DE19755920C2 - Aktuator zum Verstellen mindestens eines Scheinwerferreflektors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Aktuator zum Verstellen minde­ stens eines Scheinwerferreflektors, insbesondere von Straßen­ fahrzeugen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus DE 39 15 300 C2 ist eine Vorrichtung zum Kippen eines Fahrzeugscheinwerfers bekannt, die ein Halteelement und ein daran angebrachtes kippbares Element für die Scheinwerferaus­ richtung sowie eine an einem verschiebbaren Antriebschaft an­ gebrachte Einstellstange aufweist, die mit einem kippbaren Element verbunden ist. Ferner sind in einem Gehäuse der Vor­ richtung ein Elektromotor, ein von diesem angetriebenes Schneckenrad, das mit einem Schneckenrad zum Verschieben des Antriebschafts in Eingriff steht, und eine Detektoreinrich­ tung zum Feststellen der Position der Einstellstange unterge­ bracht. Auf einem Halteschaft der Detektoreinrichtung ist ein Antriebszahnrad drehfest angeordnet, das vom Schneckenrad an­ getrieben wird, dessen Achse parallel zu und in einem Abstand von dem Antriebschaft angeordnet ist. Ferner sind Detek­ toreinrichtungen und Antriebszahnrad koaxial zu dem Schnec­ kenrad zum Verschieben des Antriebschafts angeordnet.

Durch die koaxiale Anordnung von Schneckenrad und Detek­ toreinrichtung in der Getriebeeinheit und deren Anordnung parallel zu dem Antriebschaft ergibt sich eine Verkürzung des Gehäuses in Richtung der Achse des Antriebschafts. Auf diese Weise ist eine kompakte Bauweise einer Getriebeeinheit er­ reicht, mittels welcher vom Fahrersitz aus eine Höhenverstel­ lung des Scheinwerfers vorgenommen werden kann.

Wie in Fig. 4 schematisch dargestellt, wirkt zum Verstellen eines Scheinwerferreflektors 1 bzw. von Scheinwerferreflektoren ein Aktuator 2, dessen herkömmlicher Aufbau nachstehend im einzelnen kurz beschrieben wird, auf eine Schubstange 3, de­ ren von dem Aktuator 2 erzeugte Translationsbewegung auf ein in Fig. 4 schematisch dargestelltes Kugelgelenk 4 übertragen wird, das in der schematischen Darstellung der Fig. 4 mit dem Scheinwerferreflektor 1 verbunden ist.

Üblicherweise ist jedoch das Kugelgelenk 4 mit einem unteren Teil eines in Fig. 4 nicht dargestellten Tragrahmens der Scheinwerferreflektoren 1 verbunden. Im allgemeinen ist im Unterschied zu der vereinfachten Darstellung in Fig. 4, in welcher eine Drehachse 5 am oberen Ende des Scheinwerferre­ flektors 1 vorgesehen ist, am oberen Teil eines solchen Tragrahmens, in welchem die Scheinwerferreflektoren 1 gehal­ tert sind, eine Drehachse des Tragrahmens und damit auch der Scheinwerferreflektoren festgelegt, welche durch beispiels­ weise zwei Kugel- oder Kreuzgelenke gebildet ist.

Damit kann bei einer von dem Aktuator 2 erzeugten und über die Schubstange 3 sowie das Kugelgelenk 4 an den Scheinwer­ ferreflektor 1 bzw. dessen Tragrahmen übertragene Translati­ onsbewegung über die durch entsprechend ausgeführte Gelenke gebildete Drehachse in eine Kippbewegung umgesetzt werden, wodurch die Scheinwerferreflektoren entsprechend verstellt werden.

Herkömmliche Scheinwerfer-Verstellvorrichtungen in Form von in einer offenen Steuerkette ohne Positionsmessung betriebe­ nen Systemen weisen im allgemeinen Schrittmotore auf, welchen Gleitmuttern nachgeordnet sind.

