromagnet mit dem beweglichen Element gemäß vorliegender Erfindung unterscheidet sich von herkömmlichen Elektromagneten durch zwei Positionen, einer offenen Maximalposition und einer geschlossenen (angezogenen) Position. Somit macht es die Erfindung beispielsweise möglich, kontinuierlich zwischen einer maximalen Arbeitsgeschwindigkeit und dem damit verbundenen kleinsten Drehmoment und einer kleinsten Arbeitsgeschwindigkeit und dem damit verbundenen größten Drehmoment zu wählen. Als weiterer Vorteil macht es die Erfindung möglich, daß bei der Positionierung die einstellbare Vorrichtung anfangs mit maximaler Kraft und niedriger Arbeitsgeschwindigkeit betrieben wird, anschließend die Kraft verringert und die Geschwindigkeit erhöht wird, während eine andere, optio nale Arbeitsgeschwindigkeit/Kraft in der anderen Richtung verwendet wird.

Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung

Die Erfindung wird nachfolgend im Detail unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Einrichtung zum Betrieb einer einstellbaren Vorrichtung gemäß der Erfindung;
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung eines Einstellgerätes, das von mehreren elektromagnetisch betriebenen Betätigungs-/Ratscheneinrichtungen betrieben wird;
Fig. 3 ist ein Diagramm, das die Größe des Luftspalts als eine Funktion der Zeit zeigt;
Fig. 4 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Drehmoment und der Betriebsgeschwindigkeit bei einer spezifizierten Frequenz und Amplitude zeigt.
Fig. 1 zeigt ein bewegliches Element 1, das aus einem magnetischen Material hergestellt ist, welches Element mit einem Elektromagneten 2 in Wechselwirkung steht, dessen Wicklung mit einem Wechselstrom versorgt wird. In der dargestellten Ausführungsform besteht das bewegliche Element 1 aus einem schwenkbar gehalterten Anker, dessen freies Ende eine geschlossene Position B einnehmen kann, wenn der Elektromagnet durch einen Strom mit Energie versorgt ist, und Positionen A, wenn der Elektromagnet nicht mit Energie versorgt ist, das heißt wenn kein Strom in der Wicklung fließt. Die Positionen A sind alle Positionen, die von dem beweglichen Element 1 eingenommen werden können, wenn der Elektromagnet nicht mit Energie versorgt ist. Das bewegliche Element kann eine maxi male Distanz von dem Elektromagneten einnehmen, wobei ein Anschlag (nicht dargestellt) vorgesehen sein kann oder nicht vorgesehen sein kann, während das bewegliche Element 1 zwischen Positionen A und der Position B mit dem Elektromagneten zugeführten Stromimpulsen in Schritten bewegt werden kann. Das bewegliche Element 1 und der mit diesem wechselwirkende Elektromagnet 2 können natürlich optional eine andere Konstruktion aufweisen, beispielsweise die eines mit Zug- und Schubkraft arbeitenden Magneten, die für einen spezifischen Zweck geeignet ist.
Ferner kann die Erfindung mit optionalen Einrichtungen (nicht dargestellt) versehen sein, um das bewegliche Element 1 in die maximal geöffnete Position zu ziehen und es in dieser Position zu halten, wenn der Elektromagnet 2 nicht mit Energie versorgt ist.
In dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel betätigt das andere Ende des beweglichen Elements 1 mechanisch ein Werkzeug 3, das wiederum ein Einstellgerät 4 betreibt. Das Werkzeug 3 kann jedes einer geeigneten Bauart sein, vorzugsweise eine gleitgelagerte Ratscheneinrichtung, obgleich alle Arten von Mitnehmer-/Ratscheneinrichtungen, wie z. B. ein Band, oder andere Lageranordnungen natürlich ebenfalls verwendet werden können.
In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform besteht das Einstellgerät 4 aus einer Gewindewelle, die an der einstellbaren Vorrichtung (nicht dargestellt) mittels einer Befestigungseinrichtung, wie z. B. einer Mutter, befestigt ist. Die Welle wird in der durch den Pfeil angegebenen Richtung gedreht.
Fig. 2 zeigt schematisch, wie die beweglichen Teile 1a, 1b, 1c und 1d angeordnet sein können, um entsprechende Werkzeuge 3a, 3b, 3c und 3d zu betätigen und die Welle 4 in zwei verschiedene Richtungen anzutreiben (und zu verriegeln), wobei die Werkzeuge 3a und 3b so angeordnet sind, daß sie die Welle im Uhrzeigersinn antreiben, und die Werkzeuge 3c und 3d so angeordnet sind, daß sie diese gegen den Uhrzeigersinn antreiben.
