WO2000046082A1 - Scheibenwischerantriebsanordnung - Google Patents

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drive arrangement
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Gebhard Michenfelder
Marcellus Weber
Peter Braun
Michael May
Klaus Eckert
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Robert Bosch Gmbh
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    • H02K7/1163—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters with gears where at least two gears have non-parallel axes without having orbital motion
    • H02K7/1166—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters with gears where at least two gears have non-parallel axes without having orbital motion comprising worm and worm-wheel
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    • H02K11/30—Structural association with control circuits or drive circuits
    • H02K11/38—Control circuits or drive circuits associated with geared commutator motors of the worm-and-wheel type

Definitions

  • the present invention provides a windshield wiper drive arrangement that enables continuous position and speed detection in a compact, simple construction.
  • the control circuit is arranged on a carrier plate parallel to the worm shaft at such a distance that a magnetic field sensor contained in the control circuit is able to detect a rotation of the worm by interaction with a magnet mounted on the worm shaft.
  • the carrier plate is preferably also arranged parallel to the worm wheel, so that it can be arranged at least partially over a side surface of the worm wheel.
  • the magnet is expediently a multipole ring magnet, which makes it possible to also detect fractions of a revolution of the worm shaft with the aid of the magnetic field sensor.
  • the magnetic field sensor can comprise two partial sensors for detecting a magnetic field at different locations, the partial sensors - possibly by appropriate selection of the installation locations - delivering phase-shifted detection signals and the control circuit being able to detect the direction of rotation of the worm shaft based on the phase shift.
  • FIG. 1 shows a section through a housing in which a motor and a windshield wiper drive arrangement according to the invention are accommodated.
  • FIG. 1 shows a section through a first exemplary embodiment of a windshield wiper drive arrangement according to the invention.
  • a motor 1 drives a worm shaft 2 which runs parallel to the plane of the drawing.
  • the worm shaft carries a worm 3 which meshes with a worm wheel 4 and thus reduces the rotation of the motor 1.
  • the worm wheel 4 is mounted on a drive shaft 5, to which the windshield wiper (not shown) is also attached.
  • a sleeve of a first housing part 6 forms a bearing 7 in which the drive shaft 5 can be rotated.
  • a circuit board 10 extends along the side surface 9 of the worm wheel 4 facing away from the bearing 7 and the drive shaft 5, parallel to the side surface and to the axis of the worm shaft 2.
  • the circuit board carries a control circuit composed of discrete components 11, 12, 13, which controls the power supply to the motor 1.
  • the component 11 is a reference sensor which is mounted on the underside of the printed circuit board 10 facing the worm wheel 4 in order to detect the presence of marks which are attached to a marking disk 14 which is fastened on the side face 9 of the worm wheel 4.
  • a marking disk 14 which is fastened on the side face 9 of the worm wheel 4.
  • individual, discrete marks can also be attached to the side surface 9.
  • the marks are placed, for example, in such a way that when a point on the movement path of the windshield wiper is reached which is just before its upper or lower reversing position, the reference sensor 11 detects the mark.
  • the control circuit By evaluating the signals of the magnetic field sensor, the control circuit is able to precisely and actively regulate the position and rotational speed of the windshield wiper to a setpoint. In particular, it is able to gradually reduce the rotational speed when the reference sensor 11 detects the passage of the windshield wiper through one of the points to be monitored before the upper or lower reversal point is reached. passes through point so that the wiper at the turning point, whose distance from the monitored point corresponds to a predetermined number of nth revolutions of the worm shaft 2, comes to a gentle stop and is reversed.
  • circuit board 10 parallel to the worm shaft 2 and the side surface 9 makes it possible to mount the sensors 11, 13 required for controlling the windshield wiper movement directly on the circuit board 10, so that the entire control circuit as a single component in the drive arrangement is convenient and can be inserted to save space.