Nachteilig bei derartigen Systemen ist vor allem, daß sich bei einem plötzlichen Auftreten hoher Kräfte, die beispiels­ weise durch ein Klemmen hervorgerufen sein können, Unsicher­ heiten über die Position der Scheinwerfereinstellung ergeben. Ferner besitzen derartige Systeme nur eine begrenzte Be­ schleunigung und Endgeschwindigkeit, da sie zum Hochfahren und anschließenden Abbremsen über eine Rampe angesteuert wer­ den.

Ferner ist bei einer höheren Übersetzung der eingesetzten Gleitmuttersysteme die Verstelleinrichtung nicht mehr selbsthemmend. Ferner nehmen, wenn große Kräfte erzeugt wer­ den sollen, das Volumen und/oder die Magnetdichte der einge­ setzten Schrittmotore zu und dadurch steigen beinahe zwangs­ läufig auch die Kosten und das Einbauvolumen für derartige Schrittmotore.

Bei nach einem anderen Grundprinzip arbeitenden Scheinwerfer- Verstellvorrichtungen wird zum Antrieb ein Gleichstrommotor eingesetzt, dem eine Gleitmutter zugeordnet ist, die wiederum mit einer Gewindespindel in Eingriff steht. Bei solchen Gleichstrommotoren liegt jedoch, wenn ein brauchbares Drehmo­ ment aufgebracht werden soll, die Drehzahl so hoch, daß die Spindelstange der Gewindespindel nicht direkt angetrieben werden kann, sondern zwischen dem Gleichstrommotor und der Gewindespindel eine Untersetzung vorgesehen sein muß.

Anhand der Fig. 5a und 5b werden zwei Beispiele solcher her­ kömmlicher Antriebssysteme zum Verstellen von Scheinwerferre­ flektoren beschrieben. Bei den in Fig. 5a und 5b wiedergegebe­ nen Beispielen wird eine Gleitmutter 8 jeweils von einem Gleichstrommotor 10, in Fig. 5a über Stirnräder 6 ₁ und 6 ₂ bzw. in Fig. 5b über Kegelräder 7 ₁ und 7 ₂ mit einer entspre­ chend untersetzten Drehzahl angetrieben. Die Gleitmuttern 8 stehen jeweils mit einer Gewindestange 9 in kämmendem Ein­ griff. An dem in Fig. 5a oberen Ende der Spindel 9 und dem in Fig. 5b rechten Ende der Spindelstange 9 ist jeweils eine Ku­ gel 90 vorgesehen, welche der Kugel 30 entspricht, die in der schematischen Darstellung der Fig. 4 am rechten Ende der die Funktion der Gewindespindel 9 erfüllenden Schubstange 3 vor­ gesehen ist und in Fig. 4 einen Teil des Kugelgelenks 4 bil­ det.

Da die Steigung der Gewindespindelstangen 9 üblicherweise in der Größenordnung von 1 mm, was der Steigung eines M6-Gewindes entspricht, oder mehr liegt, ist bei der aus den Stirnrädern 6 ₁ und 6 ₂ bzw. den Kegelrädern 7 ₁ und 7 ₂ gebildeten Verzahnung ein großes Übersetzungsverhältnis erforderlich. Daraus resul­ tiert wiederum ein erhöhter Platzbedarf für die Stirn- bzw. Kegelradverzahnung, um die Motordrehzahl entsprechend zu un­ tersetzen.

Bei einer gewissen Steigung ist dann das jeweilige Antriebs­ system nicht mehr selbsthemmend, so daß andere Mechanismen vorgesehen werden müssen, um eine Selbsthemmung der Gewinde­ spindel zu gewährleisten. Wenn bei den Zahnrädern eine ent­ sprechend kleinere Untersetzung gewählt wird, müssen für er­ heblich größere Drehmomente starke und damit teuere Motoren vorgesehen werden. Generell kann davon ausgegangen werden, daß der Spielraum bei der Auslegung der in Fig. 5a und 5b schematisch wiedergegebenen Antriebssysteme verhältnismäßig gering ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen kompak­ ten und variabel auslegbaren Aktuator zum Verstellen von Scheinwerferreflektoren, insbesondere von Straßenfahrzeugen so auszubilden, daß die Scheinwerferreflektoren genau in ei­ ner geforderten Kippstellung positionierbar sind.