Andere Arten von Einstellgeräten, wie z. B. Scheiben, Räder, Walzen, Platten, in verschiedene Richtungen ausgerichtete Stäbe und dergleichen können natürlich ebenfalls zum Positionieren/Einstellen der Welle in einer oder mehreren Richtungen verwendet werden.
Fig. 3 zeigt als Beispiel den Betrieb einer Welle 4 durch bewegliche Teile 1a und 1b in Kombination, wobei zu einem Zeitpunkt t&sub0; der bewegliche Teil 1a beginnt, die Welle 4 durch das Werkzeug 3 (nicht dargestellt) mit niedriger Kraft (großer Luftspalt l&sub0;) anzutreiben und zu einem Zeitpunkt t1 Unterstützung durch den beweglichen Teil 1b erhält, um die Welle mit einer größeren Kraft (kleiner Luftspalt l&sub1;) anzutreiben, bis die beweglichen Teile 1a und 1b die geschlossene Position B zu einem Zeitpunkt t&sub3; erreichen.
Es ist ersichtlich, daß eine Vorrichtung in einer beinahe unbegrenzten Anzahl von Arten betrieben werden kann, indem verschiedene Parameter variiert werden, wie z. B. die Strom- /Impulsfrequenz, die Impulsamplitude und die Impulslänge, die mögliche Distanz zwischen dem beweglichen Element und dem Elektromagneten, die Position und der Aufbau des jeweiligen beweglichen Elements/Einstellgeräts, die Art des Elektromagneten und der Wicklung, die Wirkungsrichtungen und dergleichen.
Gemäß der Erfindung werden die Frequenz, die Anzahl und die Größe der Stromimpulse durch das Programm in einem Computer (in Fig. 1 nicht dargestellt) bestimmt, der mit der Wicklung des Elektromagneten 2 verbunden ist. Die Magnetisierung verschiedener Elektromagneten, das heißt die Reihenfolge, in der sie verbunden sind, ob sie in Reihe oder parallel oder einzeln mit Energie versorgt werden sollten oder ob sie wechselweise durch abhängige oder unabhängige Stromimpulse mit Energie versorgt werden sollten, wird von dem Computerprogramm gesteuert, das als Resultat verschiedene Betriebscharakteristiken für verschiedene Richtungen und in unterschiedlichen Einstellpositionen bereitstellen kann und das Drehmoment als eine Funktion des Luftspalts bestimmen kann. Die Größe der Betriebsbewegung, die von dem Werkzeug 3 erzielt wird, wenn das bewegliche Element von der offenen Position A in die geschlossene (angezogene) Position B umgeschaltet wird, ist von der Größe des Luftspalts abhängig, welche wiederum eine Funktion der Zeit ist, während welcher der Elektromagnet nicht mit Energie versorgt ist.
Aus Fig. 4 ist in Verbindung mit Fig. 3 ersichtlich, daß dann, wenn der Strom über einen längeren Zeitraum (siehe Fig. 4) Null ist, der bewegliche, nicht magnetisierte Teil 1a Zeit hat, gezogen zu werden, so daß er einen größeren Luftspalt relativ zu dem Elektromagneten 2 hat, was zur Folge hat, daß die Welle 4 über eine größere Distanz mit einem entsprechend niedrigeren Drehmoment ansprechend auf den nächsten Stromimpuls gedreht wird, während dann, wenn der Strom über einen kurzen Zeitraum (siehe Fig. 4b) Null ist, der bewegliche, nicht magnetisierte Teil 1b nicht ausreichend Zeit hat, sich über eine nennenswerte Distanz aus der geschlossenen (angezogenen) Position B zu bewegen, und die Welle 4 wird nur über eine kurze Distanz ansprechend auf den nächsten Stromimpuls gedreht, wenn auch mit einem entsprechend höheren Drehmoment. Das Festlegen der Länge des Stromimpulses mit einer gegebenen Frequenz und Amplitude bietet die Möglichkeit, die Welle mit hoher Kraft und niedriger Arbeitsgeschwindigkeit oder auf andere Weise zu betreiben.
Die Einrichtung zum Betrieb von Vorrichtungen kann vorteilhaft zum Einstellen/Betreiben von verschiedenen Vorrichtungen in einem Fahrzeug verwendet werden, wie z. B. die Fenstereinstelleinrichtungen, Rückspiegel, Sitze, Kofferraumdeckel, Türen, Schlösser (Zentralverriegelung), Schiebedach, Tankdeckel, Luftdämpfer und dergleichen, von welchen jede zusätzlich zu den Betriebsvorrichtungen verschiedener Art ein unterschiedliches Betriebsverfahren hinsichtlich Kraft, Geschwindigkeit und dergleichen erfordert.
Ein einzelner Fahrzeugcomputer kann programmiert werden, um die Stromimpulse für die verschiedenen einstellbaren Vorrichtungen zu steuern, um eine optimale Einstellung der Vorrichtungen sicherzustellen. Da das Programmieren des Computers zur Ausführung der verschiedenen Betriebsabläufe Stand der Technik ist, wird es in dieser Beschreibung der Erfindung nicht behandelt.

