DE19961268C1 - Vorrichtung zum Anheben und Absenken einer Fahrzeugscheibe - Google Patents
Vorrichtung zum Anheben und Absenken einer FahrzeugscheibeInfo
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Abstract
Zum zwangsführungslosen, lediglich bahngesteuerten Anheben und Absenken einer Fahrzeugscheibe (2, 3) sind eine Anzahl von mittels einer speicherprogrammierbaren Bahnsteuerung (4) ansteuerbare Antriebseinheiten (L n , T n ) vorgesehen, die die Fahrzeugscheibe (2, 3) entlang einer Soll-Bahn (S S , S F ) antreiben, die auf einer die Fahrzeugaußenkontur nachbildenden tonnenartig gewölbten Hüllfläche (1) verläuft. Als Antriebseinheiten werden vorzugsweise lediglich Linearantriebe (L 1...n ) eingesetzt, deren Ansteuerung zweckmäßigerweise anhand von in die Grundebenen (zx, zy,xy) projizierten Bahnverläufen (S xz , S yz , S xy ) erfolgt.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Anheben und Absenken einer
Fahrzeugscheibe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Unter Fahrzeug
scheibe wird hierbei insbesondere eine fahrer- oder beifahrerseitig des Fahrzeugs
in eine Fahrzeugtür versenkbare Seitenscheibe oder eine im Fondbereich eben
falls in eine Fahrzeugtür oder in die Fahrzeugkarosserie versenkbare Fondscheibe
verstanden, wobei die Scheibe in zwei Richtungen gekrümmt oder gewölbt ist.
Eine derartige Fahrzeugscheibe ist mittels eines nachfolgend als Fensterheber
bezeichneten Scheibenhebemechanismus häufig automatisch anhebbar und ab
senkbar, indem eine Bedienperson dazu lediglich einen entsprechenden Kipp
schalter im Fahrzeuginneren betätigt. Aufgrund der heute üblichen stromlinienför
migen und somit aerodynamisch besonders günstigen Fahrzeugaußenkontur sind
auch die seitlichen Fahrzeugscheiben in der Regel mehrfach gekrümmt, so dass
deren Führung zur Erzeugung eines störungsfreien Bewegungsablaufs oder Ab
zugs beim Anheben und Absenken konstruktiv sehr aufwendig ist. Entsprechen
des gilt für eine z. B. bei einem Kombi-Fahrzeug automatisch anhebbare und ab
senkbare Heckscheibe.
So wird bei einem in der Praxis angewandten Konstruktionsverfahren des Fen
sterhebers die Fahrzeugaußenkontur durch eine tonnenartig gewölbte Hüllfläche
simuliert, anhand derer der Biegungs- oder Krümmungsverlauf von die Fahrzeug
scheibe führenden Rahmenteilen ermittelt wird. In der die Außenkontur des Fahr
zeugs nachbildenden fiktiven Hüllfläche - zumindest im Bereich der zu bewegen
den Fahrzeugscheiben - sind die Achsen eines kartesischen Koordinatensystems
festgelegt. Dabei verlaufen die x-Achse in Fahrzeuglängsrichtung und die y-Achse
in Fahrzeugquerrichtung sowie die z-Achse senkrecht zu der durch die y-Achse
und die y-Achse aufgespannten Ebene. Die (-)x-Achse zeigt in Fahrtrichtung und
die (-)y-Achse zeigt aus Sicht des in Fahrtrichtung sitzenden Fahrers nach links.
Die x-z-Ebene liegt in der Mitte des Fahrzeugs, wobei die (-)z-Achse nach unten
zeigt.
Bisherige Fensterheber sind als sogenannte Kreuzarm-, Kreuzband- oder Kreuz
gelenk-Fensterheber oder als sogenannte Seilfensterheber realisiert. Während z.
B. aus der DE 28 43 300 C2 und aus der US 4221079 bekannte Kreuzarm-
Fensterheber vorwiegend für eine manuelle Betätigung eingesetzt werden, wer
den beispielsweise aus der EP 0 064 135 A1 und aus der EP 0 724 060 A1 be
kannte Seilfensterheber elektromotorisch betrieben. Bei diesen bekannten Aus
führungen wird die Fahrzeugscheibe zwischen Profilleisten und/oder in Führungs
kulissen zwangsgeführt. Eine entsprechende Scheibenführung mit einer besonde
ren Ausbildung von Führungsschienen eines doppelsträngigen Seilfensterhebers
unter Berücksichtigung der Lage der Fahrzeugscheibe auf der fiktiven Hüllfläche
ist aus der DE 195 04 781 C1 bekannt. Zum Abziehen, d. h. zum Absenken und
auch zum Anheben der Fondscheibe sind dabei mechanisch besonders komplexe
bahngeführte Fensterheber vorgesehen, wie diese beispielsweise aus der US
3646707 und aus der US 4121381 bekannt sind.
