WO2020259753A1 - Elektromotorischer antrieb für kraftfahrzeugtechnische anwendungen - Google Patents

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WO2020259753A1
WO2020259753A1 PCT/DE2020/100502 DE2020100502W WO2020259753A1 WO 2020259753 A1 WO2020259753 A1 WO 2020259753A1 DE 2020100502 W DE2020100502 W DE 2020100502W WO 2020259753 A1 WO2020259753 A1 WO 2020259753A1
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sensor
motor vehicle
overload
electric motor
drive according
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PCT/DE2020/100502
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Michael Berres
Bernhard Drost
Robert Landskron
Tanja SCHWINNING
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Kiekert AG
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Kiekert AG
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    • E05F15/00—Power-operated mechanisms for wings
    • E05F15/60—Power-operated mechanisms for wings using electrical actuators
    • E05F15/603—Power-operated mechanisms for wings using electrical actuators using rotary electromotors
    • E05F15/611—Power-operated mechanisms for wings using electrical actuators using rotary electromotors for swinging wings
    • E05F15/616—Power-operated mechanisms for wings using electrical actuators using rotary electromotors for swinging wings operated by push-pull mechanisms
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    • E05Y2201/20—Brakes; Disengaging means; Holders; Stops; Valves; Accessories therefor
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    • E05Y2900/00—Application of doors, windows, wings or fittings thereof
    • E05Y2900/50—Application of doors, windows, wings or fittings thereof for vehicles
    • E05Y2900/53—Type of wing
    • E05Y2900/531—Doors

Definitions

  • the invention relates to an electromotive drive for motor vehicle technical applications, in particular a motor vehicle door or motor vehicle flap drive, with an electric motor, furthermore with a transmission following and connected to the electric motor, and with at least one sensor for position and / or force detection.
  • the position of the activated motor vehicle door or motor vehicle flap can be determined.
  • the sensor it is also possible to use the sensor to detect the force exerted by the electric motor drive on the motor vehicle door or motor vehicle flap in question.
  • the electric motor as part of the electric motor drive can then be braked or reversed, for example, with the aid of a control unit evaluating signals from the sensor.
  • the motor vehicle door or motor vehicle flap in question can also be transferred to a certain mode ("hold") with the help of the electric motor, for example in the event that the associated motor vehicle is stopped on a slope and the associated motor vehicle door is in its closed position without force being applied passes due to attacking gravitational forces.
  • hold a certain mode
  • Such electromotive drives for motor vehicle applications are not only known for actuating motor vehicle doors or motor vehicle flaps.
  • a window regulator function can also be implemented with their help.
  • Mirror or seat adjustments are also conceivable as possible applications.
  • the electromotive drives in question are used to open a motor vehicle side door, for example, or to move a sliding door into its open position. Because they are used in motor vehicles, such electric motor drives must be of robust construction and, in particular, have the necessary dust or water resistance. For this purpose, such electric motor drives are usually received and installed in a closed housing.
  • the invention is based on the technical problem of further developing such an electric motor drive for automotive applications in such a way that a mechanically robust solution is provided which at the same time provides comprehensive information about the respective position of an actuating element or the forces acting on it via the implemented sensor system represents.
  • a generic electromotive drive for automotive applications in within the scope of the invention, characterized in that an overload element with the at least one integrated sensor is implemented on the output side.
  • the overload element With the help of the overload element, it is mechanically ensured that the electric motor and the gear unit following or connected to the electric motor are not damaged overall, even if the sensor delivers incorrect or no values at all. In addition, with the help of the overload element, it can be ensured that, for example, obstacles which brake a movement of the motor vehicle door or motor vehicle flap do not lead to mechanical damage to the electric motor or the transmission, which entails complex and costly repairs without such an overload element.
  • the overload element opens up the further possibility that, for example, in the event of a failure of the electric motor, the associated motor vehicle door or motor vehicle flap can still be closed. This is particularly important in the event of a power failure or after an accident.
  • the sensor integrated in the overload element is advantageously positioned on the output side. In fact, the sensor on the or in the area of an output of the transmission, an output shaft, but also at the output of the electric motor.
  • the transmission of the rotary movement of the electric motor to the transmission and thus the overload element can typically take place rotatively.
  • the gearbox following the electric motor provides for a linear adjustment of an actuating element on the output side (motor vehicle door, motor vehicle flap, etc.) and thus the overload element provided on the output side also works in a linear direction with the integrated sensor.
  • the invention ensures through the sensor provided on the output side that the sensor in question practically does not react to any mechanical play present in or on the electric motor and in particular within the transmission, but only queries the position reached on the output side by an associated actuator.
  • the actuating element in question is mostly the motor vehicle door or motor vehicle flap mentioned above.
  • it can also be a window pane or some other adjusting element within a motor vehicle. Either way, damage to the electric motor and the downstream gear is effectively prevented mechanically and by the overload element.
  • the sensor provided on the output side ensures that the position of the actuating element connected to the electric motor drive is correctly detected, and that forces acting on the actuating element in question are determined without errors. This is ensured by the attachment of the sensor on the output side, which according to the invention is integrated into the overload element for this purpose.
  • the overload element is usually designed in two parts with a spur gear and a face plate engaging therein.
  • the spur gear for its part, typically has an associated spur toothing equipped, via which an output element is acted upon mechanically, which in turn is operatively connected to the actuating element to be acted upon.
  • the output element can be designed as, for example, an output rod, output cable or the like, which is mechanically coupled to the actuating element to be acted upon, specifically connected to the motor vehicle door or the motor vehicle flap.
  • the face plate engaging in the spur gear generally has at least one spring-loaded coupling element. With the aid of this spring-loaded coupling element, a torque acting on the face plate is transmitted to the spur gear. If the torque acting on the front disk is higher than, for example, an overload torque, the spring-loaded coupling element slips and a force associated with the overload torque cannot be transmitted from the front disk to the spur gear.
