WO2018104196A1 - Nebenaggregat eines kraftfahrzeugs mit aktiver schwingungsreduktion - Google Patents

Nebenaggregat eines kraftfahrzeugs mit aktiver schwingungsreduktion Download PDF

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WO2018104196A1
WO2018104196A1 PCT/EP2017/081293 EP2017081293W WO2018104196A1 WO 2018104196 A1 WO2018104196 A1 WO 2018104196A1 EP 2017081293 W EP2017081293 W EP 2017081293W WO 2018104196 A1 WO2018104196 A1 WO 2018104196A1
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WO
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actuator
shaft
oscillation
accessory
motor vehicle
Prior art date
Application number
PCT/EP2017/081293
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English (en)
French (fr)
Inventor
Georg Felix Müller
Original Assignee
Brose Fahrzeugteile Gmbh & Co. Kommanditgesellschaft, Bamberg
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Publication date
Application filed by Brose Fahrzeugteile Gmbh & Co. Kommanditgesellschaft, Bamberg filed Critical Brose Fahrzeugteile Gmbh & Co. Kommanditgesellschaft, Bamberg
Publication of WO2018104196A1 publication Critical patent/WO2018104196A1/de

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/02—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems
    • F16F15/03—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems using magnetic or electromagnetic means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60N—SEATS SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLES; VEHICLE PASSENGER ACCOMMODATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60N2/00—Seats specially adapted for vehicles; Arrangement or mounting of seats in vehicles
    • B60N2/02—Seats specially adapted for vehicles; Arrangement or mounting of seats in vehicles the seat or part thereof being movable, e.g. adjustable
    • B60N2/0224—Non-manual adjustments, e.g. with electrical operation
    • B60N2/02246—Electric motors therefor
    • B60N2/02253—Electric motors therefor characterised by the transmission between the electric motor and the seat or seat parts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F2222/00—Special physical effects, e.g. nature of damping effects
    • F16F2222/06—Magnetic or electromagnetic

Definitions

  • the invention relates to an accessory of a motor vehicle, with a rotatably mounted, driven shaft.
  • the accessory is preferably an electromotive window.
  • the invention further relates to both a method for operating such an accessory and a use of such an accessory.
  • Motor vehicles have a number of (electromotive) ancillaries that do not directly serve the propulsion of the motor vehicle. In most cases, by means of these ancillaries a comfort of the user of the motor vehicle is increased.
  • ancillaries are for example electromotive windows or electric motor operated tailgates.
  • an adjustment namely a window or a tailgate, driven by an electric motor, so that the adjustment does not have to be spent manually.
  • Other such ancillaries are, for example, an electromotive seat adjustment, are spent in the components of a seat, such as a backrest or the full seat by means of an electric motor.
  • electromotive adjustable headrests are known.
  • Another such ancillary is a massage device that is a part of a vehicle seat.
  • a certain area of the vehicle seat is periodically adjusted when activated, such as a backrest or a part of a backrest. Due to this, blood circulation of a user of the vehicle seat is excited, and therefore, use of the vehicle is more pleasant. Also, by means of the motor vehicle, trips with a comparatively large time duration can be carried out in this manner without the user becoming tired. If the electric motor or another, rotating component of the accessory has an imbalance, there is an excitation of a housing of the auxiliary unit. In other words, the accessory is vibrated. As a result, a noise occurs, which reduces the comfort for the user. In particular, the noise is increased as long as the excitation frequency of the electric motor or of the rotating part corresponds to a natural frequency of the housing.
  • the electric motor or the rotating part is balanced. Therefore, a production is prolonged due to an additional operation, therefore manufacturing costs are increased. If the rotating component and the electric motor are manufactured independently of each other, a double balancing is also required, which further increases manufacturing costs.
  • the invention has for its object to provide both a particularly suitable accessory of a motor vehicle and a particularly suitable method for operating an accessory of a motor vehicle and a particularly suitable use of an accessory of a motor vehicle, in particular a comfort for a user increases and preferably manufacturing costs and / or a production time are lowered.
  • the auxiliary unit is a component of a motor vehicle and preferably has an electric motor.
  • the accessory is an electromotive auxiliary unit.
  • the electric motor itself is, for example, an asynchronous motor.
  • the electric motor is a synchronous motor.
  • the electric motor is a brushed commutator motor.
  • the electric motor is a brushless electric motor, in particular a brushless DC motor (BLDC).
  • the accessory is, for example, a Versteilantrieb. In operation, an adjusting part is moved along a displacement by means of Versteilantriebs.
  • the adjusting drive is an electric motorized window lift, an electric motor-operated tailgate or an electric motor-operated door, such as a sliding door.
  • the Versteilantrieb is an electric motor sunroof or an electric motor-operated hood.
  • the accessory is a pump, such as a lubricant pump.
  • the auxiliary unit is an oil pump, for example an engine oil or a gear oil pump.
  • the pump is a coolant pump or air conditioning compressor.
  • the accessory is an electric motor steering assistance or an ABS or ESP unit.
  • the auxiliary unit is an electromotive parking brake or another electric brake.
  • the accessory is a part of a vehicle seat and is used, for example, the adjustment of the seat or a part of the seat, such as a backrest or a headrest.
  • the accessory is a massage device of the vehicle seat. In other words, a massage function is performed during operation of the accessory.
  • a part of the seat such as the seat or a backrest moves, in particular periodically.
  • the accessory has a rotatably mounted shaft which is driven.
  • the shaft is, for example, in operative connection with the possible electric motor.
  • the shaft is a component of the electric motor or suitably connected to the shaft, in particular integrally formed.
  • the rotor shaft of the electric motor is extended so that it protrudes from this at least over the length of a possible housing of the electric motor.
  • that portion which is outside the housing of the electric motor is the shaft or at least partially forms the shaft.
  • the shaft is spaced from the electric motor.
  • the shaft carries a gear, in particular a worm wheel.
  • the shaft is not surrounded by any housing, or at least in sections free from a housing.
  • the shaft is rotatably supported in particular by means of a rolling bearing, for example a ball or cylinder bearing.
  • the accessory has a device for active reduction (damping) of vibrations of the shaft.
  • the device is used for the active reduction of unwanted vibrations of the shaft, which arise when driving the shaft, so if it is rotated.
  • the device serves to actively reduce vibrations of the shaft, as long as it rotates.
  • This is understood to mean, in particular, that unwanted oscillations of the shaft are avoided or at least reduced, which are not directly related to the drive of the shaft, but are generated on the basis of an operating image.
  • vibrations are applied to the shaft, which however are or can be independent of a rotational speed of the shaft.
  • the shaft is excited during operation of the device by means of this to a vibration, wherein the vibration is for example translational.
  • the device has a first actuator which is connected to the shaft.
  • the first actuator is non-rotatably mounted on the shaft.
  • the shaft is integral with the first actuator, and the first actuator is manufactured in one step with the shaft.
  • a cylindrical pin is provided for manufacturing, which forms the shaft and the first actuator, wherein the actuator forms a portion of the cylindrical pin.
  • the first actuator is in particular not rotationally symmetrical or rotationally symmetrical with respect to a rotational axis of the shaft, and is preferably offset in the radial direction with respect to the axis of rotation.
  • the first actuator is connected to a peripheral side of the shaft.
  • a symmetry of the shaft is disturbed by means of the first actuator, so that the composite of shaft and first actuator preferably leads to an asymmetrical structure, in particular to a symmetrical with respect to a rotational symmetry structure.
  • the accessory has a number of such first actuators, which are preferably not rotationally symmetrically arranged with respect to the axis of rotation.
  • the first actuators are rotationally symmetric with respect to the axis of rotation positioned.
  • the accessory has an electric motor, wherein the first actuator is expediently spaced from the electric motor.
  • the apparatus further includes a second actuator spaced from the first actuator, and more particularly spaced from the shaft.
  • a second actuator spaced from the first actuator, and more particularly spaced from the shaft.
  • an air gap is present between the second actuator and the shaft / the first actuator, so that the first actuator is spaced from the second actuator / shaft to form an air gap.
  • the second actuator is stationary, so preferably connected to other components of the accessory, in particular fixed, with respect to which the shaft is rotated in a drive.
  • the first actuator and the second actuator are at least partially, in particular temporarily, in a non-contact operative connection with each other.
  • a force on the second actuator and the second actuator exerted a force on the first actuator, for which no mechanical contact between them is required, even no indirect.
  • the first actuator and the second actuator are not in direct mechanical contact and the application of force is not due to a mechanical interaction. As a result, no friction occurs between them, which increases the efficiency. In addition, wear is essentially absent.
  • the oscillation of the shaft is expediently reduced.
  • a vibration is reduced by means of the two actuators whose deflection is in the radial direction and / or the axial direction.
  • the two actuators are expediently driven in opposite phase to any vibration of the shaft, so that by means of the two actuators, a vibration is applied to the shaft, which is in phase opposition to the vibration of the shaft.
  • this is the amplitude and / or the frequency equal.
  • the second actuator or the first actuator is driven in such a way that the shaft executes a certain oscillation.
  • a noise of the wave can be actively influenced, so that it gives off a certain noise. Consequently, an operation of the shaft is signaled to the user, wherein in particular it is ensured that the shaft always carries out the same oscillation, ie in particular always has the same frequency and / or the same amplitude, so that the user obtains a uniform acoustic impression.
  • the auxiliary unit comprises a control unit (control unit), which is expediently connected by signal technology to the first and / or the second actuator.
  • control unit control unit
  • the first actuator and / or the second actuator is controlled by means of the control unit.
  • the first actuator is a passive actuator
  • the second actuator is an active actuator.
  • only the second actuator is signal-wise coupled to the control unit, wherein the control unit is preferably stationary.
  • control unit has a digital controller, for example a P, an I or a D controller.
  • the control unit expediently comprises a PID controller.
  • the accessory includes a speed sensor, such as a Hall sensor or a microsystem (MEMS).
  • MEMS microsystem
  • the actuation of the actuator or actuators takes place as a function of a rotational speed or a position of the shaft.
  • any imbalance of the shaft or a resulting oscillation of the shaft is stored during operation in a memory of the ancillary unit, for example in a memory of the control unit.
  • a resulting vibration is deposited as a function of a rotational speed of the shaft, in particular in a characteristic field. If, consequently, during operation of the auxiliary unit, the shaft is rotated, it is determined on the basis of the characteristic diagram which oscillation results.
  • a control of the respective actuator by means of the map is carried out such that the shaft is placed in an additional oscillation, which has the same amplitude and frequency, to this, however, is 180 ° out of phase.
  • the destructive interference occurs.
  • the frequency or amplitude is substantially the same, for example, there is a deviation of 10%, 5%, 2% or 0%.
  • the actuator or actuators is / are actuated in such a way that they apply a superposition of different vibrations to the shaft, provided that it also has vibrations with different frequencies, ie in particular harmonics, during operation.
  • the second actuator has an electromagnet.
  • the second actuator is an electromagnet.
  • the first actuator itself is configured appropriately, so that it interacts with the second actuator.
  • the first actuator is also an electromagnet.
  • the first actuator is particularly preferably a ferromagnetic, for example iron, so that by means of a magnetic interaction the second actuator exerts a (magnetic) force on the first actuator and vice versa.