Diese Art der Zwangsführung erfordert einen erheblichen konstruktiven und mon
tagetechnischen Aufwand, zumal entsprechend gebogene oder geformte Füh
rungsschienen bzw. Führungskulissen bereitgestellt werden müssen, deren
Krümmungs- oder Biegungsradien zunächst entsprechend der erforderlichen
Bahnbewegung der Fahrzeugscheibe konstruiert werden müssen. Dabei ist insbe
sondere die exakte Führung einer rahmenlosen Fahrzeugscheibe besonders
schwierig realisierbar, wenn z. B. bei einem Cabriolet kein Türrahmen zur
Zwangsführung der aus der Tür oder aus der Fahrzeugkarosserie nach oben ver
fahrenen Fahrzeugscheibe vorhanden ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Anheben
und Absenken einer gekrümmten Fahrzeugscheibe anzugeben, mit der unter
Vermeidung der genannten Nachteile eine sowohl in konstruktiv als auch in ferti
gungstechnisch einfacher Art und Weise eine möglichst störungsfreie Bewegung,
d. h. ein möglichst störungsfreier Abzug, der Fahrzeugscheibe, insbesondere auch
bei einer rahmenlosen Fahrzeugscheibe ermöglicht ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des An
spruchs 1. Dazu ist eine speicherprogrammierbare Bahnsteuerung vorgesehen,
die eine Anzahl von mit der Fahrzeugscheibe gekoppelten Antriebseinheiten der
art ansteuert, dass sich die Fahrzeugscheibe auf einer vorgegebenen Soll-Bahn
bewegt. Die Soll-Bahn entspricht dabei der Abzugsrichtung oder des Abzugsver
laufs entlang einer die jeweilige Fahrzeugaußenkontur nachbildenden tonnenartig
gewölbten Hüllfläche.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angege
ben.
Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass der Konstruktions- und
insbesondere der Fertigungs- und Herstellungsaufwand eines Fensterhebers da
durch reduziert werden kann, dass die Fahrzeugscheibe zwangsführungslos und
insbesondere seil- und kreuzbandlos lediglich bahngesteuert bewegt wird. Die
Bewegung erfolgt zweckmäßigerweise nummerisch gesteuert entlang einer vor
gegebenen (Soll)Bahn, deren diese bildenden Bahnpunkte durch den jeweiligen
Ort im Raum definierende Koordinaten bestimmt sind.
Der Erfindung liegt zudem die Erkenntnis zugrunde, dass ein dreidimensionaler
Bahnverlauf einer Fahrzeugscheibe durch eine Koordination von Einzelbewegun
gen in den Grundebenen eines kartesischen Koordinatensystems realisiert wer
den kann. Die steuerungstechnisch vergleichsweise einfach beherrschbaren
zweidimensionalen Bahnverläufe in den Grundebenen können wiederum aus ei
ner Projektion der Soll-Bahn auf die jeweilige Grundebene ermittelt werden, was
programmtechnisch einer mathematisch exakt berechenbaren Koordinatentrans
formation der Soll-Bahn-Koordinaten in die Ebenen-Koordinaten entspricht. Die
Einzelbewegungen in den Grundebenen können allein durch Linearantriebe reali
siert werden, die einfach ansteuerbar und - im Vergleich zu einem mehrgelenki
gen Arm - auch programmiertechnisch einfach beherrschbar sind. Die sich durch
die koordinierten Einzelbewegungen ergebende Gesamtbewegung entspricht so
mit der Soll-Bahn, entlang der sich die Fahrzeugscheibe bewegt.
Als Antriebseinheiten werden somit vorteilhafterweise lediglich Linearantriebe ein
gesetzt, die elektrisch, pneumatisch oder auch hydraulisch betrieben sein können.
Ein pneumatischer Betrieb bietet sich bei Fahrzeugen mit pneumatischer Zentral
verriegelung an, da dort die erforderlichen Aggregate bereits vorhanden sind.
Die aufgrund der tonnenartig gewölbten Hüllfläche im Raum gekrümmt verlaufen
de Soll-Bahn der demzufolge ebenfalls gewölbten Fahrzeugscheibe kann durch
eine beliebige Anzahl von Punkten definiert sein, deren (kartesischen) Koordina
ten im auf die Hüllfläche bezogenen Koordinatensystem bestimmt sind. Zur Rea
lisierung des der Soll-Bahn entsprechenden Abzugsverlaufs der Fahrzeugscheibe
werden eine Anzahl von Antriebseinheiten eingesetzt, deren Antriebsachsen den
drei translatorischen Freiheitsgraden der Fahrzeugscheibe in Richtung der x-, y-
und z-Achse sowie den drei rotatorischen Freiheitsgraden um diese drei Achsen
entsprechen.
Eine Bewegung oder Verschiebung der Fahrzeugscheibe nach oben und nach
unten wird dabei zweckmäßigerweise realisiert durch einen ersten Linearantrieb,
dessen Antriebsachse in Richtung der z-Achse verläuft. An diesem Linearantrieb
ist zweckmäßigerweise eine zweite Antriebseinheit in Form wiederum eines Line
arantriebs angeordnet, dessen Antriebsachse von der in z-Richtung verlaufenden
Antriebsachse mit bewegt wird. Die entsprechende Antriebseinheit greift dann
zweckmäßigerweise an der Scheibenunterkante an.
Mittels dieser beiden von der Bahnsteuerung anhand speicherprogrammierter Pa
rameter gesteuerten Linearantriebe wird bereits eine kombinierte und koordinierte
Bewegung der Fahrzeugscheibe entlang der zumindest annähernd parallel zur z-
Achse der Hüllfläche verlaufenden ersten Antriebsachse und der parallel zur y-
Achse der Hüllfläche verlaufenden zweiten Antriebsachse erreicht. Mit diesen bei
den Antrieben kann die Fahrzeugscheibe somit bereits in z-Richtung, d. h. in Ab
zugsrichtung herauf und herunter sowie gleichzeitig in y-Richtung, d. h. seitlich hin
und her bewegt werden. Als Parameter zur Ansteuerung der Antriebseinheiten
dienen insbesondere die Antriebsgeschwindigkeit und die jeweilige Aktivierungs
zeit, d. h. der Startzeitpunkt und die Dauer eines anhand entsprechender Stell
größen der Bahn- oder Antriebssteuerung erzeugten Ansteuerimpulses.