  • the design is such that the spring-loaded coupling element, with which the face plate is connected to the spur gear, deforms as a function of the torque and has a certain torsional rigidity.
  • the torque-dependent deformations of the coupling element can be detected with the help of the sensor integrated in the overload element and converted into corresponding force signals.
  • the coupling elements are usually provided in or on the end plate.
  • the sensor generally interacts with a feeler element.
  • the sensor is usually connected to the spur gear and the probe element is connected to the spur gear in order to be able to detect any relative movements between the spur gear and the spur gear.
  • Such relative movements are on the part of the intermediary Coupling element - as described - approved.
  • the relative movement depends on the torque applied to the end plate and to be transmitted. In other words, the previously mentioned torque-dependent deformation of the coupling element is measured with the aid of the sensor in conjunction with the probe element.
  • the sensor can be connected to the previously mentioned control unit, which in turn derives force signals from the signals.
  • the probe element is connected to the spur gear and the sensor is connected to the end disk.
  • the sensor and the probe element can be a Hall sensor and a permanent magnet as the probe element.
  • a feeler element in the form of, for example, an optical light source, for example an LED is also conceivable, which interacts with a sensor in the form of a photo resistor.
  • Other non-contact sensor / probe element combinations are also conceivable, as are touching combinations.
  • the senor is usually designed as a force sensor.
  • a position sensor can also be implemented.
  • the position sensor is mostly connected to the overload element on the output side or, in terms of drive technology, is arranged downstream of the overload element. In this way, with the aid of the position sensor, the absolute position of the motor vehicle door or the motor vehicle flap or, in general, the actuating element can be determined without the upstream overload element influencing corresponding sensor signals. Because the position sensor is arranged on the output side after the overload element, ie mostly in the immediate vicinity of the Output element, which in turn is connected to the motor vehicle door or motor vehicle flap.
  • the overload element can advantageously be connected to a ring gear of the transmission.
  • the overload element is usually provided on an intermediate shaft between the ring gear and the output element.
  • this is not mandatory.
  • the electric motor drive can be constructed in a particularly compact manner, because in this way at least one additional gear wheel as part of the transmission can intervene in the interior of the ring gear, so that an overlap is observed between the upstream gear and the ring gear when viewed from above, which favors a compact design.
  • a so-called holding function can also be implemented in addition to the overload function described.
  • the electromotive drive according to the invention ensures that the actuating element acted on by it (usually the motor vehicle door or motor vehicle flap) is blocked in a specific position associated with the holding function. This can in principle be done mechanically by blocking the electric motor and / or the transmission following it. In addition, an electrical blockage of the electric motor or the following transmission is also conceivable if the self-locking forces observed at this point are large enough.
  • FIG. 2 shows the object according to FIG. 1 in a rear view
  • FIG. 3 shows the object according to FIG. 1 in the front view there together with the overload element
  • an electric motor drive for automotive applications is shown. Specifically, it is a motor vehicle door or motor vehicle flap drive.
  • the drive in question works on a motor vehicle door 1 which is only indicated in FIG. 1.
  • the electromotive drive to be described in detail below is arranged in the interior of the motor vehicle door 1, which according to the exemplary embodiment is a motor vehicle side door.
  • the electric motor drive is supported against a motor vehicle body 2 indicated there with the interposition of an output element 3.
  • the motor vehicle door 1 in question can be moved back and forth with respect to the body 2, as is well known in detail and, for example, in the previously mentioned and generic US 2017/0260790 A1 is described.
  • the electric motor drive or the illustrated motor vehicle door drive is equipped with an electric motor 4 for this purpose.
  • the electric motor 4 is operated with the aid of a control unit 5 to be described in more detail below applied.
  • the electric motor 4 works via an output shaft on an output worm 6, which sets a worm wheel 7 in rotation.
  • the worm wheel 7 for its part meshes with a gear wheel 8, which engages in a ring gear 9 with its toothing on the output side.
  • the electric motor 4 is equipped with a transmission 6, 7, 8, 9 that follows or is connected downstream of it.
  • the transmission 6, 7, 8, 9 in turn works with the interposition of an overload element 10, 11, to be described in more detail below, on the previously mentioned output element 3, which is supported on the body 2, so that in this way the motor vehicle door 1 has the desired Swivel movements completed.
  • the basic structure also includes sensors 12, 13, 14, the signals of which are detected and evaluated by the control unit 5 and, if necessary, converted into actuating signals for the electric motor 4.
  • the at least one sensor 13, 14 is integrated into the overload element 10, 11 provided on the output side.
  • the sensor 13, 14 in question is a force sensor 13, 14 in the exemplary embodiment.
  • the additionally provided and previously discussed sensor 12, on the other hand, is designed as a position sensor 12 and is used to absolutely detect the position of the motor vehicle door 1 in the example.
  • the position sensor 12 in question is arranged on the output side of the overload element 10, 11, as will be described in more detail below.
  • the position of the motor vehicle door 1 can be recorded absolutely with the aid of the position sensor 12, regardless of whether the overload element 10, 11 has triggered or not, as will be described in detail below.
  • the sensor or force sensor 13, 14 is in turn designed in two parts and for this purpose has a sensor 13 and a feeler element 14.
  • the sensor 13 may be attached to a spur gear 11 as part of the overload element 10, 11 be connected, whereas the probe element 14 is found on an end plate 10 as a further component. In principle, the reverse procedure can also be used, although this is not shown.
  • the overload element 10, 11 is formed in two parts with the spur gear 11 already mentioned above and the front disk 10 engaging therein. This is particularly clear from the perspective representations in FIGS. 4 and 5.
  • the end plate 10 is equipped with at least one spring-loaded coupling element 15, 16. With the aid of the coupling element 15, 16, a torque acting on the end disk 10 and generated by the electric motor 4 is ultimately transmitted to the spur gear 11 as long as this torque is below an overload torque. In fact, if this overload torque is exceeded, the coupling element 15, 16 slips and the end disk 10 cannot (no longer) transmit its rotations to the spur gear 11.