  • manufacturing costs are reduced and it is not necessary to supply the moving with the shaft first actuator with electrical energy.
  • the first actuator is an electrical conductor, in particular a metal plate.
  • the first actuator is preferably positioned such that, when the second actuator is driven, eddy currents are induced within the first actuator.
  • the resulting magnetic fields interact with the means of Magnetic sensors created together second actuator, so that a force is applied by means of the second actuator to the first actuator.
  • the actuator has a permanent magnet, and preferably the first actuator is the permanent magnet.
  • the first actuator is the permanent magnet.
  • the electromagnet comprises a coil.
  • the coil is preferably wound from an enameled wire, for example a copper enameled wire or an aluminum enameled wire.
  • the coil is arranged parallel to the shaft.
  • the axis of the coil is parallel to the shaft, in particular to a rotation axis of the shaft.
  • the coil is wound on a core which is U-shaped and has a center leg and two side legs. In this case, each end of the center leg is connected to one of the ends of each side legs arranged parallel to each other, and the coil is wound on the center leg.
  • the middle leg is attached to the two side legs, or the core is in one piece.
  • the core itself is made of a soft magnetic material, in particular of a metal sheet, preferably a soft iron. In this way, the magnetic field is comparatively quickly switchable.
  • the core is formed by means of a laminated core or has at least one laminated core.
  • the individual sheet metal layers are one-piece and U-shaped.
  • the electromagnet is positioned relative to the shaft such that the center leg is offset from the shaft with respect to the free ends of the side legs.
  • the side legs are at least partially offset in the direction of the shaft with respect to the center leg.
  • the magnetic field created by the coil exits the core at the ends of the side legs offset in the direction of the shaft, where the magnetic field is suitably concentrated.
  • the first actuator and the second actuator each have an electrode.
  • the first actuator or the second actuator is formed by means of the respective electrode, or by means of the electrode and a possible connection.
  • the first actuator is integral with the shaft.
  • the second actuator surrounds the shaft circumferentially.
  • the second actuator is designed as a hollow cylinder or annular.
  • the second actuator is positioned concentric with the shaft.
  • the shaft is surrounded circumferentially only in an axial section by means of the second actuator.
  • the second actuator comprises the electromagnet, which preferably comprises a coil.
  • the coil is wound around the shaft.
  • the shaft is inserted into the coil.
  • the coil is spaced from the shaft, in particular to form an air gap.
  • the first actuator is a permanent magnet or a ferromagnetic, ie in particular soft iron.
  • the second actuator When the second actuator is actuated, in particular a force is applied to the shaft in the axial direction, so that an oscillation of the shaft in the axial direction, ie in a direction parallel to the axis of rotation of the shaft, is reduced by means of the two actuators.
  • the first actuator is a permanent magnet
  • this is, for example, rotationally symmetrical with respect to the shaft or offset with respect to a rotational axis of the shaft in the radial direction.
  • the magnetization direction of the permanent magnet of the first actuator is also in the axial direction, which improves an interaction.
  • the second actuator is offset in the axial direction with respect to the shaft.
  • a space is provided in the axial direction between the shaft and the second actuator, which is filled in particular with air.
  • a force on the shaft which is directed at least partially parallel to the axial direction of the shaft.
  • the first actuator is connected to an axial end of the shaft, so that a distance between the two actuators is reduced.
  • a force action between the two is increased. Due to the application of a force component in the axial direction of any bearing of the shaft are relatively little stress, so the shaft only has to be supported comparatively low in the axial direction. Thus, an efficiency of the accessory is increased due to the reduced friction.
  • the second actuator is offset in the radial direction with respect to the shaft.
  • the second actuator is offset, for example, in the axial direction with respect to the shaft.
  • the second actuator particularly preferably covers the shaft when projected onto it in the radial direction.
  • the second actuator is not offset with respect to the shaft in the axial direction.
  • a gap suitably an air gap.
  • the second actuator is arranged in the axial direction between any two bearings, by means of which the shaft is mounted.
  • the second actuator is positioned substantially centrally between the two bearings in the axial direction.
  • the first actuator is positioned in the axial direction between the two bearings, in particular in the center.
  • force is applied by the two actuators to the shaft substantially in the range of a maximum amplitude of vibration of the shaft in the radial direction, so that it can be suppressed comparatively efficiently.
  • the accessory has a sensor for detecting a vibration of the shaft.
  • the sensor is suitable, in particular specially provided and furnished, suitably upgraded, a
  • the senor comprises a piezoelectric element, which rests against the shaft.
  • the sensor is an acceleration sensor which is connected to the shaft, for example in the region of the first actuator.
  • the sensor is preferably in direct mechanical contact with the first actuator. Consequently, by means of the sensor, a vibration is detected in the region in which a force is applied to the shaft during operation by means of the first actuator. Also, by means of the sensor any aging effects of the accessory and environmental influences are taken into account, which have an influence on a training of the vibrations of the shaft. In addition, it is not necessary to measure each accessory with respect to a test rig with regard to the formation of vibrations, which reduces manufacturing costs.
  • a comparatively inexpensive control unit can be used, since this does not have to have a characteristic field.
  • the sensor itself is preferably signal-technically coupled to the possible control unit. At least, however, the sensor is signal-coupled with the first and / or second actuator, for example via the control unit.
  • the method is for operating an accessory of a motor vehicle having a rotatably mounted, driven shaft and a device for actively reducing vibrations of the shaft.
  • the device comprises a first actuator connected to the shaft and a stationary second actuator spaced therefrom.
  • the first actuator and the second actuator are at least partially in a non-contact interaction with each other.
  • the accessory is preferably an electric motor accessory and thus has an electric motor, by means of which preferably the shaft is driven.
  • the accessory is for example a Versteilantrieb, such as a window, a tailgate or a door, such as a sliding door.
  • the Versteilantrieb is a sunroof or an electric motor operated hood.
  • the accessory is a pump, such as a lubricant pump and in particular an oil pump.
  • the accessory is an air conditioning compressor or an electric motor brake, such as a parking brake.
  • the accessory is a Kuhlstoffpunnpe or a Klimakonnpressor.
  • the accessory has a sensor for detecting a vibration of the shaft.
  • the auxiliary unit comprises a control unit, which is signal-technically coupled to the sensor. Sensor data of the sensor are preferably detected or at least analyzed and evaluated by means of the control unit.
  • the control unit is further signal-coupled with the first actuator and / or second actuator. In other words, a control or regulation of the first or second actuator takes place by means of the control unit.
  • the first actuator / the second actuator is preferably energized by means of the control unit.
  • the control unit is suitable, in particular provided and arranged, suitably trained to carry out a method.
  • the method provides that a first oscillation of the wave is detected with a frequency and with a first amplitude.
  • the sensor is used.
  • the first actuator and / or the second actuator are driven in response to the frequency for generating a second oscillation of the shaft, wherein, for example, a control of the respective actuator takes place.
  • the first and the second actuator are controlled in such a way that they apply a second oscillation to the shaft and consequently generate the second oscillation.
  • the second oscillation preferably has the frequency, that is to say the frequency of the first oscillation.
  • the drive is such that a third oscillation of the shaft results due to a superposition of the first oscillation and the second oscillation.
  • the amplitude of the third oscillation is smaller than the first amplitude.
  • the vibration of the shaft is reduced.
  • the first actuator and / or the second actuator are driven as a function of the frequency for generating a second oscillation of the shaft.
  • the shaft is set into a second oscillation by means of the first actuator and / or the second actuator.
  • the drive is such that a third vibration the wave results, which is the superposition of the first vibration and the second vibration.
  • the second oscillation has the frequency of the first oscillation or an integer multiple thereof.
  • the second oscillation is out of phase with respect to the first oscillation, in particular by 180 °, so that the first oscillation and the second oscillation at least partially cancel each other out.
  • a negative feedback is created in particular.
  • the shaft is stiffened, for example.
  • the second oscillation is created by means of a suitable pulse sequence.
  • the second oscillation is in the form of a pulse sequence, wherein expediently the individual pulses are shorter in time than a wavelength of the second oscillation, in particular shorter than 20%, 10%, 5% or 1% thereof.
  • the second oscillation is phase-shifted by 90 ° with respect to the first oscillation and / or has the first amplitude. This corresponds to an exponential decay of the third oscillation.
  • the drive is set such that the amplitude of the third oscillation remains below a threshold, which is zero, for example, so that the shaft performs substantially no oscillation.
  • the limit is fixed and, for example, 5 mm, 2 mm or 1 mm.
  • the limit value is determined as a function of the first amplitude and, for example, equal to one half, one quarter or one tenth of the first amplitude. Due to the method, a noise of the accessory is reduced and reduced mechanical stress. For this purpose, no production of the components of the shaft with comparatively low error tolerances and a balancing of the shaft is required, which reduces manufacturing costs.
  • a number of first oscillations are detected, which differ according to the respective frequency.
  • a corresponding number of second oscillations is generated by means of the first actuator and / or the second actuator, so that the resulting third vibrations of the waves are reduced in comparison to the first oscillations.
  • the first actuator is passive, for example, a permanent magnet. In this way, generation of drive signals is reduced, and the control unit can be constructed comparatively easily. Nor is it necessary to transmit control signals to the first actuator rotating with the shaft.
  • an accessory of a motor vehicle with a rotatably mounted, driven shaft and with a device for actively reducing vibrations of the shaft wherein the device has a shaft connected to the first actuator and a second actuator spaced therefrom, and wherein the first actuator and the second actuator are at least partially in a non-contact operative connection with each other, used to perform a method in which a first oscillation of the shaft is detected at a frequency and at a first amplitude, and wherein the first actuator and / or the second actuator in dependence the frequency for generating a second oscillation of the shaft is controlled such that a third oscillation of the shaft results, wherein an amplitude of the third oscillation is smaller than the first amplitude.
  • Fig. 2 schematically simplifies the electric motor with a shaft connected thereto and a device for the active reduction of
  • an auxiliary unit 2 of a motor vehicle in the form of an electric motor Versteilantriebs, namely an electric motor window is shown schematically.
  • the electromotive window lift 2 comprises an adjustment part 4, namely a window pane, and is fastened to a door 6 of the motor vehicle.
  • the window 4 is spent on activation by means of an electric motor 8 along an adjustment path 10.
  • the electric motor 8 is controlled by means of an electronic control unit 12, which is activated via a button 14 by a user of the motor vehicle.
  • a control command is transmitted to the electric motor 8, which has an electronics 16.
  • the electronics 16 includes a speed control, by means of which the speed of the electric motor 8 is controlled. In a variant, not shown, the electronics 16 has a speed control, by means of which the speed of the electric motor 8 is controlled.
  • the control electronics 12 has an algorithm for detecting a trapping case, wherein, for example, the force applied by the electric motor 8 and / or the position of the window pane 4 along the adjustment path 10 is used as input variables. In particular, when a certain threshold value is exceeded, a trapping case is detected by the force applied by the electric motor 8.
  • the auxiliary unit 2 with the electric motor 8 is shown schematically in simplified section along a rotation axis 18 in a sectional view. shows.
  • the electric motor 8 has a motor shaft 20 on which a rotor 22 is secured against rotation.
