DE102013211617A1

DE102013211617A1 - Linearbewegungsvorrichtung mit Geräuschkompensation

Info

Publication number: DE102013211617A1
Application number: DE102013211617.9A
Authority: DE
Inventors: Steffen Pfister
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-06-20
Filing date: 2013-06-20
Publication date: 2014-12-24

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Linearbewegungsvorrichtung (10) mit einem in Richtung einer Längsachse (11) linearbeweglichen Läufer (25), der mit einem Elektromotor (40) in Antriebsverbindung steht, wobei der Elektromotor (40) mit einem Antriebsregler (41) elektrisch verbunden ist, so dass die Drehzahl, die Drehstellung oder der Motorstrom des Elektromotors (40) auf einen vorgegebenen Sollwert eingeregelt werden kann. Erfindungsgemäß ist an der Linearbewegungsvorrichtung (10) ein Körperschallmikrofon (42) angebracht, das derart mit dem Antriebsregler (41) verbunden ist, dass das Signal des Körperschallmikrofons (42) den Sollwert (50) des Antriebsreglers (41) beeinflusst.

Description

Die Erfindung betrifft eine Linearbewegungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und ein Verfahren zu deren Betrieb.
Aus der DE 10 2011 116 631 A1 ist eine Linearbewegungsvorrichtung in Form eines Elektrozylinders bekannt. Der Läufer der Linearbewegungsvorrichtung ragt beweglich in Richtung einer Längsachse aus dem Gehäuse heraus. Der Läufer steht in Schraubeingriff mit einer Gewindespindel, welche in Drehantriebsverbindung mit einem Elektromotor bringbar ist. Derartige Elektromotoren werden üblicherweise von einem Antriebsregler mit elektrischer Energie versorgt, wobei der Antriebsregler die Drehzahl und/oder die Drehstellung und/oder den Motorstrom auf einen gewünschten Sollwert einregeln kann.
Es hat sich gezeigt, dass derartige Linearbewegungsvorrichtungen erhebliche Betriebsgeräusche verursachen, insbesondere, wenn der Läufer über einen Planetengewindetrieb mit dem Elektromotor in Antriebsverbindung steht.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Überwindung des vorstehenden Nachteils.
Gemäß dem selbständigen Anspruch wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass an der Linearbewegungsvorrichtung ein Körperschallmikrofon angebracht ist, das derart mit dem Antriebsregler verbunden ist, dass das Signal des Körperschallmikrofons den Sollwert des Antriebsreglers beeinflusst. Der Sollwert soll dabei vorzugsweise so beeinflusst werden, dass der Elektromotor eine mechanische Gegenschwingung erzeugt, die sich mit den Körperschallschwingungen der Linearbewegungsvorrichtung genau so überlagert, dass die Schallabstrahlung der Linearbewegungsvorrichtung minimiert wird.
In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung angegeben.
Es kann ein Gehäuse vorgesehen sein, in dem eine Gewindespindel bezüglich der Längsachse drehbar gelagert ist, wobei der Läufer in Richtung der Längsachse beweglich aus dem Gehäuse herausragt, wobei der Läufer über eine Mutter in Schraubeingriff mit der Gewindespindel steht, wobei die Gewindespindel in Drehantriebsverbindung mit dem Elektromotor steht. Derartige Linearbewegungsvorrichtungen neigen besonders zur Schallabstrahlung, so dass die Erfindung dort einen besonders großen Nutzen bringt.
Die Mutter und die Gewindespindel können einen Planetengewindetrieb bilden. In diesem Fall ist die Geräuschentwicklung besonders stark, so dass die Erfindung hier einen besonders großen Nutzen bringt.
Das Gehäuse kann ein kreiszylindrisches Gehäuserohr umfassen, wobei das Körperschallmikrofon an dem Gehäuserohr befestigt ist. Das Gehäuserohr bildet die größte Oberfläche der Linearbewegungsvorrichtung, welche Schall abstrahlt. Dementsprechend kann eine besonders große Absenkung des Geräuschniveaus erzielt werden, wenn gerade den Körperschallschwingungen des Gehäuserohres erfindungsgemäß entgegengewirkt wird.
Das Körperschallmikrofon kann ein Piezoelement umfassen. Ein derartiges Körperschallmikrofon ist besonders kostengünstig. Gleichzeitig ist es in Bezug auf die vorwiegend auftretenden Schallfrequenzen besonders empfindlich.
Der Antriebsregler kann einen programmierbaren Digitalrechner umfassen, damit insbesondere das Mikrofonsignal im Antriebsregler einer digitalen Signalaufbereitung unterzogen werden kann, die individuell an die vorliegende Linearbewegungsvorrichtung angepasst ist.
In die Verbindung zwischen dem Körperschallmikrofon und dem Antriebsregler kann wenigstens ein Bandpassfilter geschaltet sein. Durch den Bandpassfilter soll erreicht werden, dass nur solche Schallfrequenzen auf den Antriebsregler rückgekoppelt werden, welche dessen Funktion nicht stören und welche keine Schäden an der Linearbewegungsvorrichtung hervorrufen können.
Das Mikrofonsignal kann den Sollwert um 180° phasenverschoben beeinflussen, wobei vorzugsweise das phasenverschobene Mikrofonsignal mit einem Vorgabewert addiert wird, um den Sollwert zu bilden. Durch diese Maßnahme erzeugt der Elektromotor eine Gegenschwingung, welche dem von der Linearbewegungsvorrichtung abgestrahlten Schall besonders effizient entgegen wirkt.