Gemäß der Erfindung ist diese Aufgabe bei einem Aktuator zum Verstellen von Scheinwerferreflektoren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die Merkmale in dessen kennzeichnenden Teil gelöst.

Gemäß der Erfindung ist bei dem Aktuator als Spindeltrieb ein aus DE 37 39 059 bekanntes Planeten-Wälz-(PWG-)Gewindespin­ del-Getriebe verwendet, dessen axial und radial festgelegte Spindelmutter über ein Getriebe, beispielsweise eine Stirn­ radverzahnung so angetrieben wird, daß die Spindelstange des PWG-Getriebes, zwischen welcher und der Spindelmutter Wälz- oder Rollenkörper angeordnet sind, in axialer Richtung eine translatorische Bewegung ausführt. Ferner kann zum genauen Positionieren der Spindelstange dieser ein optoelektronischer Positionssensor zugeordnet werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Aktuator zum Verstellen von Schein­ werferreflektoren ist eine nahezu stufenlose Änderung der Spindelsteigung und damit der Spindelstangen möglich, indem die Spindelstange und die sie umgebenden Roll- bzw. Wälzkör­ per gegen solche Elemente ausgewechselt werden, deren Gewinde andere Gewindesteigungen aufweisen.

Durch eine variable Auslegung des als Antrieb dienenden Gleichstrommotors und ebenfalls durch Auswechseln der vorer­ wähnten Elemente des PWG-Getriebes kann eine Änderung hin­ sichtlich der Kraft erreicht werden, indem eine kleine Spin­ delsteigung und eine hohe Untersetzung bei dem zwischen dem Gleichstrommotor und der Spindelmutter vorgesehenen Getriebe, vorzugsweise in Form einer Stirnradverzahnung gewählt wird, oder hinsichtlich der Geschwindigkeit vorgenommen werden, in­ dem eine große Spindelsteigung und eine geringe Untersetzung des Getriebes beispielsweise in Form einer Stirnradverzahnung genommen wird.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß bei dem erfindungsge­ mäßen Aktuator zum Verstellen von Scheinwerferreflektoren entsprechend kleine und damit billigere Motoren zum Einsatz gebracht werden können.

Gemäß der Erfindung ist somit ein insgesamt sehr kompakt aus­ gelegter Linearaktuator geschaffen, mit dem zum Verstellen von Scheinwerferreflektoren beispielsweise ein Hub in der Größenordnung von etwa 10 mm ausgeführt werden kann. Die mit dem erfindungsgemäßen Aktuator aufzubringenden Kräfte liegen in einem Bereich von etwa 15 N (Nominalkraft) bis etwa 80 N (Maximalkraft). Obendrein kann der erfindungsgemäße Aktuator in einem geschlossenen Regelkreis betrieben werden.

Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfin­ dung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen im ein­ zelnen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 in einer schematisierten Darstellung eine Schnit­ tansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines Aktuators gemäß der Erfindung;

Fig. 2 in perspektivischer Darstellung eine Gesamtansicht des erfindungsgemäßen Aktuators gemäß Fig. 1, bei welchem das Gehäuse abgenommen ist;

Fig. 3 einen schematisierten Aufbau eines in der bevorzug­ ten Ausführungsform gemäß der Erfindung verwendeten Positionssensors;

Fig. 4 eine Prinzipdarstellung des Aufbaus eines herkömm­ lichen Scheinwerferantriebs, und

Fig. 5a und 5b zwei Beispiele herkömmlicher Antriebssysteme zum Verstellen von Scheinwerferreflektoren.