  • the rotor 22 is circumferentially surrounded by a stator 24 to form an air gap.
  • the motor shaft 20 is rotatably mounted about the axis of rotation 18 by means of an A-side bearing 26 and a B-side bearing 28, wherein the two bearings 26,28 serve the rotary bearing and are in particular ball bearings or plain bearings.
  • the stator 24, the rotor 22 and the two bearings 26,28 are disposed within a motor housing 30, and the motor shaft 20 is in an axial direction 32, that is, a direction which is parallel to the rotation axis 18, via the housing 30 via.
  • a shaft 34 is integrally formed on the motor shaft 20.
  • the shaft 34 passes into the motor shaft 20, which are thus manufactured in one piece and in one step.
  • the shaft 34 is mounted on the opposite end of the motor 8 by means of a third bearing 36, which is for example identical to the A-side bearing 26 and the B-side bearing 28. At least, however, serves the third bearing 36 of the rotary bearing and is in particular a ball bearing or plain bearings.
  • the shaft 34 is made of a steel, and this is preferably a not shown screw of the worm gear placed in the region of the third bearing 36.
  • the accessory 2 further includes a device 38 for actively reducing vibrations of the shaft 34.
  • the device 38 comprises a control unit (control unit) 40 with a PID controller 42, which is designed digitally.
  • the device 38 has a sensor 44 and a second actuator 46.
  • the second actuator 46 is signal-wise connected to the control unit 40, which is signal-wise connected to the sensor 44.
  • the sensor 44, the control unit 40 and the second actuator 46 are stationary, so that they are not moved during a rotational movement of the shaft 34 and the motor shaft 20.
  • the sensor 44 is suitable, provided and arranged to detect a vibration of the shaft 34.
  • the second actuator 46 includes a solenoid 48 in the form of a coil that is concentrically wound around the shaft 34 to form an air gap.
  • the electromagnet 48 surrounds a first actuator 50 connected in a rotationally fixed manner to the shaft in the form of a permanent magnet 52, which is magnetized in the axial direction 32.
  • a method 54 is shown, which is shown in Fig. 3.
  • the electric motor 8 is energized by the electronics 16 in a work step, not shown, so that the motor shaft 20 performs a rotational movement about the axis of rotation 18.
  • the shaft 34 also performs a rotational movement about the axis of rotation 18.
  • a first oscillation 58 of the shaft 34 having a frequency 60 and a first amplitude 62, is detected by means of the sensor 44, as shown in FIG. 4.
  • the first vibration 58 is a temporal vibration of the shaft 34 in the axial direction 32, and the frequency 60 is shown in the form of the wavelength in FIG.
  • a second step 64 the second actuator 46 is controlled by means of the control unit 40, in particular by means of the PID controller 42, and consequently the electromagnet 48 is energized.
  • a pulsating magnetic field in the axial direction 32 is created, which also has the frequency 60.
  • a second oscillation 66 is generated.
  • the shaft 34 is excited due to the rigid connection of these with the first actuator 50.
  • the second oscillation 66 also has the frequency 60 and a second amplitude 68 which is slightly smaller than the first amplitude.
  • the second oscillation 66 is phase-shifted with respect to the first oscillation 58, namely by 180 °.
  • the third oscillation 70 has an amplitude 72 which is smaller than the first amplitude 62.
  • the second actuator 46 is driven in response to the frequency 60 for generating the second oscillation 66 of the shaft 34 such that the third oscillation 70 of the shaft results, wherein the amplitude 72 of the third oscillation 70 is smaller than the first amplitude 62.
  • the first actuator 50 is designed in the form of a sector of a cylinder.
  • the first actuator 50 has a cross-section perpendicular to the axial direction. 32, a circular sector as a cross section. In an alternative, the cross section is circular arc.
  • the first actuator 50 is integral with the shaft 34 and flush with it, so that the composite of shaft 34 and first actuator 50 is configured substantially cylindrical.
  • the second actuator 46 has the electromagnet 48, which is modified.
  • the electromagnet 48 comprises a coil 74 arranged parallel to the shaft 34.
  • the coil 74 is hollow-cylindrical and the axis of the hollow cylinder extends in the axial direction 32.
  • the electromagnet 46 comprises a core 76 which is made of soft-magnetic laminations.
  • the core 76 is U-shaped and has a center leg 78, the ends of which are respectively connected to ends of two side legs 80. The remaining free ends of the side legs 76 are recessed arched.
  • the two side legs 80 are parallel to each other and congruent in an axial direction projection 32.
  • the spool 74 is spaced from the shaft 34 and wound about the center leg 78 of the core 76.
  • the center leg 78 supporting the spool 74 is offset in a radial direction 82 with respect to the shaft 34, and the two side legs are offset with respect to the center leg 78 in the direction of the shaft 34 and extend in the radial direction 82.
  • the side legs 76 and the shaft 34 and the first actuator 50 each formed an air gap 84, so that the second actuator 46 contacts neither the shaft 34 nor the first actuator 50.
  • the method 54 shown in FIG. 3 is also used, whereby vibrations in the radial direction 82 are reduced by means of this device.
  • the first vibration 58 is directed in the radial direction 82.
  • the sensor 44 is suitably adapted here, as is the control unit 40.
  • FIG. 6 shows a further alternative of the device 38, which in turn has the control unit 40, the sensor 44 and the first actuator 50 as well as the second actuator 46.
  • the shaft 34 is mounted at the end by means of the third bearing 36 and carries a first gear 86, which meshes with a second gear 88 of a transmission 90, not shown, in operation.
  • the first actuator 50 is attached, wherein between the first actuator 50 and the first gear 86, the third bearing 36 is arranged.
  • the first Actuator 50 is in turn the permanent magnet 52 or a ferromagnetic.
  • the first actuator 50 is an electrical conductor, in which, upon exposure to a magnetic field, eddy currents are induced, which in turn form a magnetic field.
  • the second actuator 46 includes the electromagnet 48 and is signal-wise coupled in a manner not shown via the control unit 40 to the sensor 44 and is operated by the control unit 40.
  • the second actuator 46 is offset relative to the shaft 34 and with respect to the first actuator 50 in the axial direction 32. As a result, a force is exerted on the shaft 34 in the axial direction 32 during operation of the electromagnet 48, so that in turn by means of the device 38 vibrations in the axial direction 32 of the shaft 34 can be reduced.
  • a final embodiment of the device 38 which in turn has the control unit 40, the sensor 44 and the second actuator 46, which are signal technically coupled to each other.
  • the device 38 in turn, the first actuator 50 which is rotatably mounted on the shaft 34.
  • the first actuator 50 is also connected by signal technology to the control unit 40.
  • the first actuator 50 and the second actuator 46 each have an electrode 92 and thus form a capacitor.
  • the rotatably mounted shaft 34 is influenced contactlessly by means of the contactless acting on the shaft 34 connected to the first actuator 50 second actuator 46 via a dynamic force field.
  • a vibration reduction of disturbing vibration components of the rotating shaft 34 in operation is achieved.
  • certain vibration components are thereby selectively changed or generated, so that a certain acoustic impression of the shaft 34 is created.
  • the device 38 also serves to generate vibrations of the shaft 34, as long as it rotates.
  • the device 38 includes the solenoid 48 enclosing the shaft 34 and rotating with the shaft 34 when in use first actuator 50, which may be the permanent magnet 52 or a ferromagnetic.
  • first actuator 50 comprises a soft magnetic material in which, preferably in operation, eddy currents are generated which interact with the magnetic field generated by the electromagnet 48.
  • the electromagnet 46 is laterally offset in the radial direction 82 to the shaft 34, and the first actuator 50 is in turn the permanent magnet 52 or another Ferromagnetikum.
  • the second actuator 46 is arranged in the axial direction 32 laterally to the shaft 34 and, for example, also has the electromagnet 46, which preferably comprises a coil and a core.
  • the first actuator 50 is in turn a permanent magnet 52 or a ferromagnetic.
  • the magnetic fields created cooperate by means of eddy currents, which can be driven, for example, via coil currents, the coils preferably being part of the electric motor 8.
  • the application of the force to the shaft 34 takes place due to the electrically capacitive reaction of the electrodes 92, which can be controlled via an electrical voltage.
  • the amplitude and phase of the first oscillation 58 are detected, wherein the sensor 44 is integrated in a circuit, for example in a microcircuit (MEMS) or a Hall sensor.
  • the controller 42 is designed in particular digital, for example, a PID controller or a feed-forward controller.
  • the accessory 2 has a comparatively low complexity. If the device 38 has the electromagnet 46, it is possible to apply comparatively strong forces to the shaft 34, so that comparatively large first oscillations 58 can also be compensated by means of the device 38.
  • the control is comparatively easy. Also, a connection to the controller 42 can be done comparatively easily, for example via a computer or a control board. Due to the use of an integrated sensor 44, a comparatively compact construction of the auxiliary unit 2 is provided. Due to the digital regulator 42, an optimization tion of the control loop to the actual first vibration 58 allows.
  • the controller 42 is a pure D-controller, which thus acts as an attenuator.
  • the controller 42 is a pure P-controller, which is used as a modifier of the wave rigidity.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Nebenaggregat (2) eines Kraftfahrzeugs, insbesondere Fensterheber, mit einer drehbar gelagerten, angetriebenen Welle (34), und mit einer Vorrichtung (38) zur aktiven Reduktion von Schwingungen der Welle (34). Die Vorrichtung (38) weist einen an der Welle (34) angebundenen ersten Aktor (50) und einen hiervon beabstandeten, stationären zweiten Aktor (46) auf. Der erste Aktor (50) und der zweite Aktor (46) stehen zumindest teilweise in einer berührungslosen Wirkverbindung miteinander. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren (54) zum Betrieb eines Nebenaggregats (2) eines Kraftfahrzeugs und eine Verwendung eines Nebenaggregats (2) eines Kraftfahrzeugs.

Description

Beschreibung
NEBENAGGREGAT EINES KRAFTFAHRZEUGS MIT AKTIVER SCHWINGUNGSREDUKTION
Die Erfindung betrifft ein Nebenaggregat eines Kraftfahrzeugs, mit einer drehbargelagerten, angetriebenen Welle. Das Nebenaggregat ist bevorzugt ein elektromotorischer Fensterheber. Die Erfindung betrifft ferner sowohl ein Verfahren zum Betrieb eines derartigen Nebenaggregats als auch eine Verwendung eines derartigen Nebenaggregats.