Das Mikrofonsignal kann den Sollwert invertiert beeinflussen, wobei vorzugsweise das invertierte Mikrofonsignal mit einem Vorgabewert addiert wird, um den Sollwert zu bilden. Durch diese Maßnahme erzeugt der Elektromotor eine Gegenschwingung, welche dem von der Linearbewegungsvorrichtung abgestrahlten Schall besonders effizient entgegen wirkt.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es stellt dar:
1 eine erfindungsgemäße Linearbewegungsvorrichtung.
1 zeigt eine erfindungsgemäße Linearbewegungsvorrichtung 10. Die Linearbewegungsvorrichtung 19 umfasst ein Gehäuse 20 mit einem bezüglich einer Längsachse 11 kreiszylindrischen Gehäuserohr 24, welches vorzugsweise aus Stahl besteht. Innerhalb des Gehäuserohres 24 ist eine Gewindespindel 27 aufgenommen. Am im 1 rechten, ersten Ende 12 des Gehäuses 20 ist eine Drehlagerung 22 vorgesehen, welche fest mit dem Gehäuserohr 24 verbunden ist. Die Drehlagerung umfasst vorzugsweise mehrere Radialwälzlager, insbesondere Schrägkugellager, in denen die Gewindespindel 27 bezüglich der Längsachse 11 drehbar gelagert ist.
Der Läufer 25 ist ebenfalls in Form eines kreiszylindrischen Rohres ausgebildet und besteht vorzugsweise aus Stahl. Er durchsetzt einen Flansch 21, so dass er aus dem Gehäuse 20 herausragt. Der Flansch 21 ist am zweiten 13, dem ersten 12 gegenüberliegenden Ende des Gehäuses 20 angeordnet und fest mit dem Gehäuserohr 24 verbunden. Der Flansch weist mehrere Befestigungsmittel 31, insbesondere Bohrungen oder Innengewinde, auf, so dass die Linearbewegungsvorrichtung 10 über den Flansch 21 fest mit einer (nicht dargestellten) übergeordneten Baugruppe verbunden werden kann.
Innen am Läufer 25 im Bereich des zweiten Endes 13 ist die Gewindespindel 27 über eine Endabstützung 28 abgestützt, wobei die Endabstützung 28 vorzugsweise ein Radiallager, insbesondere ein Radialwälzlager, umfasst. Im Bereich des ersten Endes 12 ist eine Mutter 29 fest mit dem Läufer 25 verbunden, wobei sie im Schraubeingriff mit der Gewindespindel 27 steht. Die Mutter 29 bildet zusammen mit der Gewindespindel 27 einen Planetengewindetrieb, wie er beispielsweise aus der DE 10 2007 056 861 A1 bekannt ist. Im Bereich des zweiten Endes 13 ist der Läufer 25 mit einem Befestigungselement 26 versehen, welches beispielsweise als Kugelgelenk oder als Außengewinde ausgebildet sein kann.
Der Elektromotor 40 steht über einen Riementrieb 23 mit der Gewindespindel 27 in Drehantriebsverbindung, wobei er seitlich neben dem Gehäuserohr 24 angeordnet ist. Es kann aber auch daran gedacht sein, auf den Riementrieb 23 zu verzichten und den Elektromotor in eine Flucht mit der Gewindespindel 24 anzuordnen. Der Elektromotor 40 ist mit einem Getriebe 44 versehen, welches vorzugsweise als Zahnradgetriebe ausgebildet ist, damit die zum Antrieb der Linearbewegungsvorrichtung 10 erforderlichen Drehmomente bereitgestellt werden können.
An dem Gehäuserohr 24 ist das Körperschallmikrofon 42 angebracht. Es kann daran gedacht sein, das Körperschallmikrofon 42 außen auf das Gehäuserohr 24 aufzukleben. Es kann aber auch daran gedacht sein, das Körperschallmikrofon 42 in einer Ausnehmung des Gehäuserohres 24 anzuordnen, so dass es gegen Beschädigung geschützt ist. Das Körperschallmikrofon 42 ist mit einer Funktionseinheit 52 gekoppelt, welche das Mikrofonsignal 53 wahlweise invertiert oder um 180° phasenverschiebt. Bei der Funktionseinheit 52 kann es sich um eine gesonderte Baugruppe handeln, vorzugsweise ist jedoch daran gedacht, diese als Computer-Programm auszubilden, welches in einem programmierbaren Digitalrechner abläuft, welcher Bestandteil des Antriebsreglers 41 ist.
Das invertierte bzw. phasenverschobene Signal wird einem Bandpassfilter 43 zugeführt, der vorzugsweise als Finit-Impulse-Response-Filter (FIR-Filter) oder als Infinite-Impulse-Response-Filter (IFR-Filter) ausgebildet ist. Dementsprechend läuft vorzugsweise auch dieser digitale Filter als Computer-Programm im den Digitalrechner des Antriebsreglers 41 ab.
Das gefilterte Signal wird nunmehr einem von außen zugeführten Vorgabewert 51 hinzuaddiert, um den Sollwert 50 für die im Antriebsregler 41 durchgeführte Regelung zu erhalten. Es versteht sich von selbst, dass das gefilterte Signal mit einem geeigneten Faktor multipliziert werden kann, um die Geräuschkompensation zu optimieren. Bei dem genannten Vorgabewert 51 handelt es sich um den Sollwert des Antriebsreglers, der ohne die erfindungsgemäße Geräuschkompensation verwendet werden würde.
Der Antriebsregler 41 regelt wahlweise den Motorstrom, die Drehstellung oder die Drehzahl des Elektromotors 40. Dabei können mehrere überlagerte Regelungen vorgesehen sein, in denen jede beliebige Kombination aus den genannten Größen geregelt werden kann.
Bezugszeichenliste

