DE19746595C2 - Antriebseinheit mit Elektromotor - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Antriebseinheit mit ei­ nem Elektromotor nach der Gattung des Anspruches 1.

Eine durch die Druckschrift EP 0 175 996 A3 bekannte Antriebseinheit besitzt einen Elektromotor mit einer Motor­ welle, eine mit der Motorwelle verbundene Schnecke, ein mit der Schnecke im Eingriff befindliches Schneckenrad und gemäß der Fig. 3 dieser Druckschrift beiden Enden der Motorwelle zugeordnet Reibungsbremsen, deren erste Reib­ elemente mit der längsverschiebbar gelagerten Motorwelle starr verbunden sind und deren zweite Reibelemente jeweils von einem Drehrichtungsgesperre gegen Verdrehung in ei­ ner Drehrichtung gesichert sind, wobei das eine Drehrich­ tungsgesperre gegen Linksdrehung und das andere Dreh­ richtungsgesperre gegen Rechtsdrehung der Motorwelle wirkt. Vom Schneckenrad, auf das ein in der einen oder an­ deren Drehrichtung wirkendes Rücktriebsmoment beispiels­ weise eines beweglichen Fahrzeugbauteiles wirkt, wird über die Schnecke des ausgeschalteten Motors ein erstes Reibele­ ment zur Erzeugung von Reibschluß gegen das zugeordnete zweite Reibelement gedrückt und dieserart die Motorwelle gebremst. Diese Reibungsbremsen ergeben in dem vorlie­ genden Fall den Vorteil, daß ein Mangel an Selbsthemmung des aus dieser Schnecke und dem Schneckenrad bestehen­ den Schneckengetriebes, wobei der Mangel eine Folge von Erschütterungen sein kann, nicht zu ungewollter selbsttäti­ ger Verstellung des beweglichen Fahrzeugteiles wie Fen­ sterscheibe, Schiebedach, Spiegel, Sitz oder dergleichen führt. Diese Reibungsbremsen erschweren auch zumindest ein unbefugtes Öffnen eines Fensters oder eines Schiebeda­ ches. Teuer ist der Aufwand für Bauteile mit Gleitflächen, die mit Sorgfalt aufeinander abzustimmen und herzustellen sind.

Durch die Patentschrift US 4,823,035 ist ein Elektromo­ tor mit einem Rastmechanismus bekannt, der gegen eine un­ gewollte Verdrehung der Motorwelle wirkt und beim Ein­ schalten des Elektromotors per elektrischen Strom entrast­ bar ist. Der Rastmechanismus enthält eine mit der Motor­ welle verdrehfest verbundene Nabe mit vier radial abstehen­ den Rastzähnen, einen zum Eintauchen in Lücken zwischen den Rastzähnen bestimmten Raststift, der radial zur Nabe verschiebbar gelagert ist und mittels einer Feder in Richtung der Nabe belastet ist, und einen das Entrasten bewirkenden Aktuator, der nach Art einer Schraubenfeder aus Draht ge­ wunden ist, wobei der Draht aus Formgedächtnismaterial (shape memory metal) gewickelt ist und mittels elektri­ schem Strom aufheizbar ist, um infolge von Erwärmung ge­ gen die Schraubenfeder zu wirken und den Raststift aus ei­ ner jeweiligen Lücke zwischen den Rastzähnen zu ziehen. Die Windungen sind nach Art einer elektrischen Spule ei­ nerseits mit einem Schalter und andererseits mit einer Bür­ ste und also Ankerwicklungen des Elektromotors in Reihe geschaltet, so daß ein Einschalten des Elektromotors eine Erwärmung des Aktuators und damit schließlich ein Entra­ sten des Rastmechanismus zur Folge hat. Ein Ausschalten des Elektromotors führt zu einem Abkühlen des Aktuators und schließlich dazu, daß die Schraubenfeder den Raststift zur Nabe drückt, wodurch ein Einrasten des Stiftes zwischen Rastzähnen möglich wird. Erkennbar kommt also zwischen dem Stift und wenigstens einem der Rastzähne ein mechani­ scher formschlüssiger Kontakt zustande.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Antriebseinheit mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 hat den Vorteil, daß sie eine auf einfache Art und Weise wirkende Hemmung besitzt, die berührungslos und verschleißfrei ausgebildet ist.

Die erfindungsgemäße Antriebseinheit kommt ohne Gleitflächen und ohne Reibflächen aufweisende und ohne formschlüssig mechanisch wirkende Bauelemente aus. Die erfindungsgemäße Antriebseinheit ist verschleißarm, auch dann, wenn der Zutritt von Abrieb von Bürsten des Motors nicht vermeidbar ist.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnah­ men sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Patentanspruch 1 angegebenen Antriebseinheit mög­ lich. Besonders vorteilhaft, weil einfach im Aufbau, ist ein Ausführungsbeispiel mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 2. Das kennzeichnende Merkmal des An­ spruchs 3 ergibt den Vorteil einer verstärkten Hemmung.