Kraftfahrzeuge weisen eine Anzahl an (elektromotorischen) Nebenaggregaten auf, die nicht direkt dem Vortrieb des Kraftfahrzeugs dienen. Meist wird mittels dieser Nebenaggregate ein Komfort des Benutzers des Kraftfahrzeugs erhöht. Derartige Nebenaggregate sind beispielsweise elektromotorische Fensterheber oder elektromotorisch betriebene Heckklappen. Hierbei wird ein Verstellteil, nämlich ein Fenster bzw. eine Heckklappe, mittels eines Elektromotors angetrieben, sodass das Verstellteil nicht manuell verbracht werden muss. Weitere derartige Nebenaggregate sind beispielsweise eine elektromotorische Sitzverstellung, bei der Bestandteile eines Sitzes, wie eine Lehne oder der vollständige Sitz, mittels eines Elektromotors verbracht werden. Auch sind elektromotorisch verstellbare Kopfstützen bekannt. Ein weiteres derartiges Nebenaggregat ist eine Massageeinrichtung, die ein Bestandteil eines Fahrzeugsitzes ist. Hierbei wird bei Aktivierung ein bestimmter Bereich des Fahrzeugsitzes periodisch verstellt, wie eine Rückenlehne oder ein Teil einer Rückenlehne. Aufgrund dessen wird eine Durchblutung eines Benutzers des Fahrzeugsitzes angeregt, weswegen eine Benutzung des Kraftfahrzeugs angenehmer ist. Auch können mittels des Kraftfahrzeugs auf diese Weise Fahrten mit einer vergleichsweise großen zeitlichen Dauer ausgeführt werden, ohne dass der Benutzer ermüdet. Sofern der Elektromotor oder ein sonstiges, rotierendes Bestandteil des Nebenaggregats eine Unwucht aufweist, erfolgt eine Anregung eines Gehäuses des Nebenaggregats. Mit anderen Worten wird das Nebenaggregat in eine Schwingung versetzt. Infolgedessen tritt eine Geräuschentwicklung auf, die den Komfort für den Benutzer schmälert. Insbesondere ist die Geräuschentwicklung erhöht, sofern die Anregungsfrequenz des Elektromotors bzw. des rotierenden Teils einer Eigenfrequenz des Gehäuses entspricht. Um eine derartige Geräuschentwicklung zu verhindern, wird üblicherweise der Elektromotor bzw. das rotierende Teil gewuchtet. Daher ist eine Fertigung aufgrund eines zusätzlichen Arbeitsschrittes verlängert, weswegen Herstellungskosten erhöht sind. Sofern das rotierende Bestandteil und der Elektromotor unabhängig voneinander gefertigt werden, ist zudem eine zweifache Wuchtung erforderlich, was Herstellungskosten weiter erhöht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, sowohl ein besonders geeignetes Nebenaggregat eines Kraftfahrzeugs als auch ein besonders geeignetes Verfahren zum Betrieb eines Nebenaggregats eines Kraftfahrzeugs und eine besonders geeignete Verwendung eines Nebenaggregats eines Kraftfahrzeugs anzugeben, wobei insbesondere ein Komfort für einen Benutzer erhöht und vorzugsweise Herstellungskosten und/oder eine Fertigungszeit gesenkt sind.
Hinsichtlich des Nebenaggregats wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 , hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 9 und hinsichtlich der Verwendung durch die Merkmale des Anspruchs 10 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
Das Nebenaggregat ist ein Bestandteil eines Kraftfahrzeugs und weist bevorzugt einen Elektromotor auf. Mit anderen Worten ist das Nebenaggregat ein elektromotorisches Nebenaggregat. Der Elektromotor selbst ist beispielsweise ein Asynchronmotor. Insbesondere jedoch ist der Elektromotor ein Synchronmotor. Z.B. ist der Elektromotor ein bürsten behafteter Kommutatormotor. Vorzugsweise ist der Elektromotor ein bürstenloser Elektromotor, insbesondere ein bürstenloser Gleichstrommotor (BLDC). Das Nebenaggregat ist beispielsweise ein Versteilantrieb. Bei Betrieb wird mittels des Versteilantriebs ein Verstellteil entlang eines Verstellwegs verbracht. Beispielsweise ist der Versteilantrieb ein (elektromotorischer) Fensterheber, eine elektromotorisch betriebene Heckklappe oder eine elektromotorisch betriebene Tür, wie eine Schiebetür. Alternativ hierzu ist der Versteilantrieb ein elektromotorisches Schiebedach oder ein elektromotorisch betriebenes Verdeck. In einer weiteren Alternative ist das Nebenaggregat eine Pumpe, wie beispielsweise eine Schmiermittelpumpe. Insbesondere ist das Nebenaggregat eine Ölpumpe, beispielsweise eine Motoröl- oder eine Getriebeölpumpe. In einer Alternative ist die Pumpe eine Kühlmittelpumpe oder ein Klimakompressor. Zweckmäßigerweise ist das Nebenaggregat eine elektromotorische Lenkunterstützung oder eine ABS- oder ESP-Einheit. In einer weiteren Alternative ist das Nebenaggregat eine elektromotorische Parkbremse oder eine sonstige elektrische Bremse. Besonders bevorzugt ist das Nebenaggregat ein Bestandteil eines Fahrzeugsitzes und dient beispielsweise der Verstellung des Sitzes oder eines Teils des Sitzes, wie einer Lehne oder einer Kopfstütze. Besonders bevorzugt ist das Nebenaggregat eine Massageeinrichtung des Fahrzeugsitzes. Mit anderen Worten wird bei Betrieb des Nebenaggregats eine Massagefunktion ausgeführt. Hierbei wird beispielsweise ein Bestandteil des Sitzes, wie die Sitzfläche oder eine Lehne bewegt, insbesondere periodisch.
Das Nebenaggregat weist eine drehbar gelagerte Welle auf, die angetrieben ist. Hierfür steht die Welle beispielsweise in Wirkverbindung mit dem etwaigen Elektromotor. Insbesondere ist die Welle ein Bestandteil des Elektromotors oder geeigneterweise an der Welle angebunden, insbesondere angeformt. Zweckmäßigerweise ist die Rotorwelle des Elektromotors verlängert, sodass diese zumindest über die Länge eines etwaigen Gehäuses des Elektromotors aus diesem übersteht. Geeigneterweise ist derjenige Abschnitt, der sich außerhalb des Gehäuses des Elektromotors befindet, die Welle oder bildet zumindest teilweise die Welle. Vorzugsweise ist die Welle von dem Elektromotor beabstandet. Beispielsweise trägt die Welle ein Getrieberad, wie insbesondere ein Schneckenrad. Vorzugsweise ist die Welle von keinem Gehäuse umgeben, oder zumindest abschnittsweise frei von einem Gehäuse. Die Welle ist insbesondere mittels eines Wälzlagers drehbar gelagert, beispielsweise einem Kugel- oder Zylinderlager.
Ferner weist das Nebenaggregat eine Vorrichtung zur aktiven Reduktion (Dämpfung) von Schwingungen der Welle auf. Mit anderen Worten dient die Vorrichtung der aktiven Reduktion von ungewünschten Schwingungen der Welle, die bei einem Antrieb der Welle entstehen, also falls diese rotiert wird. Die Vorrichtung dient der aktiven Reduktion von Schwingungen der Welle, sofern diese rotiert. Hierunter wird insbesondere verstanden, dass ungewollte Schwingungen der Welle vermieden werden oder zumindest verringert werden, die in keinem direkten Zusammenhang mit dem Antrieb der Welle stehen, sondern aufgrund eines Betriebsbilds erzeugt werden. Insbesondere wird hierunter auch verstanden, dass Schwingungen auf die Welle aufgebracht werden, die jedoch unabhängig von einer Drehzahl der Welle sind oder sein können. Mit anderen Worten wird die Welle bei Betrieb der Vorrichtung mittels dieser zu einer Schwingung angeregt, wobei die Schwingung beispielsweise translatorisch ist.
Die Vorrichtung weist einen ersten Aktor auf, der an der Welle angebunden ist. Insbesondere ist der erste Aktor drehfest an der Welle befestigt. Beispielsweise ist die Welle einstückig mit dem ersten Aktor, und der erste Aktor wird in einem Arbeitsschritt mit der Welle gefertigt. Beispielsweise wird zur Herstellung ein zylindrischer Stift bereitgestellt, der die Welle und den ersten Aktor bildet, wobei der Aktor einen Abschnitt des zylindrischen Stifts bildet. Der erste Aktor ist insbesondere nicht rotations- oder drehsymmetrisch bezüglich einer Rotationsachse der Welle, und ist bezüglich der Rotationsachse vorzugsweise in radialer Richtung versetzt. Insbesondere ist der erste Aktor an einer Umfangsseite der Welle angebunden. Geeigneterweise wird mittels des ersten Aktors eine Symmetrie der Welle gestört, sodass der Verbund aus Welle und erstem Aktor vorzugsweise zu einem unsymmetrischen Aufbau führt, insbesondere zu einem bezüglich einer Drehsymmetrie unsymmetrischen Aufbau. Mit anderen Worten führt lediglich eine Rotation der Welle um 360° zu einer erneuten Abbildung auf sich selbst. Alternativ hierzu weist das Nebenaggregat eine Anzahl derartiger erster Aktoren auf, wobei diese vorzugsweise nicht drehsymmetrisch bezüglich der Rotationsachse angeordnet sind. Alternativ hierzu sind die ersten Aktoren rotationssymmetrisch bezüglich der Rotationsachse positioniert. Vorzugsweise weist das Nebenaggregat einen Elektromotor auf, wobei der erste Aktor zweckmäßigerweise von dem Elektromotor beabstandet ist.
Die Vorrichtung weist ferner einen zweiten Aktor auf, der von dem ersten Aktor beabstandet ist, und der insbesondere von der Welle beabstandet ist. Zweckmäßigerweise ist zwischen dem zweiten Aktor und der Welle / dem ersten Aktor ein Luftspalt vorhanden, sodass der erste Aktor von dem zweiten Aktor / der Welle unter Ausbildung eines Luftspalts beabstandet ist. Der zweite Aktor ist stationär, also an weiteren Bestandteilen des Nebenaggregats vorzugsweise angebunden, insbesondere befestigt, bezüglich derer die Welle bei einem Antrieb rotiert wird.
Zumindest bei Betrieb des Nebenaggregats stehen der erste Aktor und der zweite Aktor zumindest teilweise, insbesondere zeitweise, in einer berührungslosen Wirkverbindung miteinander. Mit anderen Worten wird bei Betrieb von dem ersten Aktor eine Kraft auf den zweiten Aktor und von dem zweiten Aktor eine Kraft auf den ersten Aktor ausgeübt, wofür kein mechanischer Kontakt zwischen diesen erforderlich ist, auch kein mittelbarer. Mit anderen Worten sind der erste Aktor und der zweite Aktor in keinem direkten mechanischen Kontakt und die Kraftausübung erfolgt auch nicht aufgrund einer mechanischen Wechselwirkung. Infolgedessen tritt zwischen diesen keine Reibung auf, was den Wirkungsgrad erhöht. Zudem ist ein Verschleiß im Wesentlichen nicht vorhanden.
Aufgrund der Wechselwirkung zwischen den beiden Aktoren erfolgt auch eine Kraftausübung von dem zweiten Aktor auf die Welle, weswegen diese geeignet beeinflusst werden kann. Mittels geeigneter Ansteuerung der beiden Aktoren wird zweckmäßigerweise die Schwingung der Welle reduziert. Insbesondere wird eine Schwingung mittels der beiden Aktoren reduziert, deren Ausschlag in radialer Richtung und/oder axialer Richtung ist. Hierfür werden die beiden Aktoren zweckmäßigerweise gegenphasig zu einer etwaigen Schwingung der Welle angesteuert, sodass mittels der beiden Aktoren eine Schwingung auf die Welle aufgebracht wird, die gegenphasig zu der Schwingung der Welle ist. Vorzugsweise ist hierbei die Amplitude und/oder die Frequenz gleich. Infolgedessen erfolgt eine destruktive Interferenz der beiden Schwingungen, sodass die Welle bei geeigneter Ansteue- rung der beiden Aktoren keine Schwingung aufweist. Infolgedessen ist eine Geräuschentwicklung reduziert, was den Komfort eines Benutzers des Kraftfahrzeugs erhöht. Zudem ist eine mechanische Belastung der Welle sowie mit der Welle verbundener Bauteile, wie etwaiger Lager verringert, weswegen eine Zuverlässigkeit oder eine Betriebsdauer des Nebenaggregats erhöht ist. Auch ist keine Wuchtung der Welle oder etwaiger an dieser befestigter Bestandteile erforderlich, was eine Fertigungszeit senkt, und somit Herstellungskosten reduziert.