10: Linearbewegungsvorrichtung
11: Längsachse
12: erstes Ende
13: zweites Ende
20: Gehäuse
21: Flansch
22: Drehlagerung
23: Riementrieb
24: Gehäuserohr
25: Läufer
26: Befestigungselement
27: Gewindespindel
28: Endabstützung
29: Mutter
30: Planetengewindetrieb
31: Befestigungsmittel
40: Elektromotor
41: Antriebsregler
42: Körperschallmikrofon
43: Bandpassfilter
44: Getriebe
50: Sollwert
51: Vorgabewert
52: Funktionseinheit zur Phasenverschiebung bzw. zur Invertierung
53: Mikrofonsignal

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102011116631 A1 [0002]
DE 102007056861 A1 [0019]

Claims

Linearbewegungsvorrichtung (10) mit einem in Richtung einer Längsachse (11) linearbeweglichen Läufer (25), der mit einem Elektromotor (40) in Antriebsverbindung steht, wobei der Elektromotor (40) mit einem Antriebsregler (41) elektrisch verbunden ist, so dass die Drehzahl, die Drehstellung oder der Motorstrom des Elektromotors (40) auf einen vorgegebenen Sollwert eingeregelt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass an der Linearbewegungsvorrichtung (10) ein Körperschallmikrofon (42) angebracht ist, das derart mit dem Antriebsregler (41) verbunden ist, dass das Signal des Körperschallmikrofons (42) den Sollwert (50) des Antriebsreglers (41) beeinflusst.
Linearbewegungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gehäuse (20) vorgesehen ist, in dem eine Gewindespindel (27) bezüglich der Längsachse (11) drehbar gelagert ist, wobei der Läufer (25) in Richtung der Längsachse (11) beweglich aus dem Gehäuse (20) herausragt, wobei der Läufer (25) über eine Mutter in Schraubeingriff mit der Gewindespindel (27) steht, wobei die Gewindespindel (27) in Drehantriebsverbindung mit dem Elektromotor (40) steht.
Linearbewegungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mutter (29) und die Gewindespindel (27) einen Planetengewindetrieb (30) bilden.
Linearbewegungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (20) ein kreiszylindrisches Gehäuserohr (24) umfasst, wobei das Körperschallmikrofon (42) an dem Gehäuserohr (24) befestigt ist.
Linearbewegungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Körperschallmikrofon (42) ein Piezoelement umfasst.
Linearbewegungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsregler (41) einen programmierbaren Digitalrechner umfasst.
Linearbewegungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in die Verbindung zwischen dem Körperschallmikrofon (42) und dem Antriebsregler (41) wenigstens ein Bandpassfilter (43) geschaltet ist.
Verfahren zum Betrieb einer Linearbewegungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mikrofonsignal (53) den Sollwert (50) um 180° phasenverschoben beeinflusst, wobei vorzugsweise das phasenverschobene Mikrofonsignal mit einem Vorgabewert (51) addiert wird, um den Sollwert (50) zu bilden.
Verfahren zum Betrieb einer Linearbewegungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Mikrofonsignal (53) den Sollwert (50) invertiert beeinflusst, wobei vorzugsweise das invertierte Mikrofonsignal mit einem Vorgabewert (51) addiert wird, um den Sollwert (50) zu bilden.