Claims

1. Verfahren zur Verwendung von Werkzeugen (3) zum Betrieb eines Einstell-/Positioniergerätes (4) für eine einstellbare Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Werkzeug (3), einzeln oder in Reihe oder parallel verbunden, mechanisch durch ein bewegliches Element (1) betätigt wird, das wiederum magnetisch mit einem Elektromagneten (2) in Wechselwirkung steht, der durch computergesteuerte Stromimpulse magnetisiert werden kann, so daß das bewegliche Element (1), wenn der Elektromagnet nicht mit Energie versorgt ist, zwischen offenen Positionen mit ausgewählten Luftspalten relativ zu dem Elektromagneten, welche Spalte durch die Computersteuerung während der Betriebssequenz variiert werden können, und, wenn der Elektromagnet mit Energie versorgt ist, einer geschlossenen (angezogenen) Position wechselt, so daß dadurch der Betrieb des Einstellgerätes (4) durch die Werkzeuge (3) in seine unterschiedlichen Arbeitsrichtungen und/oder in seine unterschiedlichen Einstellpositionen mit variablem Drehmoment/variabler Geschwindigkeit in Übereinstimmung mit den computergesteuerten Stromimpulsen der Elektromagnete jeweils beeinflußt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einstellgerät (4) durch ein oder mehrere Werkzeuge (3) in einer Richtung betrieben wird und daß das Einstellgerät (4) durch ein oder mehrere Werkzeuge (3) in einer anderen Richtung betrieben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beweglichen Elemente (1) in ihren jeweiligen Positionen durch Stromimpulse eingestellt werden, die hinsichtlich der Frequenz und/oder Amplitude verschieden sind und die voneinander abhängig oder unabhängig sein können.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromimpulse eine feste Frequenz oder eine variable Frequenz haben.

5. Verfahren nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeuge (3) jeweils bei einer spezifizierten Frequenz und Amplitude das Einstellgerät (4) mit einem ausgewählten Drehmoment/einer ausgewählten Betriebsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von dem ausgewählten Luftspalt relativ zu dem Elektromagneten betätigen.

6. Einrichtung zum Betrieb einer einstellbaren Vorrichtung, welche Einrichtung Werkzeuge (3) enthält, wie etwa Betätigungs-/Ratscheneinrichtungen, die so angeordnet sind, daß sie ein Einstellgerät (4) betätigen, wobei jedes Werkzeug (3) so angeordnet ist, daß es durch ein bewegliches Element (1) mechanisch aktiviert wird, das mit einem Elektromagneten in Wechselwirkung steht, wobei das bewegliche Element (1) so angeordnet ist, daß es zwischen offenen, nicht magnetisierten Positionen mit Luftspalten relativ zu dem Elektromagneten und einer geschlossenen (angezogenen) Position wechselt, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Elektromagnet (2) so ausgelegt ist, daß er durch computergesteuerte Stromimpulse mit Energie versorgt wird, wobei die Luftspalte des beweglichen Elements (1) für unterschiedliche Betriebsrichtungen und/oder unterschiedliche Einstellpositionen des Einstellgeräts (4) von dem Computer ansprechend auf die Stromimpulse variabel gesteuert werden, so daß dadurch das Einstellgerät (4) durch das Werkzeug (3) mit variablem Drehmoment/variabler Geschwindigkeit betrieben wird.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Werkzeug oder mehrere Werkzeuge (3) so ausgelegt ist bzw. sind, daß es bzw. sie das Einstellgerät (4) in eine Richtung betreiben, und daß ein Werkzeug oder mehrere Werkzeuge (3) so ausgelegt ist bzw. sind, daß es bzw. sie das Einstellgerät (4) in eine andere Richtung betreiben, und zwar mittels verschiedener, voneinander gegenseitig abhängiger oder unabhängiger Stromimpulse, wobei die Impulse eine festgelegte Frequenz oder eine variable Frequenz haben können.

8. Einrichtung nach Anspruch 6-7, dadurch gekennzeichnet, daß das Einstellgerät aus einer Gewindewelle besteht, die mit einer Halteeinrichtung, beispielsweise einer Mutter, versehen ist, um sie an der einstellbaren Vorrichtung zu befestigen.

9. Verwendung der Einrichtung nach einem der Ansprüche 6- 8, um eine oder mehrere einstellbare Vorrichtungen in einem Fahrzeug zu betreiben.