Für eine Bewegung in Richtung der x-Achse kann eine weitere Antriebseinheit
vorgesehen sein. Zweckmäßigerweise wird die Bewegung in Richtung der x-
Achse dadurch substituiert werden, dass die in Richtung der z-Achse wirksame
Antriebseinheit in der xz-Ebene entsprechend angestellt ist und dabei schräg zur
z-Achse verläuft. Diese Substitution ist allein deshalb zweckmäßig, weil die Bewe
gung in Richtung der x-Achse in der Praxis eine im Vergleich zur in z-Richtung
durchfahrenen Weg- oder Bahnstrecke nur geringe Verschiebung im Bereich eini
ger Millimeter oder weniger Zentimeter ist.
Zur Realisierung einer Drehbewegung der Fahrzeugscheibe um die z-Achse kann
eine weitere, rotatorisch wirksame Antriebseinheit vorgesehen sein. Zweckmäßi
gerweise wird jedoch auch diese Drehbewegung um die z-Achse substituiert. Da
zu ist vorzugsweise die erste Antriebsachse aus zwei in Richtung der x-Achse der
Hüllfläche zueinander beabstandete Parallelachsen gebildet, die entlang der z-
Achse in Richtung der y-Achse entsprechend gegeneinander versetzt verlaufen.
Werden die beiden wiederum zweckmäßigerweise durch Linearantriebe realisier
ten Antriebsachsen während deren Bewegung in Richtung der z-Achse mit unter
schiedlichen Geschwindigkeiten verfahren, so ist gleichzeitig eine Rotationsbewe
gung um die y-Achse realisiert.
Eine weitere Antriebseinheit, die bevorzugt direkt an der Scheibenunterkante an
greift, bewirkt eine Drehung der Fahrzeugscheibe um die x-Achse derart, dass die
Scheibenoberkante in Richtung zum Fahrzeuginnenraum verschwenkt und somit
an eine obere Scheibendichtung angedrückt wird. Die vorteilhafterweise durch
mindestens einen Linearantrieb ausgeführte dritte Antriebseinheit wird dabei
zweckmäßigerweise von der zweiten der beiden zueinander orthogonal verlaufen
den Antriebsachsen mitbewegt, die ihrerseits von der ersten Antriebseinheit mit
bewegt ist. Der die dritte Antriebseinheit repräsentierende Linearantrieb greift da
zu an der Scheibenunterkante der Fahrzeugscheibe an, die dabei zweckmäßiger
weise schwenkbeweglich gehalten ist.
Die dritte Antriebseinheit kann auch durch zwei übereinander angeordnete Linear
antriebe realisiert werden, die an zwei an der Scheibenunterkante übereinander
liegenden Punkten angreifen. Bei dieser Antriebskonfiguration kann die zweite
Antriebsachse entfallen, da eine Bewegung in y-Richtung durch diese beiden
dann von der ersten Antriebsachse mitbewegten Linearantriebe realisierbar ist.
Werden beide Linearantriebe in Richtung der y-Achse und dabei unterschiedlich
weit verfahren, so werden die translatorische Bewegung in y-Richtung und gleich
zeitig eine rotatorische Bewegung um die x-Achse erreicht.
Eine besonders vorteilhafte Antriebskonfiguration umfaßt zwei in x-Richtung zu
einander beabstandete Antriebsachsen, von denen jede zwei übereinander ange
ordnete und an der Scheibenunterkante an übereinander liegenden Punkten an
greifende Linearantriebe trägt. Mit dieser Antriebskonfiguration ist eine Bewegung
der Fahrzeugscheibe mit allen sechs Freiheitsgraden in einfacher Art und Weise
realisierbar, was insbesondere für die üblicherweise mehrfach gekrümmte Soll-
Bahn einer Fondscheibe von erheblichem Vorteil ist.
Dabei können durch Schrägstellung der Antriebsachsen in Richtung der z-Achse
die translatorischen Bewegungen in z- und x-Richtung gleichzeitig realisiert wer
den. Durch Verfahren dieser beiden Antriebsachsen mit unterschiedlichen Ge
schwindigkeiten wird die rotatorische Bewegung um die y-Achse erzielt. Werden
zudem die paarweise übereinander angeordneten Linearantriebe synchron in y-
Richtung und dabei innerhalb der Paare unterschiedlich weit sowie mit unter
schiedlicher Geschwindigkeit in Richtung der y-Achse verfahren, so werden die
translatorische Bewegung in y-Richtung und gleichzeitig die rotatorischen Bewe
gungen um die x-Achse und um die z-Achse erreicht.
Die Bahnsteuerung umfasst zweckmäßigerweise einen speicherprogrammierba
ren Prozessor, in den die vorzugsweise kartesischen Koordinaten der die Soll-
Bahn beschreibenden Punkte eingegeben oder eingebbar sind. Der Prozessor ist
zweckmäßigerweise ausgangsseitig mit einer Steuereinrichtung verbunden, die
ihrerseits ausgangsseitig mit den entsprechenden Antriebseinheiten verbunden
ist. Die Steuereinrichtung ist zweckmäßigerweise als offener Steuerkreis ausge
führt, der die entsprechenden Steuersignale für die einzelnen Antriebseinheiten
liefert. Der Steuerkreis kann jedoch auch geschlossen und somit als Regelkreis
ausgeführt sein, um Abweichungen der Ist-Bewegung von der Soll-Bahn zu korri
gieren.