  • FIGS. 4 and 5 several spring-loaded coupling elements 15, 16 are implemented in or on the end plate 10.
  • the coupling elements 1 5, 16 are each distributed radially on the circumference of the end disk 10, namely according to the embodiment in comparison to the center with the same angular distance.
  • a total of six coupling elements 15, 16 are implemented, each of which is distributed at an angular distance of approximately 60 ° in radial alignment on the circumference of the end disk 10.
  • the respective coupling element 15, 16 is composed of a coupling slide 15 and a spiral spring 16 which acts on the coupling slide 15 and which biases the coupling slide 15 radially outwards into contact with the spur gear 11 on the inside.
  • the respective Coupling slide 15 is mounted so as to be linearly displaceable in a corresponding radial recess of the end disk 10. In this way, the coupling element 15, 16 can initially be deformed as a function of the torque. That is to say, a torque indicated on the end plate 10 and shown in FIG. 3 results in the probe element 14 connected to the end plate 10 moving relative to the sensor 13.
  • the relative movement is force or torque proportional, so that the corresponding signal of the sensor 13 on the part of the control unit 5 can be used to deduce a force acting on the output side on the output element 3 to act on the motor vehicle door 1.
  • the probe element 14 is a permanent magnet, whereas the sensor 13 is designed as a Hall sensor.
  • the coupling element 15, 16 or the plurality of coupling elements 15, 16 cannot (no longer) apply this overload torque from the end plate 10 transferred to the spur gear 1 1, so that in this case the end disk 10 slips with respect to the spur gear 1 1. This realizes an effective mechanical overload protection.
  • the position sensor 12 is located on the output side of the overload element 10, 11. In this way, with the aid of the position sensor 12, the absolute position of the motor vehicle door 1 in comparison to the body 2 can be detected and transmitted to the control unit 5.
  • the position sensor 12 may be one that works as a step counter, for example.
  • position sensor 12 is as For example, a magnetic wheel is formed which, depending on the action on the output element 3, performs corresponding rotary movements that are counted in a manner similar to a step counter.
  • the entire electromotive drive or a housing 17 accommodating the drive can be fixed via a fastening point 18 on the one hand and a fastening element 19 on the other hand, for example in the interior of the motor vehicle door 1.
  • the fastening point 18 is one which can be displaced in the linear direction shown in FIG. 2 in order to provide any tolerance compensation to an associated fastening point inside or on the motor vehicle door 1.
  • the fastening point 18 may specifically be designed as a T-rail.
  • the fastening element 19 has a double function in the context of the exemplary embodiment.
  • the fastening element 19 not only is a connection to the motor vehicle door 1 established in the example, but the fastening element 19 also functions at the same time as an end stop for the open position of the motor vehicle door 1. At the same time, the fastening element 19 ensures that the described electric motor drive is limited in its stroke.
  • FIG. 2 also shows a sealing component 20, with the aid of which the output element 3 is sealed against an opening in the motor vehicle door 1 that is necessary at this point.
  • the seal or sealing component 20 is attached to the fastening element 19 connected, so that the illustrated electromotive drive including its housing 17 together with the seal 20 and the output element 3 led out through the seal 20 represents a functional and at the same time dust- and watertight module, which can be fitted directly in or on the motor vehicle door 1 ready for installation can. This is where the main advantages can be seen.

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Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein elektromotorischer Antrieb für kraftfahrzeugtechnische Anwendungen, insbesondere ein Kraftfahrzeugtür- oder ein Kraftfahrzeugklappen-Antrieb. Dieser verfügt über einen Elektromotor (4) und ein dem Elektromotor (4) folgendes Getriebe (6, 7, 8, 9). Außerdem ist zumindest ein Sensor (12, 13, 14) zur Positions- und/oder Krafterfassung vorgesehen. Erfindungsgemäß ist abtriebsseitig ein Überlastelement (10, 11) mit dem integrierten Sensor (13, 14) realisiert.

Description

Beschreibung
Elektromotorischer Antrieb für kraftfahrzeugtechnische Anwendungen
Die Erfindung betrifft einen elektromotorischen Antrieb für kraftfahrzeug technische Anwendungen, insbesondere einen Kraftfahrzeugtür oder Kraftfahrzeugklappen-Antrieb, mit einem Elektromotor, ferner mit einem dem Elektromotor folgenden und hieran angeschlossenen Getriebe, und mit zumindest einem Sensor zur Positions- und oder Krafterfassung.
Mit Hilfe des Sensors zur Positions- und/oder Krafterfassung kann beispielsweise die Position der beaufschlagten Kraftfahrzeugtür oder Kraftfahrzeugklappe ermittelt werden. Alternativ oder zusätzlich ist es aber auch möglich, mit Hilfe des Sensors die vom elektromotorischen Antrieb auf die fragliche Kraftfahrzeugtür bzw. Kraftfahrzeugklappe ausgeübte Kraft zu erfassen. Je nach der erreichten Position bzw. der ausgeübten Kraft kann dann mit Hilfe einer Signale des Sensors auswertenden Steuereinheit der Elektromotor als Bestandteil des elektromotorischen Antriebes beispielsweise abgebremst oder auch reversiert werden. Darüber hinaus lässt sich die fragliche Kraftfahrzeugtür oder Kraftfahrzeugklappe aber auch mit Hilfe des Elektromotors in einen bestimmten Modus („Halten“) überführen, beispielsweise in dem Fall, dass das zugehörige Kraftfahrzeug an einer Schräge angehalten wird und ohne Kraftbeaufschlagung der zugehörigen Kraftfahrzeugtür diese in ihre Schließposition aufgrund angreifender Gravitationskräfte übergeht.