  • Figure 2 shows in section perpendicular to the axis of the worm shaft 2, the ring magnet 15 and the circuit board 10 with components 12, 13 ', 13''mounted thereon in accordance with a modification of the invention.
  • the Ring magnet 15 here consists of six partial magnets 20, which are arranged around the screw shaft 2 with poles of the same name facing each other.
  • the ring magnet 15 thus has: three north poles and three south poles, the north poles being indicated by hatching in the figure.
  • the ring magnet of the embodiment of Figure 1 can of course be constructed identically.
  • the magnetic field sensor is here made up of two partial sensors 13 ′, 13 ′′, which are located together in a single housing and both are exposed to the magnetic field of the ring magnet 15.
  • the magnetic field sensor can also be constructed from two discrete partial sensors. As in the case of the magnetic field sensor 13 from FIG. 1, these are Hall sensors which, depending on the direction of the magnetic field to which they are exposed, generate two different output signal levels. Each sub-sensor thus delivers a periodic signal, the signal period corresponding to a third turn of the screw 2.
  • the positions of the partial sensors 13 ', 13'' are selected such that a transition between the two signal levels takes place with a certain phase shift between the partial sensor 13' and the partial sensor 13 ''.
  • This phase shift of preferably ⁇ / 2 allows the control circuit, in addition to that of the screw shaft traveled angle of rotation or their number of revolutions to recognize the direction of rotation.
  • the ut ⁇ uerscnies is able to determine the position of the windshield wiper at any time without additional marks on the worm wheel 4 and a reference sensor 11 are necessary for their registration.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Scheibenwischerantriebsanordnung mit einer auf einer Schneckenwelle (2) montierten Schnecke (3), einem auf einer Scheibenwischerantriebswelle (5) montierten, mit der Schnecke (3) kämmenden Schneckenrad (4) und einer Steuerschaltung (11, 12, 13) parallel zur Schneckenwelle (2) in einem solchen Abstand angeordnet ist, dass ein in der Steuerschaltung enthaltener Magnetfeldsensor (13, 13', 13") in der Lage ist, eine Drehung der Schnecke (3) durch Wechselwirkung mit einem auf der Schneckenwelle (2) montierten Magneten (15) zu erfassen.

Description

Seheiben iseherantriebsanordnung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Scheibenwischerantriebsanordnung mit einer auf einer Schnek- kenwelle montierten Schnecke, einem auf einer Scheibenwischer-Antriebswelle montierten, mit der Schnecke kämmenden Schneckenrad und einer Steuer- Schaltung für einen Antriebsmotor der Schneckenwelle.
Bekannte derartige Steuerschaltungen erfassen ein oder mehrere Positionen des Scheibenwischers mit Hilfe einer KontaktScheibe, die wie der Scheibenwischer selbst auf der Scheibenwischer-Antriebswelle montiert ist und mit diesem gemeinsam rotiert. Zur Erfassung mehrerer Positionen des Scheibenwischers ist es möglich, die Scheibe mit mehreren Spuren zu versehen und zu kodieren.
Wenn eine Position der KontaktScheibe erfaßt wird, die einem oberen oder unteren Umkehrpunkt des Scheibenwischers entspricht, polt die Steuerschaltung den Versorgungsstrom des Antriebsmotors um, um die Antriebsbewegung zu reversieren. Diese abrupte Umsteuerung stellt eine Belastung für den Motor und die Antriebsmechanik des Scheibenwischers dar. Eine Drehzahlerfassung oder eine kontinuierliche Positi- onserfassung, die zum Beispiel einen weniger abrup- ten Richtungswechsel ermöglichen würden, sind mit dieser Technik nicht möglich. Außerdem ist die Zahl der Positionen, die erfaßt werden können, in der Praxis begrenzt, da für zusätzliche Positionen zusätzliche Spuren auf der Kontaktschεibε erforder- lieh sind. Diese muß also umso größer sein, je größer die Zahl der zu erfassenden Positionen ist, was die Antriebsanordnung in unerwünschter Weise sperrig und voluminös macht .
