DE10200099A1 - Elektromechanischer Drehschalter - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektromechanischen Drehschalter (54). Um einen zuverlässigen Drehschalter (54) zur Verfügung zu stellen, mit welchem beispielsweise ein Kraftverschluß für ein Hubsystem (10) einer Sicherheitseinrichtung betätigt werden kann, ist gemäß der Erfindung vorgesehen, neben einem ersten Kern (78) eines ersten, elektrisch betätigten Linearmagneten (74) mindestens eine Ausgleichsmasse (80) anzuordnen, die derart dimensioniert und/oder angeordnet ist, daß auf den ersten Kern (78), einen Hebel (72) und die Ausgleichsmasse (80) wirkende Beschleunigungskräfte sich im wesentlichen aufheben.

Description

• Die Erfindung betrifft einen elektromechanischen Drehschalter.
• Drehschalter werden in der Praxis verwendet, um Winkelpositionierungen vorzunehmen. Eine solche Winkelpositionierung ist beispielsweise das Verlagern eines Auslösebolzens eines Kraftverschlusses einer Fahrzeugsicherheitseinrichtung, insbesondere einer Hubvorrichtung einer Fronthaube oder einer Kopfstütze.
• Aus DE 197 21 565 A1, welche als Fahrzeugsicherheitseinrichtung ein reversibles, mechanisches Hubsystem für eine Fronthaube beschreibt, ist bekannt, einen Auslösebolzen axial zu verlagern. Bei diesem Hubsystem erfolgt die Hubbewegung durch eine Fronthauben-Aufstellfeder, wobei die Fronthauben-Aufstellfeder derart angeordnet ist, daß sie einen Schließbolzen umschließt. Der Schließbolzen wird in einer gespannten Position der Fronthaube bzw. der Fronthauben-Aufstellfeder mittels des Auslösebolzens festgehalten, welcher mittels einer elektromagnetischen oder pyrotechnischen Betätigungseinrichtung gegen den Druck einer Schraubenfeder verlagerbar ist. Der Auslösebolzen ist ein zentrales Element des Kraftverschlusses, welcher zusätzlich noch die Schraubenfeder und die Betätigungseinrichtung umfaßt.
• Ein Hubsystem, dessen Aktuatoren im Detail jedoch nicht beschrieben sind, ist ferner aus WO 01/23225 A1 bekannt.
• Gemäß DE 199 61 799 A1 wird bei einem Fahrzeugsitz und bei einem Gurtstraffer eine Winkelpositionierung vorgenommen, wobei dazu eine Anordnung mit rotierendem Elektromotor, eine druckgasbetriebene Vorrichtung und eine Kombination aus beiden Antrieben vorgeschlagen werden.
• Aus EP 0 790 904 B1 ist ein Kurzbanddrehschalter bekannt, bei dem zwei zueinander koaxiale Teile zueinander drehbar mit einem elektrischen Verbindungsband gelagert sind.
• DE 43 02 042 A1 beschreibt einen Elektromotor in Flachbauweise, der als Stellmotor verwendbar ist. Wegen seiner Präzision ist dieser Elektromotor zur Motorhauben- und Kofferraumverriegelung sowie zur Notbetätigung von Hubzylindern geeignet.
• Auf diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen zuverlässigen Drehschalter zur Verfügung zu stellen, mit welchem beispielsweise ein Kraftverschluß für ein Hubsystem einer Sicherheitseinrichtungen betätigt werden kann. Ferner soll ein verbessertes Hubsystem zur Verfügung gestellt werden.
• Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bzw. 10.
• Gemäß der Erfindung ist ein elektromechanischer Drehschalter mit einem an einer Ausgangswelle befestigten Hebel vorgesehen, wobei zur Betätigung ein auf den Hebel einwirkender erster elektrisch betätigter Linearmagnet vorgesehen ist, dessen beweglicher erster Kern an dem Hebel angreift. Ferner ist mindestens eine Ausgleichsmasse vorgesehen, die derart an dem Hebel oder dem ersten Kern angreift, daß auf den ersten Kern, den Hebel und die Ausgleichsmasse wirkende Beschleunigungskräfte sich im wesentlichen aufheben. Der erfindungsgemäße elektromechanische Drehschalter hat den Vorteil, daß im Betrieb, beispielsweise im Fahrbetrieb eines Fahrzeuges auf den Drehschalter wirkende Beschleunigungen den Drehschalter nicht drehen, womit der erfindungsgemäße Drehschalter allen linear wirkenden Schaltern, insbesondere Linearmagneten überlegen ist. Darüber hinaus ist der erfindungsgemäße Drehschalter Elektromotoren und Drehmagneten überlegen, da er sich wegen der Verwendung eines Linearmagneten erheblich einfacher fertigen läßt als die genannten Elektromotoren und Drehmagneten.
• Das der Erfindung zugrunde liegende Konzept, auftretende Beschleunigungskräfte zu kompensieren, wird besonders vorteilhaft umgesetzt, wenn als Ausgleichsmasse ein Kern eines zweiten Linearmagneten vorgesehen ist, wenn also ein erster und ein zweiter Linearmagnet verwendet werden, die bei Beaufschlagung beider mit elektrischem Strom die Ausgangswelle in dem gleichen Drehsinn drehen, wobei der erste und der zweite Kern derart dimensioniert und/oder angeordnet sind, daß sich auf diese wirkende Beschleunigungskräfte im wesentlichen aufheben. Die Verwendung zweier vorzugsweise identischer Linearmagneten hat den Vorteil einer hohen Stellkraft selbst bei kleinen Magneten, wobei gleichzeitig durch Redundanz eine hohe Ausfallsicherheit gewährleistet wird. Bei Verwendung identischer Linearmagneten werden darüber hinaus die Konstruktion und die Fertigung erleichtert.