Solche elektromotorischen Antriebe für kraftfahrzeugtechnische Anwendungen sind nicht nur zur Beaufschlagung von Kraftfahrzeugtüren oder Kraftfahrzeugklappen bekannt. Sondern grundsätzlich kann mit ihrer Hilfe auch eine Fensterheberfunktion realisiert werden. Auch sind Spiegel- oder Sitzverstellungen als mögliche Anwendungsfälle denkbar. Im Regelfall werden die fraglichen elektromotorischen Antriebe jedoch dafür eingesetzt, beispielsweise eine Kraftfahrzeug-Seitentür zu öffnen oder auch eine Schiebetür in ihre Offenstellung zu überführen. Aufgrund des Einsatzes im Kraftfahrzeug müssen solche elektromotorischen Antriebe robust aufgebaut sein und insbesondere die nötige Staub- oder Wasserresistenz aufweisen. Zu diesem Zweck werden solche elektromotorischen Antriebe üblicherweise in einem geschlossenen Gehäuse aufgenommen und verbaut.
Beim gattungsbildenden Stand der Technik nach der US 2017/0260790 A1 wird so vorgegangen, dass der elektromotorische Antrieb insgesamt an einem Türfeststeller angreift. Dadurch lassen sich unterschiedliche Bremskräfte auf einen entsprechenden Arm als Bestandteil des Türfeststellers aufbringen. Mit Hilfe einer Steuereinheit kann die Bewegung des fraglichen Armes in Abhängigkeit von Signalen zumindest eines Sensors überwacht und vorgegeben werden. Das hat sich grundsätzlich bewährt.
Allerdings können trotz der im beschriebenen Stand der Technik untersuchten und reflektierten verschiedenen Bewegungsszenarien nach wie vor und unverändert mechanische Probleme auftreten, beispielsweise für den Fall, dass ein Sensor keine oder falsche Werte liefert. Daraus resultieren unter Umständen mechanische Beschädigungen. Hier will die Erfindung insgesamt Abhilfe schaffen.
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, einen derartigen elektromotorischen Antrieb für kraftfahrzeugtechnische Anwendungen so weiter zu entwickeln, dass eine mechanisch robuste Lösung geliefert wird, die zugleich über die realisierte Sensorik umfassende Auskunft über die jeweilige Position eines Stellelementes bzw. die hieran angreifenden Kräfte zur Verfügung stellt.
Zur Lösung dieser technischen Problemstellung ist ein gattungsgemäßer elektromotorischer Antrieb für kraftfahrzeugtechnische Anwendungen im Rahmen der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass abtriebsseitig ein Überlastelement mit dem zumindest einen integrierten Sensor realisiert ist.
Mit Hilfe des Überlastelementes wird auf mechanischem Wege sichergestellt, dass der Elektromotor und das dem Elektromotor folgende bzw. an diesen angeschlossene Getriebe insgesamt keine Beschädigung erfahren, und zwar auch dann nicht, wenn der Sensor falsche oder gar keine Werte liefert. Außerdem kann mit Hilfe des Überlastelementes sichergestellt werden, dass beispielsweise unmittelbar eine Bewegung der Kraftfahrzeugtür oder Kraftfahrzeugklappe bremsende Hindernisse nicht zu einer mechanischen Beschädigung des Elektromotors respektive des Getriebes führen, was aufwendige und kostspielige Reparaturen ohne ein solches Überlastelement nach sich zieht. Beispielsweise sind Situationen denkbar, bei welchen ein Radfahrer oder ein Fußgänger plötzlich in einen Schwenkbereich der Kraftfahrzeugtür oder auch der Kraftfahrzeugklappe gelangt, so dass dieses auftretende Hindernis zwar von einem typischerweise vorgesehenen Hindernissensor erkannt wird, allerdings ein unmittelbarer Bremsvorgang und gegebenenfalls Rückstellvorgang des Elektromotors aufgrund mechanischen Spiels bzw. Trägheit innerhalb des Systems nicht schnell genug reagiert. Diesem trägt die Erfindung durch das zusätzlich abtriebsseitig vorgesehene Überlastelement Rechnung, welches in einem solchen Fall gleichsam „durchrutscht“, so dass im beschriebenen Beispielfall die Kraftfahrzeugtür unmittelbar nachgibt. Dadurch sind auch etwaige Gesundheitsbeeinträchtigungen des Fußgängers bzw. Radfahrers im Beispielfall ausgeschlossen.
Darüber hinaus eröffnet das Überlastelement die weitere Möglichkeit, dass beispielsweise bei einem Ausfall des Elektromotors die zugehörige Kraftfahrzeugtür oder Kraftfahrzeugklappe dennoch geschlossen werden kann. Das ist beispielsweise bei einem Stromausfall oder auch nach einem Unfall von besonderer Bedeutung. Daneben wird der in das Überlastelement integrierte Sensor vorteilhaft abtriebsseitig positioniert. Tatsächlich kann der Sensor am oder im Bereich eines Ausgangs des Getriebes, einer Ausgangswelle, aber auch am Ausgang des Elektromotors angeordnet werden.
Die Übertragung der Drehbewegung des Elektromotors auf das Getriebe und damit das Überlastelement kann typischerweise rotativ erfolgen. Es ist im Rahmen der Erfindung aber auch möglich, dass das dem Elektromotor folgende Getriebe für eine ausgangsseitige Linearverstellung eines Stellelementes (Kraftfahrzeugtür, Kraftfahrzeugklappe etc.) sorgt und damit auch das abtriebsseitig vorgesehene Überlastelement mit dem integrierten Sensor in linearer Richtung arbeitet.