Alternativ wird der zweite Aktor bzw. der erste Aktor derart angesteuert, dass die Welle eine bestimmte Schwingung ausführt. Somit kann eine Geräuschentwicklung der Welle aktiv beeinflusst werden, sodass diese ein bestimmtes Geräusch abgibt. Folglich wird dem Benutzer ein Betrieb der Welle signalisiert, wobei insbesondere sichergestellt ist, dass die Welle stets die gleiche Schwingung ausführt, also insbesondere stets die gleiche Frequenz und/oder die gleiche Amplitude aufweist, sodass für den Benutzer ein gleichmäßiger akustischer Eindruck entsteht.
Insbesondere umfasst das Nebenaggregat ein Steuergerät (Steuereinheit), das zweckmäßigerweise signaltechnisch mit dem ersten und/oder dem zweiten Aktor verbunden ist. Mit anderen Worten wird der erste Aktor und/oder der zweite Aktor mittels der Steuereinheit gesteuert. Geeigneterweise ist der erste Aktor ein passiver Aktor, und der zweite Aktor ist ein aktiver Aktor. Mit anderen Worten ist lediglich der zweite Aktor signaltechnisch mit der Steuereinheit gekoppelt, wobei die Steuereinheit vorzugsweise stationär ist. Infolgedessen ist es nicht erforderlich, etwaige Steuersignale zu dem mit der Welle rotierenden ersten Aktor aufzubringen, weswegen Herstellungskosten sowie eine Komplexität reduziert sind.
Beispielsweise weist die Steuereinheit einen digitalen Regler, beispielsweise einen P-, einen I- oder einen D-Regler auf. Zweckmäßigerweise umfasst die Steuereinheit einen PID-Regler. Mittels dessen wird geeigneterweise der erste bzw. zweite Aktor angesteuert. Beispielsweise umfasst das Nebenaggregat einen Drehzahlsensor, beispielsweise einen Hall-Sensor oder ein Mikrosystem (MEMS). Ge- eigneterweise erfolgt eine Ansteuerung des bzw. der Aktoren in Abhängigkeit einer Drehzahl bzw. einer Position der Welle. Zum Beispiel wird nach Fertigung des Nebenaggregats eine etwaige Unwucht der Welle bzw. eine resultierende Schwingung der Welle bei Betrieb in einem Speicher des Nebenaggregats hinterlegt, beispielsweise in einem Speicher des Steuergeräts. Vorzugsweise wird eine sich ergebende Schwingung in Abhängigkeit einer Drehzahl der Welle hinterlegt, insbesondere in einem Kennfeld. Sofern folglich bei Betrieb des Nebenaggregats die Welle rotiert wird, wird anhand des Kennfelds ermittelt, welche Schwingung resultiert. Vorzugsweise erfolgt eine Ansteuerung des jeweiligen Aktors mittels des Kennfelds derart, dass die Welle in eine zusätzliche Schwingung versetzt wird, die die gleiche Amplitude und Frequenz aufweist, zu dieser jedoch um 180° phasenversetzt ist. Infolgedessen erfolgt die destruktive Interferenz. Zumindest jedoch ist die Frequenz bzw. Amplitude hierbei im Wesentlichen gleich, beispielsweise existiert eine Abweichung von 10%, 5%, 2% oder 0%. Beispielsweise wird/werden der bzw. die Aktoren derart angesteuert, dass diese eine Überlagerung unterschiedlicher Schwingungen auf die Welle aufbringen, sofern diese bei Betrieb ebenfalls Schwingungen mit unterschiedlichen Frequenzen, also insbesondere Oberschwingungen, aufweist.
Beispielsweise weist der zweite Aktor einen Elektromagneten auf. Insbesondere ist der zweite Aktor ein Elektromagnet. Der erste Aktor selbst ist geeignet ausgestaltet, sodass dieser mit dem zweiten Aktor wechselwirkt. Beispielsweise ist der erste Aktor ebenfalls ein Elektromagnet. Besonders bevorzugt jedoch ist der erste Aktor ein Ferromagnetikum, beispielsweise Eisen, sodass mittels einer magnetischen Wechselwirkung der zweite Aktor auf den ersten Aktor und umgekehrt eine (magnetische) Kraft ausübt. Somit sind Herstellungskosten reduziert und es ist nicht erforderlich, den mit der Welle mitbewegten ersten Aktor mit elektrischer Energie zu versorgen.
Alternativ hierzu ist der erste Aktor ein elektrischer Leiter, insbesondere eine Metallplatte. Der erste Aktor ist vorzugsweise derart positioniert, dass bei Ansteuerung des zweiten Aktors innerhalb des ersten Aktors Wirbelströme induziert werden. Die hierbei entstehenden Magnetfelder wechselwirken mit den mittels des zweiten Aktors erstellten Magnetfeldern zusammen, sodass eine Kraftausübung mittels des zweiten Aktors auf den ersten Aktor erfolgt. Infolgedessen erfolgt auch eine Krafteinwirkung mittels des zweiten Aktors auf die Welle, sodass aktiv
Schwingungen der Welle reduziert werden können. Besonders bevorzugt weist der Aktor einen Permanentmagneten auf, und vorzugsweise ist der erste Aktor der Permanentmagnet. Infolgedessen ist es ermöglicht, auch mit vergleichsweise klein bauenden Aktoren vergleichsweise große Kräfte auf die Welle aufzubringen und somit auch vergleichsweise ausgeprägte Schwingungen der Welle zu reduzieren.
Vorzugsweise umfasst der Elektromagnet eine Spule. Die Spule ist vorzugsweise aus einem Lackdraht gewickelt, beispielsweise aus einem Kupferlackdraht oder einem Aluminiumlackdraht. Beispielsweise ist die Spule parallel zur Welle angeordnet. Mit anderen Worten ist die Achse der Spule parallel zur Welle, insbesondere zu einer Rotationsachse der Welle. Die Spule ist auf einen Kern gewickelt, der U-förmig ist und einen Mittelschenkel sowie zwei Seitenschenkel aufweist. Hierbei ist jedes Ende des Mittelschenkels mit jeweils einem der Enden der zueinander parallel angeordneten Seitenschenkel angebunden, und die Spule ist auf den Mittelschenkel gewickelt. Beispielsweise ist der Mittelschenkel an den beiden Seitenschenkeln befestigt, oder der Kern ist einstückig. Der Kern selbst ist aus einem weichmagnetischen Material erstellt, insbesondere aus einem Blech, vorzugsweise einem Weicheisen. Auf diese Weise ist das Magnetfeld vergleichsweise schnell schaltbar. Insbesondere ist der Kern mittels eines Blechpakets gebildet oder weist zumindest ein Blechpaket auf. Zweckmäßigerweise sind die einzelnen Blechlagen einstückig und U-förmig.
Der Elektromagnet ist derart bezüglich der Welle positioniert, dass der Mittelschenkel bezüglich der Freienden der Seitenschenkel von der Welle weg versetzt ist. Mit anderen Worten sind die Seitenschenkel bezüglich des Mittelschenkels zumindest teilweise in Richtung der Welle versetzt. Bei Betrieb tritt vorzugsweise das mittels der Spule erstellte Magnetfeld an den in Richtung der Welle versetzten Enden der Seitenschenkel aus dem Kern aus, wo das Magnetfeld geeigneterweise konzentriert wird. Infolgedessen kann mittels des zweiten Aktors vergleichsweise punktuell eine Kraft auf den ersten Aktor aufgebracht werden, sodass Schwingun- gen vergleichsweise effizient reduziert werden können. Auch kann eine vergleichsweise große Spule herangezogen werden, sodass eine Krafteinwirkung weiter erhöht ist. Hierbei erfolgt eine Einwirkung sowohl punktuell und aufgrund der Seitenschenkel vergleichsweise konzentriert, was die Reduktion weiter verbessert.
In einer Alternative weist der erste Aktor und der zweite Aktor jeweils eine Elektrode auf. Beispielsweise ist der erste Aktor bzw. der zweite Aktor mittels der jeweiligen Elektrode gebildet, oder mittels der Elektrode sowie einem etwaigen An- schluss. Mit anderen Worten erfolgt eine Wechselwirkung zwischen den beiden Aktoren aufgrund eines elektrischen Feldes. Mit anderen Worten herrscht eine kapazitive Wechselwirkung. Folglich ist eine Ansteuerung vereinfacht und Herstellungskosten sind reduziert. Beispielsweise ist der erste Aktor einstückig mit der Welle.
Beispielsweise umgibt der zweite Aktor die Welle umfangsseitig. Mit anderen Worten ist der zweite Aktor hohlzylindrisch ausgestaltet oder ringförmig. Geeigneterweise ist der zweite Aktor konzentrisch zur Welle positioniert. Insbesondere ist die Welle lediglich in einem Axialabschnitt mittels des zweiten Aktors umfangsseitig umgeben. Beispielsweise umfasst der zweite Aktor den Elektromagneten, der vorzugsweise eine Spule umfasst. Hierbei ist die Spule um die Welle gewickelt. Mit anderen Worten ist die Welle in die Spule eingeführt. Die Spule ist von der Welle beabstandet, insbesondere unter Ausbildung eines Luftspalts. Vorzugsweise ist der erste Aktor ein Permanentmagnet oder ein Ferromagnetikum, also insbesondere Weicheisen. Bei Ansteuerung des zweiten Aktors wird insbesondere eine Kraft auf die Welle in Axialrichtung aufgebracht, sodass mittels der beiden Aktoren eine Schwingung der Welle in Axialrichtung, also in einer Richtung parallel zur Rotationsachse der Welle, reduziert wird. Sofern der erste Aktor ein Permanentmagnet ist, ist dieser beispielsweise rotationssymmetrisch bezüglich der Welle angeordnet oder bezüglich einer Rotationsachse der Welle in Radialrichtung versetzt. Vorzugsweise ist die Magnetisierungsrichtung des Permanentmagneten des ersten Aktors ebenfalls in Axialrichtung, was eine Wechselwirkung verbessert. Beispielsweise ist der zweite Aktor in Axialrichtung bezüglich der Welle versetzt. Mit anderen Worten ist in Axialrichtung zwischen der Welle und dem zweiten Aktor ein Raum bereitgestellt, der insbesondere mit Luft gefüllt ist. Infolgedessen ist es ermöglicht, mittels der beiden Aktoren bei geeigneter Ansteuerung eine Kraft auf die Welle aufzubringen, die zumindest teilweise parallel zur Axialrichtung der Welle gerichtet ist. Infolgedessen ist es ermöglicht, eine Schwingung der Welle in Axialrichtung mittels der beiden Aktoren zu reduzieren. Vorzugsweise ist der erste Aktor an einem axialen Ende der Welle angebunden, sodass eine Entfernung zwischen den beiden Aktoren verringert ist. Infolgedessen ist eine Kraftwirkung zwischen den beiden erhöht. Aufgrund der Aufbringung einer Kraftkomponente in Axialrichtung sind etwaige Lager der Welle vergleichsweise wenig beansprucht, weswegen die Welle in Axialrichtung lediglich vergleichsweise gering abgestützt werden muss. Somit ist ein Wirkungsgrad des Nebenaggregats aufgrund der verringerten Reibung erhöht.