Die Steuereinrichtung ermittelt anhand der durch die kartesischen Koordinaten
definierten Punkte der Soll-Bahn entsprechende Steuer- oder Führungsgrößen für
die oder jede Antriebseinheit. Die Ermittlung der Steuergrößen erfolgt dabei
zweckmäßigerweise anhand einer der Projektion der dreidimensionalen Soll-Bahn
auf die xy-Ebene, xz-Ebene und/oder yz-Ebene entsprechenden Koordinaten
transformation und einer Drehung um die oder jede Koordinatenachse. Diese
transformierten Koordinaten bilden somit zweidimensionale Bahnverläufe in der
jeweiligen Ebene. Die einzelnen Punkte, aus denen sich diese transformierten
(zweidimensionalen) Bahnverläufe innerhalb der jeweiligen Ebene zusammenset
zen, werden von der jeweiligen Antriebsachse mit der durch die Steuereinrichtung
ermittelten Geschwindigkeit zum jeweils ermittelten Zeitpunkt angefahren. Dabei
wird die jeweilige Antriebseinheit mittels der aus den (transformierten) Koordina
ten der in der x-y-Ebene, in der z-x-Ebene und/oder in der z-y-Ebene verlaufenden
Bahn abgeleiteten Stellgröße derart angesteuert, dass die aus den Einzelbewe
gungen der Antriebsachsen resultierende Gesamtbewegung der Fahrzeugscheibe
entlang der Soll-Bahn verläuft.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch
Bereitstellung einer speicherprogrammierbaren oder numerischen Steuerung für
eine Anzahl von Antriebseinheiten, die eine Fahrzeugscheibe auf einer vorgege
benen Soll-Bahn antreiben, ein Anheben und Absenken der Fahrzeugscheibe le
diglich bahngesteuert und somit zwangsführungslos erfolgt. Die dazu vorgesehe
ne Vorrichtung ermöglicht in einfacher Art und Weise eine Anpassung des Bewe
gungsablaufs einer gekrümmten Fahrzeugscheibe an eine beliebige tonnenartig
gewölbte Hüllfläche, in dem die lediglich einmal ermittelten Koordinaten der die
entsprechende Soll-Bahn beschreibenden Punkte in die Bahnsteuerung einpro
grammiert werden. Die Bahnsteuerung ermittelt dann anhand dieser Koordinaten
die jeweiligen Stell- oder Führungsgrößen für die einzelnen Antriebseinheiten in
einem vorzugsweise offenen Steuerkreis.
Für die bahngesteuerte Bewegung der Fahrzeugscheibe entlang der Soll-Bahn
werden vorteilhafterweise lediglich Linearantriebe eingesetzt. Durch geeignete
Einzelansteuerung der Linearantriebe sind auch komplexe Antriebskonfiguratio
nen programmier- und steuertechnisch beherrschbar, indem die Programmierung
und Steuerung durch Abbildung oder Projektion der Soll-Bahn auf die Grundebe
nen des Kartesischen Koordinatensystems mittels entsprechender Koordinaten
transformation erfolgt.
Der Einsatz von Linearantrieben ermöglicht, insbesondere gegenüber einem
mehrgelenkigen Arm mit mehreren Rotationsantrieben, die Realisierung unter
schiedlicher Antriebskonfigurationen für verschiedene Bahnbewegungen nach Art
des Baukastenprinzip oder einer Modulbauweise. Dies ist insbesondere in Verbin
dung mit einer Ansteuerung der Linearantriebe anhand von in die Grundebenen
projizierten Bahnverläufen einerseits für die Bahnsteuerung einer Fondscheibe
entlang einer komplizierten Soll-Bahn von Vorteil. Andererseits ermöglicht dies die
Bereitstellung einer Vielzahl von Gleichteilen zur einfachen und zeitsparenden
Anpassung der jeweiligen Antriebskonfiguration an unterschiedliche Fahrzeugau
ßenkonturen. Die speicherprogrammierbare Bahnsteuerung ermöglicht zudem
eine besonders einfache und zeitsparende Korrektur von Fertigungstoleranzen
durch eine Dateneingabe vor Ort, d. h. am bereits gefertigten Fahrzeug. Letztend
lich läßt sich praktisch jede Scheibenbewegung, realisieren insbesondere auch
bei neuen Tür- oder Dichtungskonzepten.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung
näher erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 eine tonnenartig gewölbte fiktive Hüllfläche mit in der oberen Flä
chenhälfte einer gekrümmten Seiten- und Fondscheibe eines Fahr
zeugs sowie die Koordinaten einzelner Punkte von Soll-Bahnen der
beiden Fahrzeugscheiben,
Fig. 2 eine erste Antriebskonfiguration mit einem von zwei zueinander or
thogonalen Antriebsachsen mitbewegten Linearantrieb,
Fig. 3 eine zweite Antriebskonfiguration mit zwei entlang einer gemeinsa
men Antriebsachse geführten Linearantrieben,
Fig. 4 eine dritte Antriebskonfiguration mit zwei gemäß Fig. 3 ausgeführten
Antrieben,
Fig. 5a-5c den Bahnverlauf der Seitenscheibe sowie dessen Projektion auf die
zx- bzw. zy-Ebene eines kartesischen Koordinatensystems, und
Fig. 6a-6c den Bahnverlauf der Fondscheibe sowie dessen Projektion auf die
zx- bzw. zy-Ebene eines kartesischen Koordinatensystems.
Entsprechende Teils sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen verse
hen.