Die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 4 erge­ ben ein Ausführungsbeispiel im Falle eines Elektromotors, der als ein Kollektormotor ausgebildet ist für zwei Antriebs­ drehrichtungen. Trotz der für die Drehrichtungsumkehr not­ wendigen Änderung der Stromrichtung durch die Bürsten genügt es nunmehr die Magnetspule der Rasteinrichtung über die Gleichrichterschaltung dauerhaft mit Anschlußlei­ tungen des Elektromotors zu verbinden.

Zeichnung

Die erfindungsgemäße Antriebseinheit ist schematisch in der einzigen Figur dargestellt.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die Antriebseinheit 2 besitzt einen schematisch darge­ stellten Elektromotor 3, einen Rastmechanismus 4 und wahlweise ein aus dem Stand der Technik entnehmbares Ge­ triebe 5, beispielsweise ein Schneckengetriebe.

Der Elektromotor 3 ist hier als ein Kollektormotor mit zwei Bürsten 6 und 7 ausgebildet und weist zwei zu den Bürsten 6 und 7 verlaufende Anschlußleitungen 8 und 9 auf. Der Elektromotor 3 ist beispielsweise in zwei Drehrichtun­ gen betreibbar, je nachdem, ob an die Anschlußleitung 8 oder 9 eine positive Spannung gelegt wird. Das Bereitstellen einer positiven Spannung an der Anschlußleitung 8 oder 9 und dementsprechend das Potential an der jeweils anderen Anschlußleitung gehört nicht zum Gegenstand der Erfin­ dung und wird deshalb hier nicht beschrieben.

Der Elektromotor 3 hat eine Motorwelle 10 zum Abgeben von Drehmoment an das Getriebe 5 oder direkt an einen nicht dargestellten Drehmomentaufnehmer. Mit der Motor­ welle 10 und damit auch mit dem Getriebe 5 drehfest ver­ koppelt ist als Bestandteil des Rastmechanismus 4 eine Nabe 11, die hier im Beispiel vier Rastzähne 12 aufweist, die radial von der Nabe 11 abstehen und unter sich gleiche Winkelabstände aufweisen. Die Nabe 11 und die Rastzähne 12 sind aus einem magnetisch leitenden Werkstoff herge­ stellt. Anstelle von vier in der Figur dargestellten Rastzäh­ nen 12 ist es möglich, eine unbestimmte Anzahl von Rast­ zähnen zu wählen. Entlang einer durch Drehen der Nabe 11 erzeugbaren Umlaufbahn dieser Rastzähne 12 ist ein perma­ nentmagnetischer Kreis, bestehend aus einem ersten Ma­ gnetflußleitstück 13 (Raststift), einem zweiten Magnetflußleitstück 14 (Raststift) und einem Permanentmagnet 15, angeordnet. Der Perma­ nentmagnet 15 hat einen Nordpol N und einen Südpol S. Demgemäß stellt das Magnetflußleitstück 13 in Ausrichtung zu Rastzähnen 12 und der Nabe 11 einen Nordpol N zur Ver­ fügung, wogegen das Magnetflußleitstück 14 im Bereich der Rastzähne 12 einen Südpol S zur Verfügung stellt. Anhand der Figur ist erkennbar, daß ausgehend von dem Nordpol durch das Magnetflußleitstück 13 sowie einen zu diesem ausgerichteten Rastzahn 12, durch die Nabe 11 und einen weiteren Rastzahn 12 sowie durch das andere Magnetfluß­ leitstück 14 ein magnetischer Fluß stattfindet. In der Figur sind Luftspalte 16 und 17 dargestellt, die unvermeidlich sind. In der gezeigten Ausrichtung der Rastzähne 12 zu den Magnetflußleitstücken 13 und 14 sind Magnetflußlinien durch die Luftspalte 16 und 17 am kürzesten. Erfolgt wegen eines in das Getriebe 5 wirkenden Rücktriebsmoments eine Verdrehung der Nabe 11, so verlieren die Rastzähne 12 die dargestellten Ausrichtungen zu den Magnetfeldleitstücken 13 und 14 und die Luftspalte 16 und 17 werden dann länger, wobei der magnetische Fluß in den Luftspalten 16 und 17 Richtungsänderungen unterliegt. Dies bewirkt Rückstellmo­ mente entgegen der Verdrehung der Nabe 11 mit der erfin­ dungsgemäß gewollten Wirkung, daß unerwünschte Verdre­ hungen der Motorwelle 10 beschränkt werden auf ein Win­ kelmaß, das im wesentlichen auf einen Winkel eingegrenzt ist in der Größenordnung der Abmessung des Rastzahnes 12 in Umfangsrichtung dividiert durch den Abstand des Rast­ zahnes 12 relativ zu der Drehachse der Nabe 11 bzw. der Drehachse der Motorwelle 10.