Alternativ oder in Kombination hierzu ist der zweite Aktor in Radialrichtung bezüglich der Welle versetzt. Hierbei ist der zweite Aktor beispielsweise in Axialrichtung bezüglich der Welle versetzt. Besonders bevorzugt jedoch überdeckt der zweite Aktor die Welle bei einer Projektion auf diese in Radialrichtung. Mit anderen Worten ist der zweite Aktor nicht bezüglich der Welle in Axialrichtung versetzt. Vorzugsweise ist in Radialrichtung zwischen dem zweiten Aktor und dem ersten Aktor, insbesondere ebenfalls zur Welle, ein Spalt erstellt, geeigneterweise ein Luftspalt. Vorzugsweise ist der zweite Aktor in Axialrichtung zwischen zwei etwaigen Lagern angeordnet, mittels derer die Welle gelagert ist. Insbesondere ist der zweite Aktor im Wesentlichen mittig zwischen den beiden Lagern in Axialrichtung positioniert. Alternativ oder in Kombination hierzu ist der erste Aktor in Axialrichtung zwischen den beiden Lagern positioniert, insbesondere mittig. Infolgedessen erfolgt eine Kraftausübung mittels der beiden Aktoren auf die Welle im Wesentlichen im Bereich einer maximalen Amplitude einer Schwingung der Welle in Radialrichtung, sodass diese vergleichsweise effizient unterdrückt werden kann.
Vorzugsweise weist das Nebenaggregat einen Sensor zur Erfassung einer Schwingung der Welle auf. Mit anderen Worten ist der Sensor geeignet, insbe- sondere vorgesehen und eingerichtet, zweckmäßigerweise ertüchtigt, eine
Schwingung der Welle zu erfassen, welche mittels der beiden Aktoren reduziert werden kann. Beispielsweise umfasst der Sensor ein Piezoelement, welches an der Welle anliegt. Alternativ hierzu ist der Sensor ein Beschleunigungssensor, der an der Welle angebunden ist, beispielsweise im Bereich des ersten Aktors. Vorzugsweise ist der Sensor hierbei in direktem mechanischem Kontakt mit dem ersten Aktor. Folglich wird mittels des Sensors eine Schwingung in dem Bereich er- fasst, in dem mittels des ersten Aktors bei Betrieb eine Kraft auf die Welle aufgebracht wird. Auch werden mittels des Sensors etwaige Alterungseffekte des Nebenaggregats sowie Umwelteinflüsse berücksichtigt, die einen Einfluss auf eine Ausbildung von den Schwingungen der Welle haben. Zudem ist es nicht erforderlich, jedes Nebenaggregats bezüglich eines Prüfstands hinsichtlich der Ausbildung von Schwingungen zu vermessen, was Herstellungskosten reduziert. Auch kann eine vergleichsweise kostengünstige Steuereinheit herangezogen werden, da diese kein Kennfeld aufweisen muss. Der Sensor selbst ist vorzugsweise mit der etwaigen Steuereinheit signaltechnisch gekoppelt. Zumindest jedoch ist der Sensor mit dem ersten und/oder zweiten Aktor signaltechnisch gekoppelt, beispielsweise über die Steuereinheit.
Das Verfahren dient dem Betrieb eines Nebenaggregats eines Kraftfahrzeugs, das eine drehbar gelagerte, angetriebene Welle und eine Vorrichtung zur aktiven Reduktion von Schwingungen der Welle aufweist. Die Vorrichtung umfasst einen an der Welle angebundenen ersten Aktor und einen hiervon beabstandeten stationären zweiten Aktor. Der erste Aktor und der zweite Aktor stehen zumindest teilweise in einer berührungslosen Wechselwirkung miteinander. Das Nebenaggregat ist vorzugsweise ein elektromotorisches Nebenaggregat und weist folglich einen Elektromotor auf, mittels dessen vorzugsweise die Welle angetrieben ist. Das Nebenaggregat ist beispielsweise ein Versteilantrieb, wie ein Fensterheber, eine Heckklappe oder eine Tür, wie eine Schiebetür. Alternativ ist der Versteilantrieb ein Schiebedach oder ein elektromotorisch betriebenes Verdeck. Als weitere Alternative ist das Nebenaggregat eine Pumpe, wie eine Schmiermittelpumpe und insbesondere eine Ölpumpe. In einer weiteren Alternative ist das Nebenaggregat ein Klimakompressor oder eine elektromotorische Bremse, wie eine Parkbremse. Alternativ ist das Nebenaggregat eine Kuhlmittelpunnpe oder ein Klimakonnpressor. Ferner weist das Nebenaggregat einen Sensor zur Erfassung einer Schwingung der Welle auf.
Vorzugsweise umfasst das Nebenaggregat eine Steuereinheit, die signaltechnisch mit dem Sensor gekoppelt ist. Vorzugsweise werden mittels der Steuereinheit Sensordaten des Sensors erfasst oder zumindest analysiert und ausgewertet. Die Steuereinheit ist ferner mit dem ersten Aktor und/oder zweiten Aktor signaltechnisch gekoppelt. Mit anderen Worten erfolgt mittels der Steuereinheit eine Ansteu- erung oder Regelung des ersten bzw. zweiten Aktors. Hierbei wird der erste Aktor / der zweite Aktor vorzugsweise mittels der Steuereinheit bestromt. Die Steuereinheit ist geeignet, insbesondere vorgesehen und eingerichtet, geeigneterweise ertüchtigt, ein Verfahren durchzuführen.
Das Verfahren sieht vor, dass eine erste Schwingung der Welle mit einer Frequenz und mit einer ersten Amplitude erfasst wird. Hierfür wird vorzugsweise der Sensor herangezogen. Mit anderen Worten wird bestimmt, ob die Welle eine Schwingung aufweist, und die Frequenz und die erste Amplitude der ersten Schwingung wird erfasst. In einem weiteren Arbeitsschritt werden der erste Aktor und/oder der zweite Aktor in Abhängigkeit der Frequenz zur Erzeugung einer zweiten Schwingung der Welle angesteuert, wobei beispielsweise eine Regelung des jeweiligen Aktors erfolgt. Der erste bzw. der zweite Aktor werden derart angesteuert, dass diese eine zweite Schwingung auf die Welle aufbringen und folglich die zweite Schwingung erzeugen. Hierbei weist die zweite Schwingung bevorzugt die Frequenz auf, also die Frequenz der ersten Schwingung. Mit anderen Worten ist die Ansteuerung derart, dass eine dritte Schwingung der Welle aufgrund einer Überlagerung der ersten Schwingung und der zweiten Schwingung resultiert. Die Amplitude der dritten Schwingung ist kleiner als die erste Amplitude. Infolgedessen ist die Schwingung der Welle reduziert. Zusammenfassend werden insbesondere der erste Aktor und/oder der zweite Aktor in Abhängigkeit der Frequenz zur Erzeugung einer zweiten Schwingung der Welle angesteuert. Mit anderen Worten wird mittels des ersten Aktors und/oder des zweiten Aktors die Welle in eine zweite Schwingung versetzt. Die Ansteuerung ist derart, dass eine dritte Schwingung der Welle resultiert, die die Überlagerung der ersten Schwingung und der zweiten Schwingung ist.
Vorzugsweise weist die zweite Schwingung die Frequenz der ersten Schwingung oder ein ganzzahliges Vielfaches hiervon auf. Insbesondere ist die zweite Schwingung bezüglich der ersten Schwingung phasenversetzt, insbesondere um 180°, sodass die erste Schwingung und die zweite Schwingung sich zumindest teilweise auslöschen. Mit anderen Worten ist insbesondere eine Gegenkopplung erstellt. Mit nochmals anderen Worten wird die Welle beispielsweise versteift. Vorzugsweise ist die zweite Schwingung mittels einer geeigneten Pulsfolge erstellt. Mit anderen Worten liegt die zweite Schwingung in Form einer Pulsfolge vor, wobei zweckmäßigerweise die einzelnen Pulse zeitlich kürzer als eine Wellenlänge der zweiten Schwingung ist, insbesondere kürzer als 20%, 10%, 5% oder 1 % hiervon. Beispielsweise ist die zweite Schwingung bezüglich der ersten Schwingung um 90° phasenversetzt und/oder weist die erste Amplitude auf. Dies entspricht einem ex- ponentiellen Abklingen der dritten Schwingung.
Die Ansteuerung ist derart eingestellt, dass die Amplitude der dritten Schwingung unterhalb eines Grenzwerts verbleibt, der beispielsweise null ist, sodass die Welle im Wesentlichen keine Schwingung ausführt. Alternativ ist der Grenzwert fest vorgegeben und beispielsweise 5 mm, 2 mm oder 1 mm. In einer weiteren Alternative ist der Grenzwert in Abhängigkeit der ersten Amplitude bestimmt und beispielsweise gleich der Hälfte, einem Viertel oder einem Zehntel der ersten Amplitude. Aufgrund des Verfahrens ist eine Geräuschentwicklung des Nebenaggregats reduziert und eine mechanische Belastung verringert. Hierfür ist keine Fertigung der Bestandteile der Welle mit vergleichsweise geringen Fehlertoleranzen sowie ein Auswuchten der Welle erforderlich, was Herstellungskosten reduziert.
Beispielsweise wird eine Anzahl an ersten Schwingungen erfasst, die sich anhand der jeweiligen Frequenz unterscheiden. Zweckmäßigerweise wird mittels des ersten Aktors und/oder des zweiten Aktors eine korrespondierende Anzahl an zweiten Schwingungen erzeugt, sodass die resultierenden dritten Schwingungen der Wellen im Vergleich zu den ersten Schwingungen verringert sind. Besonders bevor- zugt wird lediglich der zweite Aktor angesteuert, und der erste Aktor ist passiv, beispielsweise ein Permanentmagnet. Auf diese Weise ist eine Erstellung von An- steuersignalen reduziert, und die Steuereinheit kann vergleichsweise einfach aufgebaut werden. Auch ist es nicht erforderlich, Steuersignale auf den mit der Welle rotierenden ersten Aktor zu übertragen.
