DE19605452C2 - Antriebseinrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung geht von einer gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches konzipierten, einem Stellelement zugeordneten Antriebseinrichtung aus.

Solche Antriebseinrichtungen sind beispielsweise für die Verstellung und Positionierung von Lüftungsklappen in einem Kraftfahrzeug vorgesehen oder dienen zur Bewegung von Stellgliedern in Regel- oder Steuerkreisen.

Zwecks Realisierung einer derartigen Antriebseinrichtung ist es bekannt, Schrittmotore mit Getriebe bzw. Gleichstrommotore mit angeflanschtem Potentiometer am Getriebeausgang oder Gleichstrom-Getriebemotore mit im Motor integrierten Hall-Sensoren zu verwenden.

Um eine unbeabsichtigte Verstellung des Stellelementes durch äußere Stelleinflüsse - im Falle einer Lüftungsklappe beispielsweise durch die Einwirkung des Luftstroms - zu verhindern, wird bei Stellantrieben mit einem Getriebe letzteres üblicherweise selbsthemmend ausgeführt.

Die Positionierung des Stellelementes erfolgt beim Schrittmotor durch schrittweisen Antrieb und Zählen der Ansteuerimpulse.

Bei mit einem Potentiometer versehenen Gleichstrommotoren wird die Positionierung mittels Messung der zum Verstellwinkel proportionalen Potentiometerspannung vorgenommen.

Schließlich erfolgt bei mit Hall-Sensoren ausgerüsteten, jeweils ein von einem Gleichstrommotor verstellbares Stellglied aufweisenden Antriebseinrichtungen die Positionierung bzw. die Positionserfassung durch Zählen der von einer dauermagnetischen Vorrichtung und einem zugeordneten Hall-Generator erzeugten impulsartigen Signale, wobei eine Realisationsmöglichkeit z. B. in der DE 39 38 057 A1 für Kraftfahrzeuge offenbart ist.

Bei einer Positionserfassung durch eine Lagesensorik wird eine gesonderte elektrische Zuleitung benötigt, was z. B. im Fall einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage mit einer daran vorgesehenen, in der Größenordnung von zehn liegenden Anzahl von Klappen-Verstelleinrichtungen einen beträchtlichen Zusatzaufwand bedeutet. Bei der Verwendung eines einfachen Gleichstrommotors wird damit der Aufwand für die Positionsrückmeldung etwa gleich groß wie für den eigentlichen Stellmotor.

Durch die DE 44 11 935 C1 ist eine entsprechend dem Oberbegriff des Hauptanspruches ausgebildete, insbesondere für die Verstellung der Kraftfahrzeug-Lüftungsklappen vorgesehene Antriebseinrichtung bekanntgeworden, wobei mit der Verstellbewegung des Stellelementes ein mechanisches System mit längs seines Bewegungsweges variierender potentieller Energie mitbewegt wird, mit dem die Motorstrom-Kennlinie über den Stellelemente-Einstellbereich hinweg wesentlich von der vom mechanischen System auf das Stellelement ausgeübten Kraft bestimmt wird.

Bei einer derart ausgeführten Antriebseinrichtung besteht das Problem, daß durch die mechanische Belastung des Stellmotors die relevanten, in der Kraftübertragungskette der Antriebseinrichtung liegenden Übertragungsglieder mechanisch beachtlich beansprucht werden. Dadurch wird dann auch der Stellmotor elektrisch relativ hoch belastet.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Antriebseinrichtung der eingangs erwähnten Art so weiterzubilden, daß durch die eine Veränderung des der Antriebseinrichtung zugeführten elektrischen Stromes bewirkende Belastung der Antriebseinrichtung praktisch keine zusätzliche mechanische Beanspruchung auf die Übertragungsglieder ausgeübt wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhaft bei einem derartigen Aufbau einer Antriebseinrichtung ist, daß dem der Antriebseinrichtung zugeführten Strom klar erkennbare Veränderungen aufmoduliert werden, die dann ohne weiteres zur Bestimmung der jeweiligen Position des Stellelementes herangezogen werden können. Besonders günstig ist dabei, daß der Motorstrom keine Veränderung erfährt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Gegenstandes sind in den Unteransprüchen angegeben und werden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Dabei zeigen

