DE102016224979A1 - Electrically controllable adjustment device - Google Patents
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Abstract
Es wird eine Vorrichtung (100) zum Justieren der Position und/oder der räumlichen Ausrichtung eines Bauelements (200) relativ zu einer Referenzstruktur (300) beschrieben, umfassend:eine Aktuatoreinrichtung (110) zum Bewegen des Bauelements (200) relativ zu der Referenzstruktur (300) umfassend einen mit dem Referenzstruktur (300) verbundenen ersten Aktuatorteil (111) und einen mit dem Bauelement (200) verbundenen und gegenüber dem ersten Aktuatorteil (111) beweglich ausgebildeten zweiten Aktuatorteil (112),eine Fixiereinrichtung (140) zum Arretieren der Position und/oder Ausrichtung des zweiten Aktuatorteils (112) relativ zu dem ersten Aktuatorteil (111) umfassend eine den zweiten Aktuatorteil (112) und/oder das Bauelement (200) wenigstens teilweise umgebende thermoplastische Masse (141), wobei die thermoplastische Masse (141) bei einer Betriebstemperatur (T) einen festen Zustand besitzt, welcher die Relativbewegung des ersten Aktuatorteils (111) gegenüber dem zweiten Aktuatorteil (112) unterbindet, und wobei die thermoplastische Masse (141) bei einer gegenüber der einer Betriebstemperatur (T) höheren Justagetemperatur (T) einen flüssigen Zustand besitzt, welcher eine Relativbewegung des ersten Aktuatorteils (111) gegenüber dem zweiten Aktuatorteil (112) ermöglicht, undeine Heizeinrichtung (170) mit wenigstens einem Heizelement (171) zum Erhöhen der Temperatur der thermoplastischen Masse (121) von der Betriebstemperatur (T) auf die Justagetemperatur (T).A device (100) for adjusting the position and / or the spatial orientation of a component (200) relative to a reference structure (300) is described, comprising: an actuator device (110) for moving the component (200) relative to the reference structure ( 300) comprising a first actuator part (111) connected to the reference structure (300) and a second actuator part (112) connected to the component (200) and movable relative to the first actuator part (111), a fixing device (140) for locking the position and / or alignment of the second actuator part (112) relative to the first actuator part (111) comprising a thermoplastic mass (141) at least partially surrounding the second actuator part (112) and / or the component (200), wherein the thermoplastic mass (141) at an operating temperature (T) has a solid state, which the relative movement of the first actuator part (111) relative to the second actuator part (1 12), and wherein the thermoplastic mass (141) has a liquid state at a higher adjustment temperature (T) than an operating temperature (T), which allows relative movement of the first actuator part (111) with respect to the second actuator part (112), anda A heater (170) having at least one heating element (171) for raising the temperature of the thermoplastic mass (121) from the operating temperature (T) to the adjustment temperature (T).
Description
Die Erfindung betrifft eine elektrisch steuerbare Vorrichtung zum Justieren der Position und/oder der Ausrichtung eines Bauelements relativ zu einer Referenzstruktur.The invention relates to an electrically controllable device for adjusting the position and / or the orientation of a component relative to a reference structure.
Justagevorrichtungen kommen in verschiedenen technischen Anwendungen zum Einsatz, beispielsweise zum Einstellen des Leuchtkegels eines Frontscheinwerfers in einem Fahrzeug. Bei solchen mechanischen Justagevorrichtungen wird die Position bzw. räumliche Ausrichtung eines entsprechenden Bauelements durch Verschieben bzw. Drehen des jeweiligen Bauelements relativ zu einer Referenzstruktur eingestellt. Bekannte und weit verbreitete Hilfsmittel zur Justage sind Justierschrauben, die eine Winkel- oder Verfahrenswegänderung durch ein rotierendes Gewinde hervorrufen. Manuell Justierverfahren erfordern jedoch einen Zugang zu dem zu justierenden Bauteil, was den verdeckten Verbau des jeweiligen Bauteils erschwert. Ferner ist es bei manuellen Verfahren in der Regel erforderlich, dass die islamische von geschultem Personal durchgeführt wird, was im Falle eines Kraftfahrzeugs typischerweise mit einem Werkstattaufenthalt verbunden ist. Aus diesem Grund ist eine Automatisierung der Justage von Bauteilen wünschenswert. Eine solche Automatisierung ist nicht allein durch Justierschrauben realisierbar. Vielmehr bedarf es hierzu geeigneter mechanischer Aktuatoren, welche ein Verstellen des jeweiligen Bauteils ermöglichen. Als mechanische Aktuatoren kommen dabei beispielsweise Elektromotoren, wie zum Beispiel Schrittmotoren, Hydraulik-Aktoren, Pneumatik-Aktoren, Piezo-Aktoren Bimetall-Aktoren, elektroaktive Polymere-Aktoren, Verbrennungsmotoren oder elektromechanische Aktoren infrage. Der größte Nachteil bei der Verwendung bekannter Aktoren ist die Tatsache, dass den Aktoren kontinuierlich