Zweckmäßigerweise wird ein Nebenaggregat eines Kraftfahrzeugs mit einer drehbar gelagerten, angetriebenen Welle und mit einer Vorrichtung zur aktiven Reduktion von Schwingungen der Welle, wobei die Vorrichtung einen an der Welle angebundenen ersten Aktor und einen hiervon beabstandeten zweiten Aktor aufweist, und wobei der erste Aktor und der zweite Aktor zumindest teilweise in einer berührungslosen Wirkverbindung miteinander stehen, verwendet, um ein Verfahren auszuführen, bei dem eine erste Schwingung der Welle mit einer Frequenz und mit einer ersten Amplitude erfasst wird, und bei dem der erste Aktor und/oder der zweite Aktor in Abhängigkeit der Frequenz zur Erzeugung einer zweiten Schwingung der Welle derart angesteuert wird, dass eine dritte Schwingung der Welle resultiert, wobei eine Amplitude der dritten Schwingung kleiner als die erste Amplitude ist.
Die im Hinblick auf das Verfahren/die Verwendung genannten Ausgestaltungen und Vorteile sind sinngemäß auch auf das Nebenaggregat zu übertragen und umgekehrt.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 schematisch vereinfacht einen elektromotorischen Fensterheber mit einem Elektromotor,
Fig. 2 schematisch vereinfacht den Elektromotor mit einer daran angebundenen Welle und eine Vorrichtung zur aktiven Reduktion von
Schwingungen der Welle,
Fig. 3 ein Verfahren zum Betrieb des elektromotorischen Fensterhebers,
Fig. 4 Schwingungen der Welle, und Fig. 5 bis 7 jeweils weitere Varianten der Vorrichtung
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In Fig. 1 ist schematisch ein Nebenaggregat 2 eines Kraftfahrzeugs in Form eines elektromotorischen Versteilantriebs, nämlich eines elektromotorischen Fensterhebers gezeigt. Der elektromotorische Fensterheber 2 umfasst ein Verstellteil 4, nämlich eine Fensterscheibe, und ist an einer Tür 6 des Kraftfahrzeugs befestigt. Die Fensterscheibe 4 wird bei Aktivierung mittels eines Elektromotors 8 entlang eines Verstellweges 10 verbracht. Hierfür steht ein Schneckenrad eines nicht dargestellten Schneckengetriebes 1 1 des elektromotorischen Fensterhebers 2 mit einer dem Elektromotor 8 wellenseitig zugeordneten Schnecke in Wirkverbindung, wobei mittels des Schneckenrads sowie mittels einer Seiltrommel oder einer Spindel die Rotationsbewegung des Elektromotors 8 in eine Translationsbewegung der Fensterscheibe 4 umwandelt wird. Der Elektromotor 8 wird mittels einer Steuerelektronik 12 gesteuert, welche über einen Taster 14 von einem Benutzer des Kraftfahrzeugs aktiviert wird.
Mittels der Steuerelektronik 12 wird ein Steuerbefehl an den Elektromotor 8 übermittelt, der eine Elektronik 16 aufweist. Die Elektronik 16 umfasst eine Geschwindigkeitsregelung, mittels derer die Drehzahl des Elektromotor 8 geregelt wird. In einer nicht näher dargestellten Variante weist die Elektronik 16 eine Geschwindigkeitssteuerung auf, mittels derer die Drehzahl des Elektromotor 8 gesteuert wird. Die Steuerelektronik 12 weist einen Algorithmus zur Erkennung eines Einklemmfalls auf, wobei beispielsweise die von dem Elektromotor 8 aufgebrachte Kraft und/oder die Position der Fensterscheibe 4 entlang des Verstellwegs 10 als Eingangsgrößen herangezogen wird. Insbesondere wird bei Überschreiten eines bestimmten Schwellwerts durch die von dem Elektromotor 8 aufgebrachte Kraft ein Einklemmfall erkannt.
In Fig. 2 ist schematisch vereinfacht ausschnittweise das Nebenaggregat 2 mit dem Elektromotor 8 in einer Schnittdarstellung längs einer Rotationsachse 18 ge- zeigt. Der Elektromotor 8 weist eine Motorwelle 20 auf, an der drehfest ein Rotor 22 befestigt ist. Der Rotor 22 ist unter Ausbildung eines Luftspalts umfangssei- tig von einem Stator 24 umgeben. Die Motorwelle 20 ist mittels eines A-seitigen Lagers 26 sowie eines B-seitigen Lagers 28 drehbar um die Rotationsachse 18 gelagert, wobei die beiden Lager 26,28 der rotativen Lagerung dienen und insbesondere Kugellager oder Gleitlager sind. Der Stator 24, der Rotor 22 sowie die beiden Lager 26,28 sind innerhalb eines Motorgehäuses 30 angeordnet, und die Motorwelle 20 steht in einer Axialrichtung 32, also einer Richtung, die parallel zur Rotationsachse 18 ist, über das Gehäuse 30 über. Auf Seiten des A-seitigen Lagers 26 ist an der Motorwelle 20 eine Welle 34 angeformt. Hierbei geht die Welle 34 in die Motorwelle 20 über, die folglich miteinander einstückig und in einem Arbeitsschritt gefertigt sind. Die Welle 34 ist an dem dem Motor 8 gegenüberliegenden Ende mittels eines dritten Lagers 36 gelagert, das beispielsweise baugleich zu dem A-seitigen Lager 26 bzw. dem B-seitigen Lager 28 ist. Zumindest jedoch dient das dritte Lager 36 der rotativen Lagerung und ist insbesondere ein Kugellager oder Gleitlager. Die Welle 34 ist aus einem Stahl erstellt, und auf diese ist vorzugsweise im Bereich des dritten Lagers 36 eine nicht näher dargestellte Schnecke des Schneckengetriebes aufgesetzt.
Das Nebenaggregat 2 weist ferner eine Vorrichtung 38 zur aktiven Reduktion von Schwingungen der Welle 34 auf. Die Vorrichtung 38 umfasst eine Steuereinheit (Steuergerät) 40 mit einem PID-Regler 42, der digital ausgestaltet ist. Ferner weist die Vorrichtung 38 einen Sensor 44 und einen zweiten Aktor 46 auf. Der zweite Aktor 46 ist signaltechnisch mit der Steuereinheit 40 verbunden, die signaltechnisch mit dem Sensor 44 verbunden ist. Zudem sind der Sensor 44, die Steuereinheit 40 und der zweite Aktor 46 stationär, sodass diese bei einer Rotationsbewegung der Welle 34 bzw. der Motorwelle 20 nicht bewegt werden. Der Sensor 44 ist geeignet, vorgesehen und eingerichtet, eine Schwingung der Welle 34 zu erfassen. Der zweite Aktor 46 umfasst einen Elektromagneten 48 in Form einer Spule, die konzentrisch um die Welle 34 unter Ausbildung eines Luftspalts gewickelt ist. Der Elektromagnet 48 umgibt einen an der Welle drehfest angebundenen ersten Aktor 50 in Form eines Permanentmagneten 52, der in Axialrichtung 32 magnetisiert ist. Zum Betrieb des Nebenaggregats 2 wird ein Verfahren 54 ausgeführt, das in Fig. 3 gezeigt ist. Hierfür wird in einem nicht gezeigten Arbeitsschritt der Elektromotor 8 mittels der Elektronik 16 bestromt, sodass die Motorwelle 20 eine Rotationsbewegung um die Rotationsachse 18 ausführt. Infolgedessen führt auch die Welle 34 eine Rotationsbewegung um die Rotationsachse 18 durch. In einem ersten Arbeitsschritt 56 wird mittels des Sensors 44 eine erste Schwingung 58 der Welle 34, mit einer Frequenz 60 und einer ersten Amplitude 62 erfasst, wie in Fig. 4 dargestellt ist. Die erste Schwingung 58 ist eine zeitliche Schwingung der Welle 34 in Axialrichtung 32, und die Frequenz 60 ist in Form der Wellenlänge in Fig. 4 gezeigt.
In einem zweiten Arbeitsschritt 64 wird mittels der Steuereinheit 40, insbesondere mittels des PID-Reglers 42 der zweite Aktor 46 angesteuert und folglich der Elektromagnet 48 bestromt. Mittels des zweiten Aktors 46 wird ein pulsierendes Magnetfeld in Axialrichtung 32 erstellt, welches ebenfalls die Frequenz 60 aufweist. Somit wird mittels des zweiten Aktors 46, der mit dem ersten Aktor 50 zusammenwirkt, eine zweite Schwingung 66 erzeugt. Mit anderen Worten wird die Welle 34 aufgrund der starren Verbindung dieser mit dem ersten Aktor 50 angeregt. Die zweite Schwingung 66 weist ebenfalls die Frequenz 60 und eine zweite Amplitude 68 auf, die geringfügig kleiner als die erste Amplitude ist. Die zweite Schwingung 66 ist bezüglich der ersten Schwingung 58 phasenversetzt, und zwar um 180°. Die erste Schwingung 58 und die zweite Schwingung 66 überlagern sich, sodass eine dritte Schwingung 70 der Welle resultiert, die ebenfalls die Frequenz 60 aufweist. Die dritte Schwingung 70 weist eine Amplitude 72 auf, die kleiner als die erste Amplitude 62 ist. Zusammenfassend wird der zweite Aktor 46 in Abhängigkeit der Frequenz 60 zur Erzeugung der zweiten Schwingung 66 der Welle 34 derart angesteuert, dass die dritte Schwingung 70 der Welle resultiert, wobei die Amplitude 72 der dritten Schwingung 70 kleiner als die erste Amplitude 62 ist.
In Fig. 5 ist eine weitere Ausgestaltungsform der Vorrichtung 38 ausschnittsweise dargestellt. Der erste Aktor 50 ist zylindersektorförmig ausgestaltet. Mit anderen Worten weist der erste Aktor 50 in einem Querschnitt senkrecht zur Axialrich- tung 32 einen Kreissektor als Querschnitt auf. In einer Alternative ist der Querschnitt kreisbogenförmig. Zudem ist der erste Aktor 50 einstückig mit der Welle 34 und bündig mit dieser, sodass der Verbund aus Welle 34 und erstem Aktor 50 im Wesentlichen zylindrisch ausgestaltet ist. Der zweite Aktor 46 weist den Elektromagneten 48 auf, der abgewandelt ist. Der Elektromagnet 48 umfasst eine parallel zur Welle 34 angeordnete Spule 74. Mit anderen Worten ist die Spule 74 hohlzylindrisch ausgestaltet, und die Achse des Hohlzylinders verläuft in Axialrichtung 32. Zudem umfasst der Elektromagnet 46 einen Kern 76, der aus weichmagnetischen Blechlamellen gefertigt. Der Kern 76 ist U-förmig ausgestaltet und weist einen Mittelschenkel 78 auf, dessen Enden jeweils an Enden zweier Seitenschenkel 80 angebunden sind. Die verbleibenden Freienden der Seitenschenkel 76 sind bogenförmig ausgespart. Die beiden Seitenschenkel 80 sind parallel zueinander und deckungsgleich bei einer Projektion in Axialrichtung 32. Die Spule 74 ist zu der Welle 34 beabstandet und um den Mittelschenkel 78 des Kerns 76 gewickelt.