Die in Fig. 1 dargestellte tonnenartig gewölbte Hüllfläche 1 simuliert die Außen
kontur eines nicht näher dargestellten Fahrzeugs, insbesondere eines Personen
kraftwagens. Auf der oberen Flächenhälfte 1a der Hüllfläche 1 sind - bezogen auf
das dargestellte kartesische Koordinatensystem x, y, z - sowohl in z-Richtung als
auch in x-Richtung gekrümmte Fahrzeugscheiben 2, 3 sichtbar. Diese sind die fah
rerseitige Seitenscheibe 2 und Fondscheibe 3, die beim Anheben und Absenken
entlang der bis in die untere Flächenhälfte 1b der Hüllfläche 1 verlaufenden Soll-
Bahnen SS bzw. SF verfahren werden sollen.
Die Soll-Bahn SS der Seitenscheibe 2 ist durch neun Punkte beschrieben, die in
der in Fig. 1 links unten abgebildeten Tabelle TS in der mit NR bezeichneten
Spalte aufgeführt sind. In den weiteren Spalten dieser Tabelle TS sind die zuge
hörigen x-, y- und z-Koordinaten aufgeführt. Die dort beispielhaft angegebenen
Koordinaten beziehen sich auf das üblicherweise in die Fahrzeugmitte gelegte
Koordinatensystem x, y, z. Die entsprechende Tabelle TF mit sieben die Soll-
Bahn SF repräsentierenden Punkten ist in Fig. 1 rechts unten abgebildet. Da sich
bei der Kinematikdefinition einer Fahrzeugscheibe 2, 3 die Schachtdichtung als
Ausgangsposition für die Definition der Soll-Bahn SS, SF erkanntermaßen als be
sonders vorteilhaft erwiesen hat, ist auch im Ausführungsbeispiel der jeweilige
Start- oder Ausgangspunkt PS, PF innerhalb der Hüllfläche 1 in den Bereich der
virtuellen Schachtdichtung gelegt.
Der im Ausführungsbeispiel gewählte Ausgangspunkt PS, PF ist einer von mehre
ren möglichen Ausgangspunkten, anhand dessen die jeweilige Soll-Bahn SS bzw.
SF sowie deren Koordinaten x, y, z ermittelt wird. So können auch ein Punkt im Be
reich der oberen rechten Scheibenecke, ein Punkt im Bereich der linken unteren
Scheibenecke und/oder ein Punkt im Bereich der rechten unteren Scheibenecke
gewählt werden, wobei letztere dann auf der durch die Scheibendichtung reprä
sentierten virtuellen Linie liegen sollten.
Die die einzelnen Punkte der jeweiligen Soll-Bahn SS, SF repräsentierenden Ko
ordinaten x, y, z werden in einen speicherprogrammierbaren Prozessor 4a einer in
Fig. 2 schematisch dargestellten Bahnsteuerung 4 über einen Dateneingang EP
eingegeben. An einen Prozessorausgang AP des Prozessors 4a ist eine Steuer
einrichtung 4b eingangsseitig angeschlossen, die eine Anzahl von mit An
triebseinheiten verbindbaren Steuerausgänge A1 bis An aufweist. Die Antriebsein
heiten sind in den Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 2 bis 4 als Linearan
triebe Ln ausgeführt. Die Linearantriebe Ln weisen entsprechende Steuereingänge
auf, an die in nicht näher dargestellter Art und Weise der jeweilige Steueraus
gang An der Bahnsteuerung 4 anschließbar ist. Zur Steuerung der einzelnen Line
arantriebe L1...n generiert die Steuereinrichtung 4b entsprechende Steuer- oder
Führungsgrößen F1...n, die von der Bahnsteuerung 4 anhand der jeweiligen Soll-
Bahn SS, SF sowie aus den Anfahrgeschwindigkeiten v und den Anfahrzeitpunk
ten t, mit bzw. zu denen die einzelnen Punkte (x, y, z) auf der Soll-Bahn SS, SF an
zufahren sind, ermittelt werden.
Die in den Fig. 2 und 3 ausschnittsweise dargestellte Fahrzeugscheibe 2, 3 ist
an einem Tragprofil 6 gehalten, das die Fahrzeugscheibe 2, 3 an deren Scheiben
unterkante 7 trägt und an dieser vorzugsweise adhäsiv gehalten ist. An diesem
Tragprofil 6 greift eine Antriebseinheit in Form eines Linearantriebs L3 an, dessen
in Richtung der y-Achse verlaufende Antriebsachse T3 freiendseitig über ein Dreh
gelenk 8 an das Tragprofil 6 angelenkt ist.
Der Linearantrieb L3 ist Teil einer insgesamt drei Linearantrieben L1 bis L3 aufwei
senden Antriebskonfiguration 9a. Die Antriebsachse T1 des Linearantriebs L1 ver
läuft in Richtung der z-Achse, während die Antriebsachse T2 des von dem ersten
Linearantrieb L1 mitbewegten zweiten Linearantriebs L2 in Richtung der y-Achse
verläuft. Die Linearantriebe L1,2 bzw. deren Antriebsachsen T1,2 sind im Ausfüh
rungsbeispiel durch profilierte Schienen realisiert, wobei die Antriebsachse T1 des
Linearantriebs L1 z. B. in einer (nicht dargestellten) Fahrzeugtür ortsfest gehalten
ist.