Energie zugeführt werden muss, um den justierten Winkel bzw. justierte Position zu halten.Adjustment devices are used in various technical applications, for example for adjusting the light cone of a headlight in a vehicle. In such mechanical adjustment devices, the position or spatial orientation of a corresponding component is adjusted by moving or rotating the respective component relative to a reference structure. Known and widely used adjustment tools are adjusting screws that cause a change in angle or path through a rotating thread. However, manual adjustment require access to the component to be adjusted, which hampers the concealed installation of the respective component. Furthermore, in manual processes, it is usually necessary for the Islamic to be performed by trained personnel, which in the case of a motor vehicle is typically associated with a workshop visit. For this reason, an automation of the adjustment of components is desirable. Such automation can not be realized solely by adjusting screws. Rather, this requires suitable mechanical actuators, which allow an adjustment of the respective component. As mechanical actuators are, for example, electric motors, such as stepper motors, hydraulic actuators, pneumatic actuators, piezo actuators bimetallic actuators, electroactive polymer actuators, internal combustion engines or electromechanical actuators in question. The biggest disadvantage of using known actuators is the fact that the actuators must be continuously supplied with energy in order to maintain the adjusted angle or adjusted position.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung eine Möglichkeit zur Fixierung der durch eine automatische Justierung eingestellten Justierposition bzw. Justierwinkels bereitzustellen, welche keine kontinuierliche Energiezufuhr erfordert. Diese Aufgabe wird durch eine Justiervorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.It is therefore an object of the invention to provide a way of fixing the adjusted by an automatic adjustment adjustment or adjustment angle, which does not require a continuous power supply. This object is achieved by an adjusting device according to claim 1. Further advantageous embodiments are specified in the dependent claims.
Gemäß der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Investieren der Position und/oder der Ausrichtung eines Bauelements relativ zu einer Referenzstruktur vorgesehen, welche eine Aktuatoreinrichtung zum Bewegen des Bauelements relativ zu der Referenzstruktur umfasst und einen mit der Referenzstruktur verbundenen ortsfesten Aktuatorteil und einen mit dem Bauelement verbundenen und gegenüber dem ortsfesten Aktuatorteil beweglichen Aktuatorteil umfasst. Die Vorrichtung umfasst ferner eine Fixiereinrichtung zum Fixieren der Position und/oder der Ausrichtung des beweglichen Aktuatorteils relativ zu dem ortsfesten Aktuatorteil umfassend eine den ortsfesten Aktuatorteil und/oder das Bauelement wenigstens teilweise umgebende thermoplastische Masse. Die thermoplastische Masse besitzt dabei bei einer Betriebstemperatur einen festen Zustand, welcher die Relativbewegung des beweglichen Aktuatorteils gegenüber dem ortsfesten Aktuatorteil unterbindet. Hingegen besitzt die thermoplastische Masse bei einer gegenüber der Betriebstemperatur höheren Justagetemperatur einen flüssigen Zustand, welcher eine Relativbewegung des beweglichen Aktuatorteils gegenüber dem ortsfesten Aktuatorteil möglich. Die Vorrichtung umfasst ferner eine Heizeinrichtung zum Erhöhen der Temperatur der thermoplastischen Masse von der Betriebstemperatur auf die Justagetemperatur. Mithilfe der Aktuatoreinrichtung lässt sich eine Automatisierung des Justagevorgangs erzielen. Dabei dient die thermoplastische Masse zur Fixierung des zu justierenden Bauelements. Da die Fixierung durch Aushärten der thermoplastischen Masse erfolgt, ist hierfür keine dauerhafte Energiezufuhr notwendig. Durch die Aushärtung der thermoplastischen Masse wird ferner eine Drift der eingestellten Position bzw. des eingestellten Winkels des Bauelements verhindert. Die Erfindungsgemäßelösung kann dabei sehr kostengünstig hergestellt werden, da keine zwei mechanischen Bauteile, wie zum Beispiel Feingewindeschrauben oder -motoren nötig sind. Durch die Automatisierungsmöglichkeit des Justagevorgangs kann auch eine Nachjustierung im laufenden Betrieb erfolgen. Durch eine solche Nachjustierung im laufenden Betrieb wird eine präzise und automatische von optischen Bauelementen zueinander ermöglicht, welche sich in unterschiedlichen Gehäusen befinden (2-Box Design). Da der Vorgang des Schmelzens und Widererstarrens der thermoplastischen Masse reversibel ist, kann eine Nachjustage mehrmals durchgeführt werden, ohne dass dabei mechanische Abnutzungen zu befürchten sind. Durch die Automatisierung des Justagevorgangs wird ferner auch der verdeckte Verbau des Bauelements ermöglicht. Die