Darüber hinaus stellt die Erfindung durch den abtriebsseitig vorgesehenen Sensor sicher, dass der fragliche Sensor auf etwaiges im oder am Elektromotor und insbesondere innerhalb des Getriebes vorhandenes mechanisches Spiel praktisch nicht reagiert, sondern ausschließlich die abtriebsseitig von einem zugehörigen Stellelement erreichte Position abfragt. Bei dem fraglichen Stellelement handelt es sich meistens um die zuvor bereits angesprochene Kraftfahrzeugtür oder Kraftfahrzeugklappe. Alternativ hierzu kann es sich auch um eine Fensterscheibe oder ein anderes Stellelement innerhalb eines Kraftfahrzeuges handelt. So oder so wird auf mechanischem Wege und durch das Überlastelement eine Beschädigung des Elektromotors ebenso wie des nachgeschalteten Getriebes wirksam verhindert. Zugleich sorgt der abtriebsseitig vorgesehene Sensor für eine einwandfreie Positionserkennung des an den elektromotorischen Antrieb angeschlossenen Stellelementes ebenso wie dafür, dass an dem fraglichen Stellelement angreifende Kräfte fehlerfrei ermittelt werden. Hierfür sorgt die abtriebsseitige Anbringung des Sensors, welcher dazu erfindungsgemäß in das Überlastelement integriert ist.
Nach vorteilhafter Ausgestaltung ist das Überlastelement meistens zweiteilig mit einem Stirnrad und einer hierin eingreifenden Stirnscheibe ausgebildet. Das Stirnrad ist seinerseits typischerweise mit einer zugehörigen Stirnverzahnung ausgerüstet, über welche ein Abtriebselement mechanisch beaufschlagt wird, welches seinerseits mit dem zu beaufschlagenden Stellelement wirkverbunden ist. Dazu kann das Abtriebselement als beispielsweise Abtriebsstange, Abtriebsseilzug oder dergleichen ausgebildet sein, welcher mit dem zu beaufschlagenden Stellelement mechanisch gekoppelt ist, konkret an die Kraftfahrzeugtür oder die Kraftfahrzeugklappe angeschlossen ist.
Die in das Stirnrad eingreifende Stirnscheibe verfügt im Allgemeinen über wenigstens ein federbeaufschlagtes Kupplungselement. Mit Hilfe dieses federbeaufschlagten Kupplungselementes wird ein an der Stirnscheibe angreifendes Drehmoment auf das Stirnrad übertragen. Ist das an der Stirnscheibe angreifende Drehmoment höher als beispielsweise ein Überlastdrehmoment, so rutscht das federbeaufschlagte Kupplungselement durch und kann eine mit dem Überlastdrehmoment verbundene Kraft von der Stirnscheibe nicht auf das Stirnrad übertragen werden.
Darüber hinaus ist die Auslegung so getroffen, dass sich das federbeaufschlagte Kupplungselement, mit welchem die Stirnscheibe an das Stirnrad angeschlossen ist, drehmomentabhängig verformt und eine bestimmte Torsionssteifigkeit aufweist. Die drehmomentabhängigen Verformungen des Kupplungselementes können dabei mit Hilfe des in das Überlastelement integrierten Sensors erfasst und in entsprechende Kraftsignale umgewandelt werden.
Zu diesem Zweck sind meistens mehrere federbeaufschlagte Kupplungs elemente in oder an der Stirnscheibe vorgesehen. Außerdem hat es sich bewährt, wenn die Kupplungselemente radial am Umfang der Stirnscheibe verteilt angeordnet sind. Der Sensor wirkt im Allgemeinen mit einem Tastelement zusammen. Dabei ist der Sensor üblicherweise an das Stirnrad und das Tastelement an die Stirnscheibe angeschlossen, um etwaige Relativbewegungen zwischen der Stirnscheibe und dem Stirnrad erfassen zu können. Solche Relativbewegungen werden seitens des zwischengeschalteten Kupplungselementes - wie beschrieben - zugelassen. Die Relativbewegung hängt dabei vom an der Stirnscheibe anliegenden und zu übertragenden Drehmoment ab. D. h., mit Hilfe des Sensors in Verbindung mit dem Tastelement wird die zuvor bereits angesprochene drehmomentabhängige Verformung des Kupplungselementes gemessen. Dazu kann der Sensor an die zuvor bereits angesprochene Steuereinheit angeschlossen sein, welche ihrerseits aus den Signalen Kraftsignale ableitet.
Grundsätzlich kann aber auch umgekehrt verfahren werden. In diesem Fall ist das Tastelement an das Stirnrad und der Sensor an die Stirnscheibe angeschlossen. Bei dem Sensor und dem Tastelement kann es sich um einen Hallsensor und einen Permanentmagneten als Tastelement handeln. Grundsätzlich ist aber auch ein Tastelement in Gestalt beispielsweise einer optischen Lichtquelle, beispielsweise einer LED denkbar, welche mit einem Sensor in Gestalt eines Fotowiderstandes wechselwirkt. Auch andere berührungslos arbeitende Sensor/Tastelementkombinationen sind ebenso wie berührende Kombinationen denkbar. Hierzu gehört beispielsweise ein Drehpotentiometer, welches ebenfalls die Funktion von Sensor und Tastelement grundsätzlich übernehmen kann.
Der Sensor ist in dem zuvor bereits beschriebenen Zusammenhang meistens als Kraftsensor ausgebildet. Zusätzlich zu dem Kraftsensor kann auch ein Positionssensor realisiert sein. Der Positionssensor ist dabei meistens abtriebsseitig an das Überlastelement angeschlossen bzw. antriebstechnisch nach dem Überlastelement angeordnet. Auf diese Weise kann mit Hilfe des Positionssensors die absolute Position der Kraftfahrzeugtür oder der Kraftfahrzeugklappe oder allgemein des Stellelementes ermittelt werden, und zwar ohne dass das vorgeschaltete Überlastelement entsprechende Sensorsignale beeinflusst. Denn der Positionssensor ist abtriebsseitig nach dem Überlastelement angeordnet, d. h. meistens in unmittelbarer Nachbarschaft zum Abtriebselement, welches seinerseits an die Kraftfahrzeugtür oder Kraftfahrzeugklappe angeschlossen ist.