Mittels der speicherprogrammierbaren Bahnsteuerung 4 werden die Linearantrie
be L1 bis L3 anhand der die jeweilige Soll-Bahn S2 bzw. S3 repräsentierenden Ko
ordinaten x, y, z derart angesteuert, dass durch koordinierte Bewegung der An
triebsachsen T1 bis T3 eine der Soll-Bahn S2,3 entsprechende Gesamtbewegung
der Fahrzeugscheibe 2, 3 erfolgt. Die Hauptbewegung erfolgt dabei mittels des
Linearantriebs L3 entlang der Antriebsachse T1 in Richtung der z-Achse. Die Ge
schwindigkeit v1 der Bewegung sowie die Zeitpunkte t, zu denen die Linearbewe
gung der Antriebsachsen T1 gestartet und gestoppt wird, sind dabei von der
Bahnsteuerung 4 vorgegebene Parameter. Gleichzeitig oder auch zeitlich versetzt
erfolgt eine Linearbewegung der Antriebsachse T2 mit ebenfalls vorgegebener
Geschwindigkeit v2 in Richtung der y-Achse mittels des Linearantriebs L2. Zu ei
nem ebenfalls von der Bahnsteuerung 4 vorgebbaren Zeitpunkt t und mit vorge
gebener Geschwindigkeit v3 erfolgt eine Linearbewegung entlang der Antriebs
achse T3 mittels des Linearantriebs L3 in Richtung der y-Achse. Diese Linearbe
wegung resultiert in einer Rotationsbewegung der Fahrzeugscheibe 2, 3 um die x-
Achse. Dies wird einerseits durch die gelenkige Halterung der Antriebsachse T3
am Tragprofil 6 sowie andererseits durch deren drehbewegliche Lagerung in einer
von dem Linearantrieb L2 mitbewegten Führungsplatte 10 um eine Schwenkach
se 11 erreicht.
Bei dieser Antriebskonfiguration 9a gemäß Fig. 2 wird somit vom Linearantrieb L1
der den Linearantrieb L3 tragende Linearantrieb L2 mitbewegt, der die Fahrzeug
scheibe 2, 3 über die Profilleiste 6 im Bereich der Scheibenunterkante 7 trägt.
Eine alternative Antriebskonfiguration 9b zeigt Fig. 3. Hierbei sind die in Richtung
der z-Achse verlaufende Antriebsachse T1 sowie der Linearantrieb L3 gemäß dem
Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ausgeführt. Bei dieser Antriebskonfiguration 9
werden im Unterschied zum Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 vom Linearan
trieb L1 zwei gemäß dem Linearantrieb L3 nach Fig. 2 ausgeführte Linearantrie
be L3a und L3b mitbewegt. Dazu sind diese beiden übereinander angeordneten
Linearantriebe L3a und L3b an einer gemeinsamen Tragplatte 12 gehalten, die am
Linearantrieb L1 angebracht ist und somit entlang der Antriebsachse T1 bewegt
wird.
Eine translatorische Bewegung der Fahrzeugscheibe 2, 3 in Richtung der z-Achse
erfolgt wiederum durch die Antriebsachse T1 mittels des Linearantriebs L1. Eine
translatorische Bewegung der Fahrzeugscheibe 2, 3 in Richtung der y-Achse er
folgt durch synchrone Bewegung der beiden Antriebsachsen T3a und T3b der Line
arantriebe L3a bzw. L3b. Die Antriebsachsen T3a, T3b sind wiederum mit dem die
Scheibenunterkante 7 der Fahrzeugscheibe 2, 3 umgreifenden Tragprofil 6 über
jeweils ein Drehgelenk 8a, 8b schwenkbeweglich verbunden. Eine Linearbewe
gung der beiden Antriebsachsen T3a und T3b mit unterschiedlichen Geschwindig
keiten in Richtung der y-Achse resultiert dann in einer Rotationsbewegung der
Fahrzeugscheibe 2, 3 um die x-Achse. Die rotatorische Bewegung um die x-Achse
bewirkt einerseits beim Abziehen in Richtung der z-Achse ein Nachführen oder
Anlegen der Fahrzeugscheibe 2, 3 auf die Hüllfläche 1. Andererseits kann in an
gehobener und geschlossener Stellung der Fahrzeugscheibe 2, 3 diese an eine im
oberen Türrahmen- oder Dachkantenbereich des Fahrzeugs vorgesehene (nicht
dargestellte) Scheibendichtung angepresst bzw. von dieser abgehoben werden.
Eine insbesondere zum Anheben und Absenken der Fondscheibe 3 besonders
geeignete Antriebskonfiguration 9c zeigt Fig. 4, wobei das wiederum zur Halterung
der hier nicht dargestellten Fahrzeugscheibe 2, 3 vorgesehene Tragprofil 6 u-
förmig ausgeführt ist. Die Antriebskonfiguration 9c ist aus zwei Antriebskonfigura
tionen 9b gemäß Fig. 3 gebildet. Die Antriebsachsen T1 und T'1 können in der zx-
Ebene um den Betrag Δx schräggestellt sein. Dadurch wird während einer Linear
bewegung der beiden Antriebsachsen T1 und T'1 gleichzeitig eine translatorische
Bewegung der Fahrzeugscheibe 2, 3 in Richtung der x-Achse erreicht. Dadurch
wird ein zusätzlicher Linearantrieb für eine translatorische Bewegung der Fahr
zeugscheibe 2, 3 in Richtung der x-Achse eingespart. Werden die beiden Parallel-
oder Antriebsachsen T1, T'1 auch um den Betrag Δy in der zy-Ebene gegeneinan
der versetzt angeordnet, so würde dadurch bei deren Bewegung in Richtung der
z-Achse gleichzeitig eine Rotationsbewegung der Fahrzeugscheibe 2, 3 um die z-
Achse erfolgen.