Justage kann dann im verbauten Zustand erfolgen.According to the invention, a device for investing the position and / or orientation of a component relative to a reference structure is provided, which comprises an actuator device for moving the component relative to the reference structure and a stationary actuator part connected to the reference structure and one connected to the component comprises movable actuator part relative to the stationary actuator part. The device further comprises a fixing device for fixing the position and / or the orientation of the movable actuator part relative to the stationary actuator part comprising a thermoplastic mass which at least partially surrounds the stationary actuator part and / or the component. The thermoplastic material has a solid state at an operating temperature which prevents the relative movement of the movable actuator part relative to the stationary actuator part. On the other hand, the thermoplastic compound has a liquid state at a higher adjustment temperature than the operating temperature, which permits a relative movement of the movable actuator part relative to the stationary actuator part. The apparatus further comprises a heater for increasing the temperature of the thermoplastic mass from the operating temperature to the calibration temperature. By means of the actuator device, an automation of the adjustment process can be achieved. The thermoplastic composition serves to fix the component to be adjusted. Since the fixation is done by curing the thermoplastic material, this is no permanent power supply necessary. Due to the curing of the thermoplastic mass, a drift of the set position or of the set angle of the component is furthermore prevented. The inventive solution can be produced very inexpensively, since no two mechanical components, such as fine-thread screws or motors are necessary. Due to the possibility of automation of the adjustment process, a readjustment during operation can also take place. Such a readjustment during operation enables a precise and automatic optical components to each other, which are located in different housings (2-box design). Since the process of melting and re-solidifying the thermoplastic material is reversible, a readjustment can be carried out several times without mechanical wear being feared. Due to the automation of the adjustment process, the concealed installation of the component is also made possible. The adjustment can then be done in the installed state.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Justagevorrichtung in Form einer Wippe ausgebildet ist, bei welcher der bewegliche Aktuatorteil drehbar zu dem ortsfesten Aktuatorteil gelagert ist. wippenförmige Aktuatoreinrichtung ermöglicht ein einfaches Einstellen eines Justagewinkels.In one embodiment, it is provided that the adjusting device is designed in the form of a rocker, in which the movable actuator part is rotatably mounted to the stationary actuator part. Rocker-shaped actuator device allows easy adjustment of an adjustment angle.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Aktuatoreinrichtung wenigstens einen elektromagnetischen Antrieb zum Bewegen des beweglichen Aktuatorteils relativ zu dem ortsfesten Aktuatorteil umfasst. Ein elektromagnetischer Antrieb stellt einen besonders einfach steuerbaren Aktuatorteil dar. Dabei kann die zum Bewegen des Bauelements aufzuwendende Kraft durch verwenden von zwei oder mehrerer solcher elektromagnetischer Antriebe beliebig skaliert werden.In a further embodiment it is provided that the actuator device comprises at least one electromagnetic drive for moving the movable actuator part relative to the stationary actuator part. An electromagnetic drive provides a particularly easy controllable Actuator part. In this case, the force to be used for moving the component can be arbitrarily scaled by using two or more such electromagnetic drives.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der elektromagnetische Antrieb einen auf dem ortsfesten Aktuatorteil angeordneten Elektromagneten und einen auf dem beweglichen Aktuatorteil dem Elektromagneten gegenüber liegend angeordneten Permanentmagneten umfasst. Ein solcher elektromagnetischer Antrieb lässt sich sehr kostengünstig herstellen. Die Anordnung des Elektromagneten auf dem ortsfesten Aktuatorteil vereinfacht den Aufbau, da hierbei keine elektrischen Kontakte zu dem beweglichen Aktuatorteil benötigt werden.In a further embodiment, it is provided that the electromagnetic drive comprises an electromagnet arranged on the stationary actuator part and a permanent magnet arranged opposite the electromagnet on the movable actuator part. Such an electromagnetic drive can be produced very inexpensively. The arrangement of the electromagnet on the stationary actuator part simplifies the construction, since in this case no electrical contacts to the movable actuator part are needed.