Schließlich kann das Überlastelement vorteilhaft an ein Hohlrad des Getriebes angeschlossen sein. Meistens ist das Überlastelement an einer Zwischenwelle zwischen dem Hohlrad und dem Abtriebselement vorgesehen. Das ist selbstverständlich nicht zwingend. Durch den Rückgriff auf das Hohlrad kann der elektromotorische Antrieb besonders kompakt aufgebaut werden, weil auf diese Weise ein zumindest weiteres Zahnrad als Bestandteil des Getriebes ins Innere des Hohlrades eingreifen kann, so dass zwischen dem vorgeschalteten Zahnrad und dem Hohlrad in Aufsicht eine Überdeckung beobachtet wird, welche eine kompakte Bauform begünstigt.
Nach weiterer vorteilhafter Ausgestaltung kann neben der beschriebenen Überlastfunktion auch eine sogenannte Haltefunktion realisiert werden. In diesem Fall sorgt der elektromotorische Antrieb nach der Erfindung dafür, dass das von ihm beaufschlagte Stellelement (in der Regel die Kraftfahrzeugtür oder Kraftfahrzeugklappe) in einer bestimmten und zur Haltefunktion gehörigen Position blockiert wird. Das kann auf mechanischem Wege durch die Blockade des Elektromotors und/oder des ihm folgenden Getriebes grundsätzlich erfolgen. Daneben ist noch eine elektrische Blockade des Elektromotors bzw. des folgenden Getriebes denkbar, wenn die an dieser Stelle beobachteten Selbsthemmungskräfte groß genug sind.
Im Ergebnis wird ein elektromotorischer Antrieb für kraftfahrzeugtechnische Anwendungen zur Verfügung gestellt, welcher mechanisch besonders robust aufgebaut ist, zugleich aber auch über die integrierte Sensorik umfassend Auskunft über die jeweilige Position des Stellelementes sowie hieran angreifende Kräfte zur Verfügung stellt. Hierin sind die wesentlichen Vorteile zu sehen. Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert; es zeigen: Fig. 1 den elektromotorischen Antrieb nach der Erfindung, welcher für kraftfahrzeugtechnische Anwendungen geeignet ist, wobei das zusätzlich vorgesehene Überlastelement lediglich angedeutet ist,
Fig. 2 den Gegenstand nach der Fig. 1 in einer Rückansicht,
Fig. 3 den Gegenstand nach Fig. 1 in der dortigen Frontansicht zusammen mit dem Überlastelement und
Fig. 4 und 5 das Uberlastelement in einer perspektivischen Detaildarstellung in unterschiedlich Ansichten.
In den Figuren ist ein elektromotorischer Antrieb für kraftfahrzeugtechnische Anwendungen dargestellt. Konkret handelt es sich um einen Kraftfahrzeugtür oder Kraftfahrzeugklappen-Antrieb. Tatsächlich arbeitet der fragliche Antrieb auf eine lediglich in der Fig. 1 angedeutete Kraftfahrzeugtür 1 . Dazu ist der nachfolgend im Detail noch zu beschreibende elektromotorische Antrieb im Innern der Kraftfahrzeugtür 1 angeordnet, bei welcher es sich nach dem Ausführungsbeispiel um eine Kraftfahrzeug-Seitentür handelt. Der elektromotorische Antrieb stützt sich gegenüber einer dort angedeuteten Kraftfahrzeugkarosserie 2 unter Zwischenschaltung eines Abtriebselementes 3 ab. Durch eine Beaufschlagung des Abtriebselementes 3 in im Wesentlichen in der Fig. 1 angedeuteter linearer Richtung entsprechend dem Doppelpfeil kann die fragliche Kraftfahrzeugtür 1 gegenüber der Karosserie 2 hin- und herbewegt werden, wie dies im Detail hinlänglich bekannt ist und beispielsweise in der zuvor bereits angesprochenen und gattungsbildenden US 2017/0260790 A1 beschrieben wird.
Der elektromotorische Antrieb bzw. der dargestellte Kraftfahrzeugtür-Antrieb ist zu diesem Zweck mit einem Elektromotor 4 ausgerüstet. Der Elektromotor 4 wird mit Hilfe einer nachfolgend noch näher zu beschreibenden Steuereinheit 5 beaufschlagt. Abtriebsseitig arbeitet der Elektromotor 4 über eine Abtriebswelle auf eine Abtriebsschnecke 6, welche ein Schneckenrad 7 in Rotationen versetzt. Das Schneckenrad 7 kämmt seinerseits mit einem Zahnrad 8, welches mit seiner abtriebsseitigen Verzahnung in ein Hohlrad 9 eingreift. Auf diese Weise ist der Elektromotor 4 mit einem ihm folgenden bzw. nachgeschalteten Getriebe 6, 7, 8, 9 ausgerüstet. Das Getriebe 6, 7, 8, 9 arbeitet seinerseits unter Zwischenschaltung eines nachfolgend noch näher zu beschreibenden Überlastelementes 10, 1 1 auf das zuvor bereits angesprochene Abtriebselement 3, welches sich an der Karosserie 2 abstützt, so dass auf diese Weise die Kraftfahrzeugtür 1 die gewünschten Schwenkbewegungen absolviert.
Zum grundsätzlichen Aufbau gehören noch Sensoren 12, 13, 14, deren Signale von der Steuereinheit 5 erfasst und ausgewertet werden sowie gegebenenfalls in Stellsignale für den Elektromotor 4 umgewandelt werden.