Vorteile der Erfindung
Mit der vorliegenden Erfindung wird eine Scheibenwischerantriebsanordnung geschaffen, die eine kontinuierliche Positions- und Drehzahlerfassung in einem kompakten, einfachen Aufbau ermöglicht. Hierfür ist vorgesehen, daß die Steuerschaltung auf einer Trägerplatte parallel zur Schneckenwelle in einem solchen Abstand angeordnet ist, daß ein in der Steuerschaltung enthaltener Magnetfeldsensor in der Lage ist, eine Drehung der Schnecke durch Wechselwirkung mit einem auf der Schneckenwelle montierten Magneten zu erfassen. Ferner ist die Trägerplatte vorzugsweise auch parallel zum Schneckenrad angeordnet, so daß sie wenigstens teilweise über einer Seitenfläche des Schneckenrads angeordnet werden kann. Ein besonders kompakter Aufbau ergibt sich, wenn das Schneckenrad nur einseitig gelagert ist und die Leiterplatte sich an der von dem Lager abgewandten Seitenfläche des Schneckenrads erstreckt.
Vorzugsweise bilden die Scheibenwischerantriebsanordnung und ihr Antriebsmotor eine einheitliche Baugruppe, die in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht ist.
Der Magnet ist zweckmäßigerweise ein vielpoliger Ringmagnet, der es ermöglicht, auch Bruchteile einer Umdrehung der Schneckenwelle mit Hilfe des Magnetfeldsensors nachzuweisen.
Der Magnet eldsensor kann zwei Teilsensoren zum Erfassen eines Magnetfelds an verschiedenen Orten umfassen, wobei die Teilsensoren - gegebenenfalls durch entsprechende Auswahl der Einbauorte - pha- senverschobene Erfassungssignale liefern und die Steuerschaltung in der Lage ist, anhand der Phasenverschiebung die Drehrichtung der Schneckenwelle zu erfassen. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich anhand der nachfolgenden Beschreibung von Aus- führungsbeispielen.
Figuren
Figur 1 zeigt einen Schnitt durch ein Gehäuse, in dem ein Motor und eine Scheibenwischerantriebsanordnung gemäß der Erfindung untergebrach.- sind.
Figur 2 zeigt einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Antriebsanordnung senkrecht zur Schneckenachse in Höhe des Ringmagnets.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Figur 1 zeigt einen Schnitt durch ein erstes Aus- führungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Scheiben- wischerantriebsanordnung. Ein Motor 1 treibt eine Schneckenwelle 2 an, die parallel zur Ebene der Zeichnung verläuft. Die Schneckenwelle trägt an ih- rem vom Motor 1 abgewandten Ende eine Schnecke 3, die mit einem Schneckenrad 4 kämmt und so eine Untersetzung der Umdrehung des Motors 1 bewirkt . Das Schneckenrad 4 ist auf einer Antriebswelle 5 montiert, an der auch der (nicht gezeigte) Scheibenwischer angebracht ist. Eine Muffe eines ersten Gehäuseteils 6 bildet ein Lager 7, in dem die An- triebswelle 5 drehbar ist.
Ein zweites, ebenfalls an dem ersten Gehäuseteil 6 montiertes Lager 8 trägt die Schneckenwεlle 2.
Entlang der vom Lager 7 und der Antriebswelle 5 abgewandten Seitenfläche 9 des Schneckenrads 4 erstreckt sich, parallel zu der Seitenfläche und zur Achse der Schneckenwelle 2, eine Leiterplatte 10. Die Leiterplatte trägt eine aus diskreten Komponen- ten 11,12,13 aufgebaute Steuerschaltung, die die Stromversorgung des Motors 1 steuert.