Mit dieser wiederum lediglich Linearantriebe L1, L3a, L3b und L'1, L'3a, L'3b aufwei
senden Antriebskonfiguration 9c sind praktisch alle sechs für eine Bewegung der
Fahrzeugscheibe 2, 3 im Raum erforderlichen Freiheitsgrade realisierbar. So die
nen die beiden zueinander beabstandet und vorzugsweise in der zx-Ebene um
den Betrag Δx schräg gestellten sowie zweckmäßigerweise zueinander parallel
verlaufenden Antriebsachsen T1 und T'1 zur Bewegung der Fahrzeugscheibe 2, 3
in Richtung der z-Achse bei gleichzeitiger Bewegung in Richtung der x-Achse in
folge der Schrägstellung der beiden Antriebsachsen T1 und T'1. Zur Bewegung der
Fahrzeugscheibe 2, 3 in Richtung der y-Achse werden die wiederum von diesen
Antriebsachsen T1 und T'1 mitbewegten Antriebsachsen T3a, T3b und T'3a, T'3b in y-
Richtung verfahren.
Werden die Antriebsachsen T3a und T3b einerseits sowie die Antriebsachsen T'3a
und T'3b andererseits mit unterschiedlicher Geschwindigkeit und um unterschiedli
che Beträge Δy verfahren, so erfolgt eine rotatorische Bewegung der Fahrzeug
scheibe 2, 3 um die z-Achse. Werden zudem die Antriebsachsen T3a und T'3a ei
nerseits und die Antriebsachsen T3b und T'3b andererseits mit unterschiedlichen
Geschwindigkeiten und um unterschiedliche Beträge Δy verfahren, so resultieren
diese Linearbewegungen in einer Rotationsbewegung der Fahrzeugscheibe 2, 3
um die x-Achse. Eine Rotationsbewegung der Fahrzeugscheibe 2, 3 um die y-
Achse wird dadurch erreicht, dass die Antriebsachsen T1 und T'1 mit unterschied
lichen Geschwindigkeiten und um unterschiedliche Beträge Δz verfahren werden.
Zur Erzeugung der für die entlang der Soll-Bahnen SS, SF verlaufenden Gesamt
bewegung der Fahrzeugscheibe 2 bzw. 3 werden programm- und steuerungs
technisch vorteilhafterweise zunächst die Einzelbewegungen innerhalb der drei
Grundebenen zx, zy und xy des kartesischen Koordinatensystems x, y, z herange
zogen. Dies ist in den Fig. 5a bis 5c für die Seitenscheibe 2 und in den
Fig. 6a bis 6c für die Fondscheibe 3 veranschaulicht.
So zeigt Fig. 5a die Seitenscheibe 2 in deren angehobenen und somit geschlos
senen oberen Stellung einerseits und in deren abgesenkten und somit geöffneten
unteren Stellung andererseits. Im oberen Ausgangspunkt PS liegt das Ausgangs-
Koordinatensystem x, y, z, während im Endpunkt P'S das sich während des Abzie
hens oder Absenkens der Fahrzeugscheibe 2 entlang der Soll-Bahn SS um die y-
Achse mit einem Betrag Δy drehende Koordinatensystem x, y, z zusätzlich darge
stellt ist. Dargestellt sind auch die auf die Grundebenen xz, zy und xy projizierten
und somit zweidimensionalen Bahnverläufe Sxz, Syz bzw. Sxy der dreidimensiona
len Soll-Bahn SS. Die entsprechenden Ansichten in den Ebenen xz und yz mit den
Bahnverläufen Sxz bzw. Syz sind in den Fig. 5b und 5c dargestellt.
Analog zeigt die Fig. 6a die Fondscheibe 3 in der angehobenen und in der abge
senkten Position sowie die entsprechenden Bahnverläufe der SF, Szx, Szy, wäh
rend der aus der jeweiligen Projektion der Soll-Bahn SF in die zx- und zy-Ebene
resultierende Bahnverlauf Sxz und Syz in Fig. 6b bzw. 6c dargestellt ist.
Anhand dieser sich durch Koordinatentransformation aus der Soll-Bahn SS, SF er
gebenden Koordinaten x, y, z innerhalb der Grundebenen zx, zy und xy ermittelt die
Bahnsteuerung 4 die jeweiligen Steuer- oder Führungsgrößen F1...n für die einzel
nen Linearantriebe L1...n. Anhand dieser Führungsgrößen F1...n fahren die einzel
nen Antriebsachsen T1...n die Punkte in den Grundebenen des Koordinatensy
stems x, y, z an. Dabei sind die Einzelbewegungen derart koordiniert, dass sich aus
deren Kombination die Gesamtbewegung der Fahrzeugscheibe 2, 3 entlang der
Soll-Bahn SS bzw. SF resultiert.
Die Antriebskonfigurationen 9a, 9b und 9c mit den jeweiligen Antriebseinheiten Ln,
Tn und die zu deren Ansteuerung dienende Bahnsteuerung 4 bilden somit eine
Vorrichtung zum Anheben und Absenken einer Fahrzeugscheibe 2, 3 als zwangs
führungsloser, lediglich bahngesteuerter Fensterheber für ein Fahrzeug.