Dabei ist der zumindest eine Sensor 13, 14 ausweislich der Darstellung in der Fig. 3 und erfindungsgemäß in das abtriebsseitig vorgesehene Überlastelement 10, 1 1 integriert. Bei dem fraglichen Sensor 13, 14 handelt es sich im Ausführungsbeispiel um einen Kraftsensor 13, 14. Der zusätzlich vorgesehene und zuvor bereits angesprochene Sensor 12 ist demgegenüber als Positionssensor 12 ausgelegt und dient dazu, die Position der Kraftfahrzeugtür 1 im Beispielfall absolut zu erfassen. Zu diesem Zweck ist der fragliche Positionssensor 12 abtriebsseitig des Überlastelementes 10, 1 1 angeordnet, wie nachfolgend noch näher beschrieben wird. Dadurch kann mit Hilfe des Positionssensors 12 die Position der Kraftfahrzeugtür 1 absolut erfasst werden, und zwar unabhängig davon, dass das Überlastelement 10, 1 1 ausgelöst hat oder nicht, wie anschließend noch im Detail beschrieben wird.
Der Sensor bzw. Kraftsensor 13, 14 ist seinerseits zweiteilig ausgelegt und verfügt zu diesem Zweck über einen Sensor 13 und ein Tastelement 14. Der Sensor 13 mag dabei an ein Stirnrad 1 1 als Bestandteil des Überlastelementes 10, 1 1 angeschlossen sein, wohingegen sich das Tastelement 14 an einer Stirnscheibe 10 als weiterem Bestandteil findet. Grundsätzlich kann auch umgekehrt vorgegangen werden, was allerdings nicht dargestellt ist.
Wie bereits erläutert, ist das Überlastelement 10, 1 1 zweiteilig mit dem zuvor bereits angesprochenen Stirnrad 1 1 und der hierin eingreifenden Stirnscheibe 10 ausgebildet. Das wird insbesondere anhand der perspektivischen Darstellungen in den Fig. 4 und 5 deutlich. Zu diesem Zweck ist die Stirnscheibe 10 mit wenigstens einem federbeaufschlagten Kupplungselement 15, 16 ausgerüstet. Mit Hilfe des Kupplungselementes 15, 16 wird ein an der Stirnscheibe 10 angreifendes und vom Elektromotor 4 erzeugtes Drehmoment letztendlich auf das Stirnrad 1 1 übertragen, solange dieses Drehmoment unterhalb eines Überlastdrehmomentes angesiedelt ist. Tatsächlich kommt es bei Überschreiten dieses Überlastdrehmomentes dazu, dass das Kupplungselement 15, 16 durchrutscht und die Stirnscheibe 10 ihre Rotationen nicht (mehr) auf das Stirnrad 1 1 übertragen kann.
Nach dem Ausführungsbeispiel und ausweislich der Darstellungen in den Fig. 4 und 5 sind mehrere federbeaufschlagte Kupplungselemente 15, 16 in oder an der Stirnscheibe 10 realisiert. Die Kupplungselemente 1 5, 16 finden sich dabei jeweils radial am Umfang der Stirnscheibe 10 verteilt, und zwar nach dem Ausführungsbeispiel im Vergleich zum Zentrum mit übereinstimmendem Winkelabstand. Tatsächlich sind nach dem Ausführungsbeispiel insgesamt sechs Kupplungselemente 15, 16 realisiert, die sich jeweils in einem Winkelabstand von ca. 60° in radialer Ausrichtung am Umfang der Stirnscheibe 10 verteilt finden.
Das jeweilige Kupplungselement 15, 16 setzt sich aus einem Kupplungsschieber 15 sowie einer den Kupplungsschieber 15 beaufschlagenden Spiralfeder 16 zusammen, welche den Kupplungsschieber 15 radial nach außen in Anlage innenseitig an das Stirnrad 1 1 vorspannt. Dazu ist der jeweilige Kupplungsschieber 15 in einer entsprechenden Radialausnehmung der Stirnscheibe 10 linear verschiebbar gelagert. Auf diese Weise lässt sich zunächst einmal das Kupplungselement 15, 16 drehmomentabhängig verformen. D. h., ein an der Stirnscheibe 10 angedeutetes und in der Fig. 3 eingezeichnetes Drehmoment führt dazu, dass sich das an die Stirnscheibe 10 angeschlossene Tastelement 14 gegenüber dem Sensor 13 relativ bewegt. Die Relativbewegung ist dabei kraft- bzw. drehmomentproportional, so dass aus dem entsprechenden Signal des Sensors 13 seitens der Steuereinheit 5 auf eine ausgangsseitig am Abtriebselement 3 zur Beaufschlagung der Kraftfahrzeugtür 1 angreifende Kraft rückgeschlossen werden kann.
Tatsächlich handelt es sich bei dem Tastelement 14 nach dem Ausführungsbeispiel um einen Permanentmagneten, wohingegen der Sensor 13 als Hallsensor ausgebildet ist. Selbstverständlich sind auch andere Sensor- /Tastelementkombinationen denkbar, die in der Beschreibungseinleitung bereits vorgestellt worden sind. Übersteigt das an der Stirnscheibe 10 ausgangsseitig des Getriebes 6, 7, 8, 9 angreifende Drehmoment das zuvor bereits angesprochene Überlastdrehmoment, so kann das betreffende Kupplungselement 15, 16 bzw. können die mehreren Kupplungselemente 15, 16 dieses Überlastdrehmoment nicht (mehr) von der Stirnscheibe 10 auf das Stirnrad 1 1 übertragen, so dass in diesem Fall die Stirnscheibe 10 gegenüber dem Stirnrad 1 1 durchrutscht. Dadurch wird ein wirksamer mechanischer Überlastschutz realisiert.