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der ortsfeste Aktuatorteil all in Form eines die thermoplastische Masse beinhaltenden Zylinders ausgebildet ist. Dabei ist der bewegliche Aktuatorteil in Form eines im dem Zylinder beweglich angeordneten Kolbens ausgebildet. Durch diesen Aufbau wird ein linearer Antrieb erzeugt, mit welchem sich beispielsweise eine lineare Verschiebung des Bauelements relativ zu der Referenzstruktur erzielen lässt. Der zylinderförmige Aufbau des linearen Antriebs dabei eine Integration der thermoplastischen Masse. Somit stellt dieser Aktuator ein kompaktes und gut handhabbares Bauteil dar, welches darüber hinaus besonders wartungsarm ist.In a further embodiment it is provided that the stationary actuator part is all formed in the form of a cylinder containing the thermoplastic mass. In this case, the movable actuator part is designed in the form of a piston movably arranged in the cylinder. As a result of this structure, a linear drive is generated with which, for example, a linear displacement of the component relative to the reference structure can be achieved. The cylindrical structure of the linear drive while an integration of the thermoplastic material. Thus, this actuator is a compact and easy to handle component, which is also very low maintenance.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Aktuatoreinrichtung einen elektromagnetischen Antrieb aufweist, welcher einen im Zylinder angeordneten Elektromagneten und einen an dem Kolben angeordneten Permanentmagneten umfasst. Die Anordnung des Elektromagneten an dem ortsfesten Aktuatorteil vereinfacht den Aufbau, da hierbei keine speziellen Anschlüsse zu dem in Form eines Kolbens ausgebildeten beweglichen Aktuatorteil erforderlich sind.In a further embodiment, it is provided that the actuator device has an electromagnetic drive which comprises an electromagnet arranged in the cylinder and a permanent magnet arranged on the piston. The arrangement of the electromagnet on the stationary actuator part simplifies the construction, since in this case no special connections to the designed in the form of a piston actuator movable part are required.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der elektromagnetische Antrieb wenigstens eine elektrische Spule umfasst, welche gleichzeitig als ein Heizelement der Heizeinrichtung ausgebildet ist. Die gleichwertige Verwendung einer elektrischen Spule für den Antrieb und für das Heizen ermöglicht eine Reduktion der Anzahl der benötigten Komponenten. Hierdurch vereinfacht sich der Aufbau sowie die Herstellung der Justagevorgangs..In a further embodiment it is provided that the electromagnetic drive comprises at least one electrical coil which is simultaneously formed as a heating element of the heating device. The equivalent use of an electric coil for the drive and for heating allows a reduction in the number of required components. This simplifies the structure and the production of the adjustment process ..
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine Kühleinrichtung zum Senken der Temperatur der thermoplastischen Masse von der Justagetemperatur auf die Betriebstemperatur vorgesehen ist. Mithilfe einer solchen Kühleinrichtung kann die Verfestigung der thermoplastischen Masse nach einem Justagevorgang beschleunigt werden. Durch den gezielten Einsatz der Kühl- und Heizeinrichtung kann die Temperatur der thermoplastischen Masse besonders genau eingestellt werden. Insgesamt lässt sich damit der Justagevorgang optimieren.In a further embodiment it is provided that a cooling device is provided for lowering the temperature of the thermoplastic material from the adjustment temperature to the operating temperature. By means of such a cooling device, the solidification of the thermoplastic composition can be accelerated after an adjustment process. The targeted use of the cooling and heating device, the temperature of the thermoplastic material can be adjusted very accurately. Overall, this allows the adjustment process to be optimized.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Kühleinrichtung in Form eines Peltier-Elements ausgebildet ist. Ein solches Peltier-Element erlaubt eine sehr kompakte Bauweise.In a further embodiment it is provided that the cooling device is designed in the form of a Peltier element. Such a Peltier element allows a very compact design.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das als Kühleinrichtung dienende Peltier-Element gleichzeitig als ein Heizelement der Heizeinrichtung ausgebildet ist. Durch die kombinierte Kühl- und Heizeinrichtung lässt sich der Aufbau vereinfachen.In a further embodiment it is provided that the Peltier element serving as a cooling device is at the same time designed as a heating element of the heating device. Due to the combined cooling and heating device, the structure can be simplified.