Fig. 1 die wesentlichen Teile der Antriebseinrichtung in Draufsicht

Fig. 2a ein zur Antriebseinrichtung nach Fig. 1 gehörendes Ersatzschaltbild, und

Fig. 2b ein Diagramm des der Antriebseinrichtung nach Fig. 1 zugehörigen elektrischen Stromes.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ist ein die Antriebseinrichtung aufnehmendes, vorzugsweises aus Kunststoff gefertigtes Gehäuse 1 vorhanden. Dieses Gehäuse ist über Befestigungslaschen 1a, die mit zur Aufnahme von Befestigungsschrauben vorgesehenen Durchbrüchen 1a′ versehen sind, insbesondere an einem Kraftfahrzeugteil gehalten und z. B. einer der Lüftungsklappen der Kraftfahrzeug-Klimaanlage zugeordnet.

Die Antriebseinrichtung besteht dabei aus einem eine relativ geringe Leistung aufweisenden Gleichstrom-Stellmotor 2, der über ein mehrere Zahnräder 3a-3c aufweisendes Zahnradgetriebe 3 mit dem nur angedeuteten Stellelement 4 von einer der der Einfachheit halber nicht dargestellten Lüftungsklappen verbunden ist. Zum Anschluß des elektrischen Stellmotors 2 an die Versorgungsspannung U_b des Kraftfahrzeugs ist an dem Gehäuse 1 ein mit zwei Steckkontaktelementen 5a, 5b versehener, als Steckverbindungsteil 5 ausgebildeter Ansatz 1b vorhanden.

Um nunmehr eine Bestimmung der Position des Stellelementes 4 bzw. eine Positionierung desselben durchzuführen, ist an einem der Zahnräder 3a-3c und zwar am Zahnrad 3a eine als Magnetring ausgeführte dauermagnetische Vorrichtung 6 gehalten und konzentrisch zur Drehachse 3a′ dieses Zahnrades 3a angeordnet. Diesem mit mehreren segmentförmigen Abschnitten 6a-6d alternierender Polarität N/S versehenen Magnetring ist ein vorzugsweise als Reed-Kontaktschalter ausgebildeter, in Richtung der hintereinanderliegenden segmentförmigen Abschnitte sich erstreckender magnetfeldempfindlicher Schaltbaustein 7 beinahe tangierend zugeordnet.

Dieser Schaltbaustein liegt elektrisch in Reihe zu einem Widerstand 8, so daß dieser darüber parallel zum Motorstromkreis schaltbar ist (siehe Fig. 2a). Aufgrund dessen wird bei einer Umdrehung der als Magnetring ausgebildeten dauermagnetischen Vorrichtung 6 durch die der Anzahl der segmentförmigen Abschnitte 6a-6d entsprechende Anzahl der Veränderungen des Schaltzustandes des magnetfeldempfindlichen Schaltbausteines 7 eine deutliche, vorzugsweise in der Größenordnung von 10 bis 20% liegende und damit meßtechnisch einwandfrei erfaßbare Erhöhung des der Antriebseinrichtung zugeführten Stromes I erzielt und zwar indem sich zum Motorstrom I* der Strom I** durch den Widerstand 8 hinzuaddiert.

In den Figuren ist eine als Magnetring ausgeführte, dauermagnetische Vorrichtung 6 mit vier segmentförmigen Abschnitten 6a-6d alternierender Polarität N/S dargestellt, woraus das in Fig. 2b angegebene Stromdiagramm resultiert. Wie daraus zu erkennen ist, wird nach jeweils einer Viertelumdrehung, d. h. zu den Zeitpunkten t₁-t₄, der Schaltzustand des Schaltbausteins 7 verändert, woraus sich die prinzipiell dargestellten Stromschwankungen ergeben. Natürlich kann auch die Anzahl der segmentförmigen Abschnitte 6a-6d noch erhöht werden und zwar, um eine noch feinfühligere Messung bzw. Positionierung zu ermöglichen.