1
Hüllfläche
1a, b Flächenhälfte
1a, b Flächenhälfte
2
Seitenscheibe
3
Fondscheibe
4
Bahnsteuerung
4
a Prozessor
4
b Steuereinrichtung
6
Tragprofil
7
Scheibenunterkante
8
Drehgelenk
9
Antriebskonfiguration
10
Führungsplatte
11
Schwenkachse
12
Tragplatte
A1...n
A1...n
Steuerausgang
AP
AP
Prozessorausgang
EP
EP
Dateneingang
F1...n
F1...n
Steuer-/Führungsgröße
L1...n
L1...n
Antriebseinheit/Linearantrieb
PS,F
PS,F
Ausgangspunkt
P'S,F
P'S,F
Endpunkt
SS,F
SS,F
Soll-Bahn
Szx,zy
Szx,zy
Bahnverlauf
T1...n
T1...n
Antriebseinheit/Antriebsachse
TS,F
TS,F
Tabelle
Claims (14)
1. Vorrichtung zum Anheben und Absenken einer Fahrzeugscheibe (2, 3), die auf
einer die Fahrzeugaußenkontur nachbildenden tonnenartig gewölbten Hüllflä
che (1) verläuft,
gekennzeichnet durch
eine Anzahl von mittels einer speicherprogrammierbaren Bahnsteuerung (4)
angesteuerten Antriebseinheiten (Ln, Tn), die die Fahrzeugscheibe (2, 3) ent
lang einer auf der Hüllfläche (1) verlaufenden Soll-Bahn (SS, SF) antreiben.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch
mindestens zwei Antriebseinheiten (Ln, Tn) für eine koordinierte Bewegung der
Fahrzeugscheibe (2, 3) entlang einer zumindest annähernd parallel zur z-
Achse der Hüllfläche (1) verlaufenden ersten Antriebsachse (T1) und einer
parallel zur y-Achse der Hüllfläche (1) verlaufenden zweiten Antriebsachse
(T2, T3).
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
gekennzeichnet durch
eine dritte Antriebseinheit (L3, T3) zur Erzeugung einer Drehbewegung der
Fahrzeugscheibe (2, 3) um die x-Achse der Hüllfläche (1).
4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die dritte Antriebseinheit (L3, T3) von der ersten Antriebseinheit (L1, T1)
oder von der zweiten Antriebseinheit (L2, T2) mitbewegt ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die erste Antriebsachse (L1, T1) aus zwei in Richtung der x-Achse der
Hüllfläche (1) zueinander beabstandete Parallelachsen (T1, T'1) gebildet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die beiden Parallelachsen (T1, T'1) zur Erzeugung einer Drehbewegung
der Fahrzeugscheibe (2, 3) um die z-Achse entlang dieser in Richtung der y-
Achse entsprechend gegeneinander versetzt verlaufen.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die erste Antriebsachse (T1) innerhalb der xz-Ebene der Hüllfläche (1)
schräg zur z-Achse verläuft.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass lediglich Linearantriebe (L1) als Antriebseinheiten (L1, T1) vorgesehen
sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8,
gekennzeichnet durch
einen ersten Linearantrieb (L1), dessen Antriebsachse (T1) in Richtung der z-
Achse verläuft, und durch einen zweiten Linearantrieb (L2), dessen in Richtung
der y-Achse verlaufende Antriebsachse (T2) von der ersten Antriebsachse (T1)
mit bewegt ist, sowie durch einen von der zweiten Antriebsachse (T2) mitbe
wegten und an der Scheibenunterkante (7) der Fahrzeugscheibe (2, 3) an ei
nem Drehgelenk (8) angreifenden dritten Linearantrieb (L3) zur Drehung der
Fahrzeugscheibe (2, 3) um die x-Achse.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8,
gekennzeichnet durch
einen Linearantrieb (L1, T1), dessen in Richtung der z-Achse verlaufende An
triebsachse (T1) zwei an der Scheibenunterkante (7) an übereinander liegen
den Drehgelenken (8a, 8b) angreifende Linearantriebe (L3a, L3b) trägt.
11. Vorrichtung nach Anspruch 8,
gekennzeichnet durch
zwei Linearantriebe (L1, T1, L'1, T'1), deren in Richtung der x-Achse zueinander
beabstandeten Antriebsachsen (T1, T'1) jeweils zwei an der Scheibenunterkan
te (7) der Fahrzeugscheibe (2, 3) an übereinander liegenden Drehgelen
ken (8a, 8b; 8'a, 8'b) angreifende Linearantriebe (L3a, L3b; L'3a,L'3b) tragen.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Bahnsteuerung (4) einen speicherprogrammierbaren Prozessor (4a)
mit einem Eingang (EP) zur Eingabe von Koordinaten (x, y, z) der die Soll-Bahn
(SS, SF) beschreibenden Punkte und eine an dessen Prozessorausgang (AP)
angeschlossene Steuereinrichtung (4b) mit einer Anzahl von mit den An
triebseinheiten (Ln, Tn) verbundenen Steuerausgängen (An) aufweist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Bahnsteuerung (4) anhand der Soll-Bahn (SS, SF) entsprechende
Stellgrößen (Fn) für die oder jede Antriebseinheit (Ln, Tn) ermittelt.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Stellgrößen (Fn) aus einer Projektion der Soll-Bahn (SS, SF) auf eine
der drei Grundebenen (xy, yz, zx) eines Koordinatensystems abgeleitet sind,
wobei die jeweilige Antriebseinheit (Ln, Tn) mittels der aus den Koordina
ten (x, y, z) der in der x-y-Ebene, in der z-x-Ebene und/oder in der z-y-Ebene
verlaufenden Bahn (Szx, Szy, Sxy) abgeleiteten Stellgröße (Fn) derart angesteuert
ist, dass die aus den Einzelbewegungen der Antriebsachsen (Tn) resultierende
Gesamtbewegung der Fahrzeugscheibe (2, 3) entlang der Soll-Bahn (SS, SF)
verläuft.
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