In einer weiteren Ausführungsform von ist vorgesehen, dass die Aktuatoreinrichtung wenigstens einen Bimetall-Aktuator umfasst. Ein Vorteil des Bimetall-Aktuators ist sein besonders einfacher Aufbau. Da der Bimetall-Aktuator ferner bereits auf die zum Heizen der thermoplastischen Masse aufgewendete Wärmeenergie reagiert, lässt sich ein solcher Aktuatorteil auch ohne eine externe Ansteuerung betreiben. Hierdurch wird der Aufbau besonders einfach.In a further embodiment of it is provided that the actuator device comprises at least one bimetallic actuator. An advantage of the bimetallic actuator is its particularly simple construction. Furthermore, since the bimetallic actuator already reacts to the heat energy expended for heating the thermoplastic compound, such an actuator part can also be operated without external activation. As a result, the structure is particularly simple.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Aktuatoreinrichtung einen ersten Bimetall-Aktuator zum Erzeugen einer ersten Auslenkbewegung in einer ersten Richtung und einen zweiten Bimetall-Aktuator zum Erzeugen einer Auslenkbewegung in einer zu der ersten Richtung orthogonalen zweiten Richtung umfasst. Mithilfe einer solchen Aktuatoreinrichtung lässt sich eine zweidimensionale Justagebewegung realisieren.In a further embodiment it is provided that the actuator device comprises a first bimetallic actuator for generating a first deflection movement in a first direction and a second bimetallic actuator for generating a deflection movement in a second direction orthogonal to the first direction. By means of such an actuator device, a two-dimensional adjustment movement can be realized.
Im Folgenden wird die Erfindung von Figuren näher beschrieben. Dabei zeigen:
-
1 eine wippenförmige Justagevorrichtung zum Justieren eines Neigungswinkels eines Bauelements gegenüber einer Referenzstruktur; -
2 eine eine externe Heiz- und Kühleinrichtung umfassende wippenförmige Justagevorrichtung in einer Ausgangsstellung; -
3 die wippenförmige Justagevorrichtung aus2 nach einer Auslenkung; -
4 der Erweiterung der wippenförmigen Justagevorrichtung zum Einstellen eines Neigungswinkels in zwei Raumrichtungen; -
5 eine wippenförmige Justagevorrichtung mit einer mechanischen Umsetzeinrichtung zum Umsetzen der Neigungsbewegung in eine Linearbewegung; -
6 eine zylinderförmige Justagevorrichtung mit einem Zylinder beweglich angeordneten Kolben zum Realisieren einer Linearbewegung; -
7 eine Justagevorrichtung mit einem piezoelektrischen Aktuator zu realisieren einer eindimensionalen Justagebewegung; und -
8 eine erweiterte Justagevorrichtung mit zwei piezoelektrischen Aktuatoren zum Realisieren einer zweidimensionalen Justagebewegung.
-
1 a rocker-shaped adjustment device for adjusting a tilt angle of a component relative to a reference structure; -
2 a rocker-shaped adjustment device comprising an external heating and cooling device in an initial position; -
3 the rocker-shaped adjustment device2 after a deflection; -
4 the extension of the rocker-shaped adjustment device for setting a tilt angle in two spatial directions; -
5 a rocker-shaped adjustment device with a mechanical conversion device for converting the tilting movement into a linear movement; -
6 a cylindrical adjustment device with a cylinder movably arranged piston for realizing a linear movement; -
7 to realize an adjustment device with a piezoelectric actuator of a one-dimensional adjustment movement; and -
8th an advanced adjustment device with two piezoelectric actuators for realizing a two-dimensional adjustment movement.
Die
Die
Die
Zum Erhitzen der thermoplastischen Masse
Die Heizeinrichtung
Die
Um eine zweidimensionale Neigungsverstellung zu ermöglichen, weist die wippenförmige Aktuatoreinrichtung
Die
Alternativ zu einer wippenförmigen Gestaltung mit zusätzlicher Umsatzeinrichtung kann die Aktuatoreinrichtung
Neben elektromagnetischen Aktuatoren können grundsätzlich auch andere Antriebskonzepte zum Bewegen des Bauelements
Alternativ hierzu kann die Justagevorrichtung jedoch auch über separate Heizelemente zum Heizen der thermoplastischen Masse
Grundsätzlich lässt sich der Bimetall-Aktuator
Obwohl die Erfindung vorwiegend anhand von konkreten Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist sie keineswegs darauf beschränkt. Der Fachmann wird somit die beschriebenen Merkmale geeignet abändern und miteinander kombinieren können, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.Although the invention has been described primarily with reference to specific embodiments, it is by no means limited thereto. The person skilled in the art will thus be able to suitably modify and combine the described features without deviating from the essence of the invention.
Claims (12)
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