Die Komponente 11 ist ein Referenzsensor, der an der dem Schneckenrad 4 zugewandten Unterseite der Leiterplatte 10 montiert ist, um die Anwesenheit von Marken zu erfassen, die auf einer Markierungs- scheibe 14 angebracht sind, welche auf der Seitenfläche 9 des Schneckenrads 4 befestigt ist. Selbstverständlich können anstelle der Markierungsscheibe 14 auch einzelne, diskrete Marken auf der Seitenfläche 9 befestigt sein. Die Marken sind beispielsweise so plaziert, daß bei Erreichen eines Punktes auf der Bewegungsbahn des Scheibenwischers, der kurz vor seiner oberen oder unteren Umkehrposition liegt, der Referenzsensor 11 die Marke erfaßt.
Die Komponente 13 ist ein Magnetfeldsensor, bei dem es sich wie beim Referenzsensor 11 um einen Hall- Sensor in SMD-Ausführung handelt. Der Magnetfeld- sensor 13 ist in geringem Abstand von einem Ringmagneten 15 angeordnet, der um die Schneckenwelle 2 herum montiert ist. Er ist bei jeder Umdrehung des Ringmagneten 15 einer Zahl n von Richtungswechseln des Magnetfelds ausgesetzt, die der Zahl der Pole des Ringmagneten 15 entspricht. So ist der Magnetfeldsensor 13 in der Lage, eine Drehbewegung der Schneckenwelle 2 mit einer Auflösung von 1 n-tel Umdrehung zu erfassen.
Durch Auswerten der Signale des Magnetfeldsensors ist die Steuerschaltung in der Lage, die Position und Drehgeschwindigkeit des Scheibenwischers exakt und aktiv auf einen Sollwert einzuregeln. Insbesondere ist sie dazu in der Lage, die Drehgeschwindig- keit allmählich herunterzuregeln, wenn der Referenzsensor 11 den Durchgang des Scheibenwischers durch einen der zu überwachenden Punkte vor Erreichen des oberen beziehungsweise unteren Umkehr- punkts durchläuft, so daß der Scheibenwischer am Umkehrpunkt, dessen Entfernung vom überwachten Punkt einer vorgegebenen Anzahl von n-tel Umdrehungen der Schneckenwelle 2 entspricht, sanfc zum Ste- hen kommt und reversiert wird.
Die Anordnung der Leiterplatte 10 parallel zur Schneckenwelle 2 und der Seitenfläche 9 ermöglicht es, die zur Steuerung der Scheibenwischεrbewegung benötigten Sensoren 11,13 direkt an der Leiterplatte 10 zu montieren, so daß die gesamte Steuerschaltung als ein einheitliches Bauteil in die An- triebsanordnung bequem und platzsparend eingefügt werden kann.
Das erste Gehäuseteil 6, ein zweites Gehäuseteil 16, das die Leiterplatte 10 überdeckt, und ein drittes Gehäuseteil 17, das im wesentlichen becherförmig ist und den Motor 1 aufnimmt, bilden ein hermetisch abgeschlossenes Gehäuse, in dem der Motor, die Steuerschaltung, Schnecke und Schneckenrad vor Umgebungseinflüssen und Verunreinigung geschützt sind.
Figur 2 zeigt im Schnitt senkrecht zur Achse der Schneckenwelle 2 den Ringmagneten 15 und die Leiterplatte 10 mit daran montierten Komponenten 12, 13', 13'' gemäß einer Abwandlung der Erfindung. Der Ringmagnet 15 besteht hier aus sechs Teilmagneten 20, die mit jeweils einander zugewandten gleichnamigen Polen um die Ξchneckenwelle 2 herum angeordnet sind. Der Ringmagnet 15 besitzt somit: drei Nordpole und drei Südpole, wobei die Nordpole in der Figur durch Schraffur kenntlich gemacht sind. Der Ringmagnet des Ausführungsbeispiels aus Figur 1 kann selbstverständlich identisch aufgebaut sein.