Der Positionssensor 12 findet sich - wie gesagt - abtriebsseitig des Überlastelementes 10, 1 1 . Auf diese Weise kann mit Hilfe des Positionssensors 12 die absolute Position der Kraftfahrzeugtür 1 im Vergleich zur Karosserie 2 erfasst und an die Steuereinheit 5 übermittelt werden. Bei dem Positionssensor 12 mag es sich zu diesem Zweck um einen solchen handeln, der beispielsweise als Schrittzähler arbeitet. Tatsächlich ist im Rahmen des Ausführungsbeispiels und ausweislich beispielsweise der Fig. 1 der Positionssensor 12 als beispielsweise Magnetrad ausgebildet, welches je nach Beaufschlagung des Abtriebselementes 3 entsprechende Drehbewegungen vollführt, die ähnlich einem Schrittzähler gezählt werden. Dadurch kann über die erreichte Schrittposition auf die Winkelposition der Kraftfahrzeugtür 1 im Vergleich zur Kraftfahrzeugkarosserie 2 im Beispielfall rückgeschlossen werden, und zwar absolut. Denn der Positionssensor 12 befindet sich abtriebsseitig des Überlastelementes 10, 1 1 , so dass das Auslösen der Überlastfunktion etwaige Werte des Positionssensors 12 nicht beeinflusst, vielmehr mit seiner Hilfe die absolute Position der Kraftfahrzeugtür 1 bestimmt werden kann.
Anhand der Fig. 2 erkennt man, dass sich der gesamte elektromotorische Antrieb bzw. ein den Antrieb aufnehmendes Gehäuse 17 über einerseits einen Befestigungspunkt 18 und andererseits ein Befestigungselement 19 beispielsweise im Innern der Kraftfahrzeugtür 1 festlegen lässt. Bei dem Befestigungspunkt 18 handelt es sich um einen solchen, der in der in Fig. 2 dargestellten linearen Richtung verschoben werden kann, um einen etwaigen Toleranzausgleich zu einem zugehörigen Fixierpunkt im Innern oder an der Kraftfahrzeugtür 1 zur Verfügung zu stellen. Zu diesem Zweck mag der Befestigungspunkt 18 konkret als T-Schiene ausgelegt sein. Das Befestigungselement 19 übernimmt im Rahmen des Ausführungsbeispiels eine Doppelfunktion. Tatsächlich wird mit Hilfe des Befestigungselementes 19 nicht nur eine Verbindung zur Kraftfahrzeugtür 1 im Beispielfall hergestellt, sondern das Befestigungselement 19 fungiert zugleich auch als Endanschlag für die Offenstellung der Kraftfahrzeugtür 1 . Zugleich sorgt das Befestigungselement 19 dafür, dass der beschriebene elektromotorische Antrieb eine Hubbegrenzung erfährt.
Schließlich erkennt man anhand der Darstellung in der Fig. 2 noch eine Dichtkomponente 20, mit deren Hilfe das Abtriebselement 3 gegenüber einer an dieser Stelle notwendigen Öffnung in der Kraftfahrzeugtür 1 abgedichtet wird. Die Dichtung bzw. Dichtkomponente 20 ist dabei an das Befestigungselement 19 angeschlossen, so dass der dargestellte elektromotorische Antrieb inklusive seinem Gehäuse 17 zusammen mit der Dichtung 20 und dem durch die Dichtung 20 herausgeführten Abtriebselement 3 insgesamt ein funktionsfähiges und zugleich staub- und wasserdicht ausgebildetes Modul darstellt, welches unmittelbar einbaufertig in oder an der Kraftfahrzeugtür 1 angebracht werden kann. Hierin sind die wesentlichen Vorteile zu sehen.
Bezugszeichen
Kraftfahrzeugtür 1
Kraftfahrzeugkarosserie 2
Abriebselement 3
Elektromotor 4
Steuereinheit 5
Abtriebsschnecke 6
Schneckenrad 7
Zahnrad 8
Hohlrad 9
Getriebe 6, 7, 8, 9
Stirnscheibe 10
Überlastelement 10, 11
Stirnrad 11
Positionssensor 12
Sensoren 12, 13, 14
Tastelement 14
Kupplungselement 15, 16
Kupplungsschieber 15
Spiralfeder 16
Gehäuse 17
Befestigungspunkt 18
Befestigungselement 19
Dichtkomponente 20

Claims

Patentansprüche
1 . Elektromotorischer Antrieb für kraftfahrzeugtechnische Anwendungen, insbesondere Kraftfahrzeugtür- oder Kraftfahrzeugklappen-Antrieb, mit einem Elektromotor (4), ferner mit einem dem Elektromotor (4) folgenden Getriebe (6, 7, 8, 9), und mit zumindest einem Sensor (12, 13, 14) zur Positions- und/oder Krafterfassung, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass abtriebsseitig ein Überlastelement (10, 1 1 ) mit dem integrierten Sensor (13, 14) realisiert ist.
2. Antrieb nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Überlastelement (10, 1 1 ) zweiteilig mit einem Stirnrad (1 1 ) und einer hierin eingreifenden Stirnscheibe (10) ausgebildet ist.
3. Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnscheibe (10) wenigstens ein federbeaufschlagtes Kupplungselement (15, 16) zur
Drehmomentübertragung auf das Stirnrad (1 1 ) aufweist.
4. Antrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere federbeaufschlagte Kupplungselemente (15, 16) in oder an der Stirnscheibe (10) vorgesehen sind.
5. Antrieb nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Kupplungselement (15, 16) radial am Umfang der Stirnscheibe (10) angeordnet ist.
6. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (13, 14) mit einem Tastelement (14) zusammenwirkt, wobei der Sensor (13) an das Stirnrad (1 1 ) und das Tastelement (14) an die Stirnscheibe (10) angeschlossen sind, oder umgekehrt.
7. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (13, 14) als Kraftsensor ausgebildet ist.
8. Antrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zum Kraftsensor (13, 14) ein Positionssensor (12) realisiert ist.
9. Antrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionssensor (12) abtriebsseitig an das Überlastelement (10, 11 ) angeschlossen ist.
10. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Überlastelement (10, 1 1 ) an ein Hohlrad (9) des Getriebes (6, 7, 8, 9) angeschlossen ist.
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