In der Schnittansicht der Fig. 1 ist mit einer Grundplatte 20 ein Gleichstrommotor 21 in der aus der Schnittansicht ent­ nehmbaren Weise drehfest verbunden. Auf der Abtriebswelle 210 des Gleichstrommotor 21 sitzt ein Stirnrad 22, das mit einem Stirnrad 23 in kämmendem Eingriff steht. Das Stirnrad 23 bil­ det eine Einheit mit einer axial und radial festgelegten, je­ doch in Umfangsrichtung frei drehbaren Spindelmutter 24 eines aus DE 37 39 059 A1 bekannten Planeten-Wälz-Gewindespindel-(PWG) Getriebes 25.

Bei dem PWG-Getriebe 25 sind zwischen der Spindelmutter 24 und einer Spindelstange 26 eine Anzahl Roll- oder Wälzkörper 27 angeordnet, von denen in der Schnittansicht der Fig. 1 le­ diglich zwei Paar zu erkennen sind.

Die Spindelstange 26 ist in einem mit der Grundplatte 20 eine Einheit bildenden Lagersockel 20' in Umfangsrichtung in der Weise fixiert, daß bei einem Antrieb der Spindelmutter 24 vom Gleichstrommotor 21 aus über das aus den Stirnrädern 22 und 23 gebildete Getriebe die Spindelstange 26 in Abhängigkeit von der Drehrichtung des Gleichstrommotors 21 translatorisch in Richtung der strichpunktiert angedeuteten Achse der Spin­ delstange 26 verschoben wird, d. h. in Fig. 1 auf- oder ab­ wärtsbewegt wird. Bei einer derartigen translatorischen Ver­ schiebung der Spindelstange 26 erfüllt diese dieselbe Funkti­ on wie die in Fig. 4 dargestellte, von dem Aktuator 2 betätig­ te Schubstange 3.

An dem in Fig. 1 unteren Ende der Spindelstange 26 ist ein Halteelement 28 befestigt, an welchem wiederum ein in seiner Funktion anhand von Fig. 3 im einzelnen beschriebener Posi­ tionssensor 29 so angebracht ist, daß er bei einer (in Fig. 1) translatorischen Auf- oder Abwärtsbewegung der Spindelstange 26 zusammen mit dieser parallel zu deren strichpunktiert wie­ dergegebenen Mittenachse bewegt wird.

Der Positionssensor 29 ist eine opto-elektronisch arbeitende Wegmeßeinheit, in welcher zwei PSD-(Photo Sensitive Device) Elemente 29 ₁ und 29 ₂ vorgesehen sind. Hierbei erfüllt das in Fig. 3 linke PSD-Element 29 ₁ die Funktion einer "optischen Wi­ derstandsbahn". Das bedeutet, bei einer Bewegung des Posi­ tionssensors 29 parallel zu der Mittenachse der Spindelstange 26 wird Licht einer in den Figuren nicht dargestellten Leuchtdiode über einen schmalen, beispielsweise etwa 0,3 bis 0,5 mm breiten Schlitz 29 ₃ über dem PSD-Element 29 ₁ hin- und herbewegt. In Abhängigkeit von der Position des Lichtspaltes auf dem PSD-Element 29 ₁ kann dann an dem PSD-Element 29 ₁ eine Spannung abgegriffen werden, deren Höhe bzw. Amplitude pro­ portional zur Position des Schlitzes 29 ₃ ist.

Die jeweils entsprechend der Verschiebung des Positionssen­ sors 29 an dem PSD-Element 29 ₁ abgegriffene Spannung wird zu der an dem zweiten PSD-Element 29 ₂ abgegriffenen Spannung in Beziehung gesetzt, die ebenfalls mittels einer in den Figuren nicht dargestellten Leuchtdiode über einem dem Schlitz 29 ₃ entsprechenden Schlitz 29 ₄ beleuchtet wird. Der Schlitz 29 ₄ verläuft parallel zu der Mittenachse der Spindelstange 26, während der dem PSD-Element 29 ₁ zugeordnete Schlitz 29 ₃, wie aus Fig. 3 zu ersehen ist, unter einem spitzen Winkel zu dem Schlitz 29 ₄ verläuft.