Der Magnetfeldsensor ist hier aus zwei Teilsensoren 13 ',13'' aufgebaut, die sich gemeinsam in einem einzelnen Gehäuse befinden und beide dem Magnetfeld des Ringmagneten 15 ausgesetzt sind. Selbstverständlich kann der Magnetfeldsensor auch aus zwei diskreten Teilsensoren aufgebaut sein. Es handelt: sich hier wie beim Magnetfeldsensor 13 aus Figur 1 um Hall-Sensoren, die je nach Richtung des Magnetfelds, dem sie ausgesetzt sind, zwei verschiedene Ausgangssignalpegel erzeugen. Jeder Teilsensor lie- fert also ein periodisches Signal, wobei die Signalperiode einer Drittelumdrehung der Schnecke 2 entspricht. Die Positionen der Teilsensoren 13', 13'' sind so gewählt, daß ein Übergang zwischen den zwei Signalpegeln jeweils mit einer bestimmten Phasenverschiebung zwischen dem Teilsensor 13' und dem Teilsensor 13'' stattfindet. Diese Phasenverschiebung von vorzugsweise π/2 erlaubt es der Steu- erschaltung, zusätzlich zu dem von der Schnecken- welle zurückgelegten Drehwinkel beziehungsweise ihrer Umdrehungszahl auch die Umdrehungsrichtung zu erkennen. Durch Zählen der Pegelübergänge im Aus- gangssignal eines der Teilsensoren unter gleichzei- tiger Berücksichtigung der Drehrichtung ist die Ξtεuerschaltung so in der Lage, die Position des Scheibenwischers zu jedem beliebigen Zeitpunkt zu ermitteln, ohne daß hierfür noch Marken am Schnek- kenrad 4 und ein Referenzsensor 11 zu ihrer Erfas- sung notwendig sind.

Claims

Ansprüche
1. Scheibenwischerantriebsanordnung mit einer auf einer Schneckenwelle (2) montierten Schnecke (3) , einem auf einer Scheibenwischerantriebswelle (5) montierten, mit der Schnecke (3) kämmenden Schnek- kenrad (4) und einεr Steuerschaltung (11,12,13) für einen Antriebsmotor (1) der Schneckenwelle (2) , dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (11,12,13) parallel zur Schneckenwelle (2) in einem solchen Abstand angeordnet ist, daß ein in der Steuerschaltung enthaltener Magnetfεldsensor (13 ; 13 ' , 13 ' ' ) in der Lage ist, eine Drehung der Schnecke (3) durch Wechselwirkung mit einem auf der Schneckenwelle (2) montierten Magneten (15) zu er- fassen.
2. Scheibenwischerantriebsanordnung nach Anspruch
1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (10) parallel zu einer Seitenfläche (9) des Schnek- kenrads (4) angeordnet ist.
3. Scheibenwischerantriebsanordnung nach Anspruch
2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneckenrad (4) einseitig gelagert ist und die Trägerplatte (10) sich an der von dem Lager (7) abgewandten Seitenfläche (9) des Schneckenrads (4) erstreckt.
4. Scheibenwischerantriebsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (11,12,13) mit dem Motor
(1) in einem gemeinsamen Gehäuse (6,16,17) untergebracht ist .
5. Scheibenwischerantriebsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet (15) ein vielpoliger Ringmagnet ist.
6. Scheibenwischerantriebsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetfeldsensor (13 ; 13 ' , 13 ' ' ) ein Hall- Sensor ist.
7. Scheibenwischerantriebsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetfeldsensor zwei separate oder in einem gemeinsamen Gehäuse befindliche Teilsensoren (13', 13'') zum Erfassen eines Magnetfelds an ver- schiedenen Orten umfaßt, daß die Teilsensoren (13', 13'') phasenverschobene Erfassungssignale liefern, und daß die Steuerschaltung in der Lage ist, anhand der Phasenverschiebung die Drehrichtung der Schneckenwelle (2) zu erfassen.
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