Der die Spule 74 tragende Mittelschenkel 78 ist in einer Radialrichtung 82 bezüglich der Welle 34 versetzt, und die zwei Seitenschenkel sind bezüglich des Mittelschenkels 78 in Richtung der Welle 34 versetzt und verlaufen in der Radialrichtung 82. Hierbei ist zwischen den Seitenschenkeln 76 und der Welle 34 sowie dem ersten Aktor 50 jeweils ein Luftspalt 84 gebildet, sodass der zweite Aktor 46 weder die Welle 34 noch den ersten Aktor 50 berührt. Zum Betrieb wird ebenfalls das in Fig. 3 gezeigte Verfahren 54 herangezogen, wobei mittels dieser Vorrichtung Schwingungen in Radialrichtung 82 reduziert werden. Mit anderen Worten ist die erste Schwingung 58 in Radialrichtung 82 gerichtet. Der Sensor 44 ist hierbei geeignet angepasst, ebenso die Steuereinheit 40.
In Fig. 6 ist eine weitere Alternative der Vorrichtung 38 gezeigt, die wiederum die Steuereinheit 40, den Sensor 44 und den ersten Aktor 50 sowie den zweiten Aktor 46 aufweist. Die Welle 34 ist endseitig mittels des dritten Lagers 36 gelagert und trägt ein erstes Zahnrad 86, das bei Betrieb mit einem zweiten Zahnrad 88 eines nicht weiter dargestellten Getriebes 90 kämmt. An einem Ende in Axialrichtung 32 der Welle 34 ist der erste Aktor 50 befestigt, wobei zwischen dem ersten Aktor 50 und dem ersten Zahnrad 86 das dritte Lager 36 angeordnet ist. Der erste Aktor 50 ist wiederum der Permanentmagnet 52 oder ein Ferromagnetikum. Alternativ ist der erste Aktor 50 ein elektrischer Leiter, in den bei einem Einwirken eines Magnetfelds Wirbelströme induziert werden, die wiederum ein Magnetfeld ausbilden. Der zweite Aktor 46 umfasst den Elektromagneten 48 und ist in nicht näher dargestellter Weise über die Steuereinheit 40 mit dem Sensor 44 signaltechnisch gekoppelt und wird mittels der Steuereinheit 40 betrieben. Der zweite Aktor 46 ist bezüglich der Welle 34 sowie bezüglich des ersten Aktors 50 in Axialrichtung 32 versetzt. Infolgedessen wird bei Betrieb des Elektromagneten 48 eine Kraft auf die Welle 34 in Axialrichtung 32 ausgeübt, sodass wiederum mittels der Vorrichtung 38 Schwingungen in Axialrichtung 32 der Welle 34 reduziert werden.
In Fig. 7 ist eine letzte Ausführungsform der Vorrichtung 38 gezeigt, die wiederum die Steuereinheit 40, den Sensor 44 sowie den zweiten Aktor 46 aufweist, die signaltechnisch miteinander gekoppelt sind. Ferner weist die Vorrichtung 38 wiederum den ersten Aktor 50 auf, der drehfest an der Welle 34 befestigt ist. Hierbei ist der erste Aktor 50 ebenfalls signaltechnisch mit der Steuereinheit 40 verbunden. Der erste Aktor 50 und der zweite Aktor 46 weisen jeweils eine Elektrode 92 auf und bilden somit einen Kondensator. Bei Anlegen einer elektrischen Spannung an die Elektroden 92 mittels der Steuereinheit 40 erfolgt ein Ausüben einer Kraft in Radialrichtung 82 auf die Welle 34, sodass mittels dieser Vorrichtung 38 wiederum Schwingungen in Radialrichtung 82 reduziert werden.
Zusammenfassend wird die drehbar gelagerte Welle 34 berührungslos mittels des berührungslos auf den an der Welle 34 angebundenen ersten Aktor 50 wirkenden zweiten Aktors 46 über ein dynamisches Kraftfeld beeinflusst. Somit wird eine Schwingungsreduktion störender Schwingungsanteile der bei Betrieb rotierenden Welle 34 erzielt. Optional werden bestimmte Schwingungsanteile damit gezielt verändert oder erzeugt, sodass ein bestimmter akustischer Eindruck der Welle 34 entsteht. Zusammenfassend dient die Vorrichtung 38 auch der Erzeugung von Schwingungen der Welle 34, sofern diese rotiert.
Die Vorrichtung 38 umfasst in einer Ausführungsform den die Welle 34 umschließenden Elektromagneten 48 und den bei Betrieb mit der Welle 34 mit rotierenden ersten Aktor 50, der der Permanentmagnet 52 oder ein Ferromagnetikum sein kann. Alternativ umfasst der erste Aktor 50 ein weichmagnetisches Material, in dem vorzugsweise bei Betrieb Wirbelströme erzeugt werden, die mit dem mittels des Elektromagneten 48 erzeugten Magnetfelds wechselwirken. In weiteren Alternativen ist der Elektromagnet 46 in Radialrichtung 82 seitlich zu der Welle 34 versetzt, und der erste Aktor 50 ist wiederum der Permanentmagnet 52 oder ein sonstiges Ferromagnetikum. In einer weiteren Alternative ist der zweite Aktor 46 in Axialrichtung 32 seitlich zur Welle 34 angeordnet und weist beispielsweise ebenfalls den Elektromagneten 46 auf, der vorzugsweise eine Spule sowie einen Kern umfasst. Der erste Aktor 50 ist wiederum ein Permanentmagnet 52 oder ein Ferromagnetikum. Die erstellten Magnetfelder wirken mittels Wirbelströmen zusammen, die beispielsweise über Spulenströme ansteuerbar sind, wobei die Spulen vorzugsweise Bestandteil des Elektromotors 8 sind. In einer weiteren Alternative erfolgt die Aufbringung der Kraft auf die Welle 34 aufgrund elektrisch-kapazitiver Rückwirkung der Elektroden 92, die über eine elektrische Spannung ansteuerbar sind. Mittels des Sensors 44 erfolgt die Erfassung der Amplitude und Phase der ersten Schwingung 58, wobei der Sensor 44 beispielsweise in einer Schaltung integriert ist, beispielsweise in einer Mikroschaltung (MEMS) oder einem Hall- Sensor. Der Regler 42 ist insbesondere digital ausgestaltet, beispielsweise ein PID-Regler oder ein Feed-Forward-Regler.
Aufgrund der beiden Aktoren 46,50 lässt sich prinzipiell jede beliebige auftretende Schwingung der Welle 34 beeinflussen. Auf diese Weise kann die Geräuschentwicklung des Nebenaggregats 2 gezielt angepasst werden, insbesondere reduziert. Auch weist das Nebenaggregat 2 eine vergleichsweise geringe Komplexität auf. Sofern die Vorrichtung 38 den Elektromagneten 46 aufweist, ist eine Aufbringung von vergleichsweise starken Kräften auf die Welle 34 ermöglicht, sodass auch vergleichsweise große erste Schwingungen 58 mittels der Vorrichtung 38 kompensiert werden können. Die Ansteuerung ist vergleichsweise einfach. Auch kann eine Anbindung an den Regler 42 vergleichsweise einfach erfolgen, beispielsweise über einen Computer oder eine Steuerplatine. Aufgrund der Verwendung eines integrierten Sensors 44 ist ein vergleichsweise kompakter Aufbau des Nebenaggregats 2 gegeben. Aufgrund des digitalen Reglers 42 ist eine Optimie- rung der Regelschleife auf die tatsächliche erste Schwingung 58 ermöglicht. In weiteren Alternativen ist der Regler 42 ein reiner D-Regler, welcher somit als Dämpfungsglied wirkt. Alternativ ist der Regler 42 ein reiner P-Regler, welcher als Modifikator der Wellensteifigkeit verwendet wird.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den einzelnen Aus- führungsbeispielen beschriebene Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste
2 Nebenaggregat
4 Verstellteil
6 Tür
8 Elektromotor
10 Verstellweg
1 1 Schneckengetriebe
12 Steuerelektronik
14 Taster
16 Elektronik
18 Rotationsachse
20 Motorwelle
22 Rotor
24 Stator
26 A-seitiges Lager
28 B-seitiges Lager
30 Motorgehäuse
32 Axialrichtung
34 Welle
36 drittes Lager
38 Vorrichtung zur aktiven Reduktion von Schwingungen der Welle
40 Steuereinheit
42 PID-Regler
44 Sensor
46 zweiter Aktor
48 Elektromagnet
50 erster Aktor
52 Permanentmagnet
54 Verfahren
56 erster Arbeitsschritt
58 erste Schwingung
60 Frequenz 62 erste Amplitude
64 zweiter Arbeitsschritt
66 zweite Schwingung
68 zweite Amplitude 70 dritte Schwingung
72 Amplitude
74 Spule
76 Kern
78 Mittelschenkel 80 Seitenschenkel
82 Radialrichtung
84 Luftspalt
86 erstes Zahnrad
88 zweites Zahnrad 90 Getriebe
92 Elektrode

Claims

Ansprüche
Nebenaggregat (2) eines Kraftfahrzeugs, insbesondere Fensterheber, mit einer drehbar gelagerten, angetriebenen Welle (34), und mit einer Vorrichtung (38) zur aktiven Reduktion von Schwingungen der Welle (34), wobei die Vorrichtung (38) einen an der Welle (34) angebundenen ersten Aktor (50) und einen hiervon beabstandeten, stationären zweiten Aktor (46) aufweist, und wobei der erste Aktor (50) und der zweite Aktor (46) zumindest teilweise in einer berührungslosen Wirkverbindung miteinander stehen.
Nebenaggregat (2) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass der zweite Aktor (46) einen Elektromagneten (46) umfasst, und dass der erste Aktor (50) einen Permanentmagneten (52) umfasst.
Nebenaggregat (2) nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Elektromagnet (46) eine Spule (74) aufweist, die auf einen Mittelschenkel (78) eines U-förmigen Kerns (76) gewickelt ist, wobei der Kern (76) zwei Seitenschenkel (80) aufweist, die bezüglich des Mittelschenkels (78) zumindest teilweise in Richtung der Welle (34) versetzt sind.
Nebenaggregat (2) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass der erste Aktor (50) und der zweite Aktor (46) jeweils eine Elektrode (92) umfassen.
Nebenaggregat (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass der zweite Aktor (46) die Welle (34) umfangsseitig umgibt.
Nebenaggregat (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Aktor (50) in Axialrichtung (32) bezüglich der Welle (34) versetzt ist.
7. Nebenaggregat (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass der zweite Aktor (46) in Radialrichtung (82) bezüglich der Welle (34) versetzt ist.
8. Nebenaggregat (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
gekennzeichnet durch
einen Sensor (44) zur Erfassung einer Schwingung der Welle (34).
9. Verfahren (54) zum Betrieb eines Nebenaggregats (2) eines Kraftfahrzeugs nach Anspruch 8, bei dem
- eine erste Schwingung (58) der Welle (34), mit einer Frequenz (60), und mit einer ersten Amplitude (62) erfasst wird,
- der erste Aktor (50) und/oder der zweite Aktor (46) in Abhängigkeit der Frequenz (60) zur Erzeugung einer zweiten Schwingung (66) der Welle (34) derart angesteuert wird, dass eine dritte Schwingung (70) der Welle resultiert, wobei eine Amplitude (72) der dritten Schwingung (70) kleiner als die erste Amplitude (62) ist.
10.Verwendung eines Nebenaggregats (2) eines Kraftfahrzeugs nach Anspruch 8 zur Durchführung des Verfahrens (54) nach Anspruch 9.
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