Wie Fig. 1 und Fig. 2 zu entnehmen ist, ist an dem freien Ende der Spindelstange 26 eine Kugel 260 vorgesehen, die in Funk­ tion und Aufgabe der Kugel 30 am reflektorseitigen Ende der Schubstange 3 in Fig. 4 entspricht.

Der in Fig. 1 im Schnitt wiedergegebene Aktuator ist in einem Gehäuse 200 untergebracht, das neben der Funktion, die ver­ schiedenen Elemente des Aktuators vor einer Verschmutzung und insbesondere den Positionssensor vor Lichteinfall zu schüt­ zen, die weitere Funktion hat, die Axialkräfte der Spindel­ mutter 24 aufzunehmen, welche in der dargestellten Ausfüh­ rungsform beispielsweise über Gleitscheiben 24 ₁, 24 ₂ an dem Gehäuse 200 bzw. dem Lagersockel 20' abgestützt ist.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Spindel­ stange 26 ein rechtsgängiges M6-Gewinde 26 ₁ aufweisen. Die zwischen der Spindelstange 26 und der Spindelmutter 24 ange­ ordneten Roll- oder Wälzkörper 27 weisen dann zum einen dem Gewinde 26 ₁ der Spindelstange 26 entsprechende Rillenprofile und zum anderen eine zu dem Spindelmutter-Innengewinde pas­ sende Profilierung auf. In der bevorzugten Ausführungsform haben die Roll- oder Wälzkörper 27 ein Linksgewinde mit einer dem M6-Gewinde der Spindelstange entsprechenden Steigung von 1 mm.

Bei einer derartigen Auslegung des Rechtsgewindes auf der Spindelstange 26 und des dazu passenden Linksgewinde auf den Roll- und Wälzkörpern 27 ergibt sich eine rechnerische Ge­ samtsteigung pro Umdrehung der Spindelstange 26 von 0,178 mm. Hierbei hängt natürlich die tatsächliche Steigung auch noch von dem Schlupf des Systems ab. Durch die Kombination bei­ spielsweise eines Rechtsgewindes auf der Spindelstange 26 und von Linksgewinden auf den Roll- und Wälzkörpern 27 ergibt sich dann bei maximalem Schlupf die Steigung der Spindelstan­ ge als eine negative Gesamtsteigung des PWG-Getriebes, was dann wiederum einer Richtungsumkehr entspricht.

Claims (2)

1. Aktuator zum Verstellen mindestens eines Scheinwerferre­ flektors, wobei der Reflektor um eine Achse kippbar gehaltert ist, mit einem als Antrieb dienenden Gleichstrommotor, der über ein Getriebe auf einen Spindeltrieb so einwirkt, daß dessen Gewindespindel eine translatorische Bewegung ausführt, dadurch gekennzeichnet daß als Spindeltrieb ein Planeten- Wälz-Gewindespindel-(PWG-)Getriebe (25) angeordnet ist, wel­ ches besteht aus einer Spindelstange (26), einer diese umge­ benden Spindelmutter (24) und einer Anzahl dazwischen ange­ ordneter Wälz- oder Rollkörper (27) mit zum Gewinde der Spin­ delstange
(26) passenden Rillenprofilen und mit einer zum Spindelmutter Innengewinde passenden Profilierung, wobei
die axial und radial festgelegte Spindelmutter (24) über das Getriebe (22, 23) angetrieben ist, und
mit der Spindelstange (26) ein optoelektronischer Positions­ sensor (29) verbunden ist.

2. Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe durch zwei in Eingriff stehende Stirnräder (22, 23) gebildet ist, von denen das eine Stirnrad (22) von dem Gleichstrommotor (21) angetrieben ist und das mit diesem (22) in Eingriff stehende, andere Stirnrad (23) mit der Spindel­ mutter (24) fest verbunden ist.