Damit im Betrieb des Elektromotors 3 dieser nicht mittels der Magnetflußleitstücke 13 und 14 und der Zähne 12 er­ zeugbare Rastmomente zu überwinden braucht, was gege­ benenfalls einen nachteilig großen Elektromotor 3 erfordern würde, ist eine Magnetspule 18 vorgesehen zum wenigstens teilweisen Kompensieren des magnetischen Flusses, der von dem Permanentmagnet 15 erzeugt wird. Es ist dem Kon­ strukteur freigestellt, diese Magnetspule 18 um ein Magnet­ flußleitstück 13 oder 14 oder um den Permanentmagnet 15 herum anzuordnen oder die Magnetspule 18 entlang aller drei genannten Bauteile zu erstrecken. Im dargestellten Bei­ spiel erfolgt eine Stromversorgung der Magnetspule 18 über Spulenenden 19 und 20 unter Zwischenschaltung einer Gleichrichterschaltung 21 und Zwischenleitungen 22 und 23 von den Anschlußleitungen 8 und 9 des Elektromotors 3. Wie in der Figur dargestellt, ist die Gleichrichterschaltung 21 eine sogenannte Brückenschaltung mit der Wirkung, daß die Stromflußrichtung durch die Magnetspule 18 immer die gleiche ist, egal ob eine Versorgungsspannung mit dem Vor­ zeichen + an die Anschlußleitung 8 oder die Anschlußlei­ tung 9 gelegt wird. Dies ergibt, in zu der Erfindung gehören­ der Weise, den Vorteil, daß auch bei einem in zwei Drehrich­ tungen betreibbaren Elektromotor, so wie dies weiter oben beschrieben ist, zur Versorgung der Magnetspule 18 mit Er­ regungsstrom keine zusätzlichen Schaltelemente wie Re­ laiskontakte oder Halbleiterschaltelemente notwendig sind.

Die Bauteile 11, 12, 13, 14, 15 bilden also den Rastme­ chanismus 4, wobei die Magnetspule 18 dazu bestimmt ist, zeitweise, nämlich während des Betriebs des Elektromotors, Rastkräfte wenigstens zu vermindern. Das Ziel einer völli­ gen Beseitigung von Rastkräften mittels der Magnetspule 18 braucht nicht erreicht zu werden. Das Erreichen des Zieles wäre nämlich auch daran geknüpft, daß Bauteiltoleranzen bezüglich Abmessungen und magnetischer Wirkung in sehr engen Grenzen gehalten werden müßten und wegen varia­ bler Temperatur der Magnetspule 18 zusätzlich Stromfluß durch die Magnetspule 18 geregelt werden müßte. Dies alles wäre unter Umständen viel zu teuer, insbesondere dann, wenn die erfindungsgemäße Antriebseinheit preisgünstig dem Verstellen von Fensterscheiben oder Schiebedächern oder dergleichen von Fahrzeugen dienen soll.

Claims (4)

1. Antriebseinheit mit einem Elektromotor, der eine Motorwelle hat, und mit einem elektrisch entrastbaren Rastmechanismus, der eine mit der Motorwelle verkoppelte Nabe und von dieser radial abstehende Rastzähne sowie wenigstens einen Raststift und zur elektrischen Entrastung ein Element aufweist, das aus Windungen von elektrisch leitfähigem Draht besteht und zum Entrasten von elektrischem Strom durchflossen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Rastzähne (12) aus magnetisch leitfähigem Werkstoff bestehen, daß der wenigstens eine Raststift (13, 14) ortsfest angeordnet und Bestandteil eines permanentmagnetischen Kreises (13, 14, 15) ist, relativ zu dessen von jedem Raststift (13, 14) zur Verfügung gestellten Magnetpol (N; S), die Rastzähne (12) nacheinander ausrichtbar sind, und daß der elektrisch leitfähige Draht zu einer wenigstens eine Teillänge des permanentmagnetischen Kreises (13, 14, 15) umfassenden Magnetspule (18) gewickelt ist zu einer wenigstens teilweisen Kompensation des permanentmagnetischen Flusses des permanentmagnetischen Kreises (13, 14, 15) im Betrieb des Elektromotors (3).

2. Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der permanentmagnetische Kreis (13, 14, 15) ein Polpaar mit einem Nordpol (N) und einem Süd­ pol (S) aufweist und daß die Rastzähne (12) derart win­ kelig von der Nabe (11) abstehend ausgerichtet sind, daß sie gleichzeitig zu dem Polpaar ausrichtbare Paare bilden.

3. Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Nabe (11) aus magnetisch leitfähigem Werkstoff besteht.

4. Antriebseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (3) als ein Kol­ lektormotor mit zwei Bürsten (6, 7) ausgebildet ist und daß die Magnetspule (18) über eine als eine Brückenschaltung ausgebildete Gleichrichterschaltung (21) mit den Bürsten (6, 7) verschaltet ist.