Claims (10)

1. Antriebseinrichtung zur Positionierung eines Stellelementes mit

• - einem elektrischen Stellmotor zum Antreiben des Stellelementes,
• - einer Steuerungseinrichtung zur Steuerung des Stellmotors und zur Erkennung der Stellelementposition durch Erfassung des der Antriebseinrichtung zugeführten Stromes,
• - einer mit der Verstellbewegung des Stellelementes mitbewegten physikalischen Anordnung, durch die die Kennlinie des der Antriebseinrichtung zugeführten Stromes über den Stellelement-Einstellbereich wesentlich von der durch die Anordnung erzeugten physikalischen Größe beeinflußt ist,

gekennzeichnet durch,

• - eine der Anordnung (6-8) zugehörige, mit der Verstellbewegung des Stellelementes (4) sich verstellende dauermagnetische Vorrichtung (6), die über den Verstellbereich hinweg mehrere Abschnitte (6a-6d) mit alternierender Polarität (N/S) aufweist,
• - einen der dauermagnetischen Vorrichtung zugeordneten, ortsfest gehaltenen magnetfeldempfindlichen Schaltbaustein (7), der mit jeder Polaritätsänderung der dauermagnetischen Vorrichtung seinen Schaltzustand verändert,
• - einen dem Stellmotor (2) zugeordneten elektrischen Widerstand (8), der mit dem Schaltbaustein verbunden ist und der in Abhängigkeit vom jeweiligen Schaltzustand eine meßbare Veränderung des der Antriebseinrichtung zugeführten Stromes (I) bewirkt.

2. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dauermagnetische Vorrichtung (6) aus einem mehrere segmentförmige Abschnitte (6a-6d) alternierender Polarität (N/S) aufweisenden Magnetring besteht, der dem Stellmotor (2) derart zugeordnet ist, daß er sich mit einer zur Drehzahl des Stellmotors proportionalen Drehzahl bewegt.

3. Antriebseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der die dauermagnetische Vorrichtung (6) bildende Magnetring mit einem Zahnrad (3a) des dem Stellmotor (2) zugehörigen Zahnrad-Getriebes (3) verbunden und konzentrisch zur Drehachse (3a′) des Zahnrades ausgerichtet ist.

4. Antriebseinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der die dauermagnetische Vorrichtung (6) bildende Magnetring mit vier gleich groß ausgeführten, entweder als Nordpol (N) oder als Südpol (S) ausgebildeten segmentförmigen Abschnitten (6a-6d) versehen ist.

5. Antriebseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der die dauermagnetische Vorrichtung (6) bildende Magnetring einstückig ausgeführt ist.

6. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetfeldempfindliche Schaltbaustein (7) als ein den äußeren Umfang des die dauermagnetische Vorrichtung (6) bildenden Magnetrings beinahe tangierender, in Richtung der hintereinanderliegenden segmentförmigen Abschnitte (6a-6d) sich erstreckender Reed-Kontaktschalter ausgeführt ist.

7. Antriebseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Stellmotor (2) zugeordnete Widerstand (8) über den als Reed-Kontaktschalter ausgebildeten magnetfeldempfindlichen Schaltbaustein (7) parallel zum Motorstromkreis geschaltet ist.

8. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellmotor (2) und das Zahnrad-Getriebe (3) sowie die damit kooperierende, im wesentlichen aus der dauermagnetischen Vorrichtung (6), dem damit kooperierenden Schaltbaustein (7) und dem zugehörigen elektrischen Widerstand (8) bestehende, als physikalische Größe einen den Strom des Motorstromkreises beeinflussenden elektrischen Widerstand hervorrufende physikalische Anordnung in einem gemeinsamen Gehäuse (1) vorhanden sind.

9. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die dauermagnetische Vorrichtung (6) und das damit verbundene Zahnrad (3a) des Zahnradgetriebes (3) eine aus einem kunststoffgebundenen Magnet-Werkstoff hergestellte, einstückige Einheit bilden.