• Eine besonders einfache Konstruktion ergibt sich, wenn sich der erste Kern und die Ausgleichsmaße bzw. der erste und der zweite Kern bezüglich der Achse der Ausgangswelle gegenüberliegen. Gleiches gilt, wenn die Verlagerungsachsen des ersten Kerns und der Ausgleichsmaße bzw. des ersten und zweiten Kerns die Achse der Ausgangswelle schneiden.
• Durch die Verwendung mindestens einer Feder, die den ersten Kern und die Ausgleichsmaße bzw. den ersten und den zweiten Kern in einer Ruhelage hält, wird die Sicherheit gegen Beschleunigungen, insbesondere Erschütterungen, weiter erhöht und es wird ferner in einfacher Weise eine reversible Betätigung ermöglicht.
• Eine besonders zuverlässige Konstruktion ergibt sich, wenn der erste und der zweite Kern jeweils durch eine Feder in der Ruhelage gehalten werden und die Achsen der Federn zu den Achsen der Kerne koaxial sind.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß mindestens einer der Kerne, vorzugsweise beide Kerne über Verbindungselemente an dem Hebel angreifen, wobei das bzw. die Verbindungselemente vorzugsweise die Ausgangswelle mindestens teilweise umgreifen. Durch die Verwendung von Verbindungselementen läßt sich eine kompakte Bauweise realisieren.
• Die Vorteile der Erfindung und insbesondere die Sicherheit vor Fehlauslösungen durch Beschleunigungskräfte zeigen sich insbesondere bei einem reversiblen Hubsystem, welches einen erfindungsgemäßen Drehschalter aufweist. Dies gilt insbesondere für Hubsysteme zur Verlagerung einer Fronthaube und/oder einer Kopfstütze.
• Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen.
• Es zeigen:
• Fig. 1 ein vereinfachtes Schaubild eines erfindungsgemäßen Hubsystems mit einem erfindungsgemäßen Drehschalter in einer verriegelten Position,
• Fig. 2 den Drehschalter in Fig. 1 in perspektivischer Darstellung, und
• Fig. 3 einen Schnitt durch den Drehschalter in der Ebene III in Fig. 2.
• Das in Fig. 1 gezeigte reversible Hubsystem 10 dient dazu, eine Sicherheitseinrichtung (nicht gezeigt), beispielsweise einen Überrollbügel, eine Kopfstütze, ein Kniepolster oder eine Motorhaube in einem vorgespannten Zustand zu sichern. Die Sicherheitseinrichtung ist an einer schematisch dargestellten Führung 12 geführt und steht unter der Vorspannung einer mechanischen oder pneumatischen Feder, deren Federkraft durch den Pfeil F dargestellt ist. Die Sicherheitseinrichtung weist einen Verriegelungsvorsprung 14 auf, der von einem als Drehriegel ausgebildeten, auf einer Grundplatte 16 drehbar gelagerten Riegel 18 gehalten wird. Um den Verriegelungsvorsprung 14 festzuhalten, weist der Riegel 18 eine Nut 20 auf. Die Grundplatte 16 ist Teil eines Gehäuses, welches neben der Grundplatte 16 noch eine parallel dazu verlaufende, komplementär ausgebildete zweite Grundplatte (nicht gezeigt) aufweist.
• Der Riegel 18 seinerseits stützt sich an einem Abstützelement 22 ab, welches stabartig ausgebildet ist und seitliche Vorsprünge 24 aufweist, welche in Führungsöffnungen 26 in der Grundplatte 16 und der dazu parallel angeordnete, nicht gezeigte zweite Grundplatte eingreifen.
• Die seitlichen Vorsprünge 24 sind keilförmig ausgebildet und weisen leicht abgerundete Lagerspitzen 28 auf, mit welchen sich das Abstützelement 22 an den Grundplatten 16 in Lagerkehlen 30 abstützt, mit welchen die ebenfalls keilförmig ausgebildeten Führungsöffnungen 26 ausgebildet sind. Die seitlichen Vorsprünge 24 und die Führungsöffnungen 26 sind der Lagerspitze 28 bzw. der Lagerkehle 30 gegenüberliegend mit einer ersten Rundung 32 bzw. einer zweiten Rundung 34 ausgebildet, welche eine lose Führung des Abstützelementes 22 bewirken. Die Lagerspitzen 28 und die Lagerkehle 30 definieren zusammen eine Drehachse 36 des Abstützelementes 22, welche senkrecht zu der Längserstreckung des Abstützelementes 22 im Bereich der Unterseite des Abstützelementes 22 liegt und das Abstützelement 22 so lagert, daß es einen kurzen Hebel 38 und einen langen Hebel 40 aufweist, wobei das Längenverhältnis des kurzen Hebels 38 zum langen Hebel 40 etwa 2 : 1 beträgt.
• Die Führungsöffnungen 26 und die seitlichen Vorsprünge 24 sind derart bemessen, daß sie nicht nur eine Drehung des Abstützelementes 22 um die Drehachse 36 erlauben, sondern auch ein Spiel der seitlichen Vorsprünge 24 in den Führungsöffnungen 26. Dieses Spiel bewirkt, daß das Abstützelement 22 im Bedarfsfall ohne zu klemmen sehr leicht verlagert werden kann.
• Zwischen dem Riegel 18 und dem Abstützelement 22 ist eine Drehschenkelfeder 42 angeordnet, welche sich mit ihrem ersten Schenkel 44 an einem Vorsprung 46 des Riegels 18 und mit ihrem zweiten Schenkel 48 an dem langen Hebel 40 des Abstützelementes 22 abstützt. Die Breite der Drehschenkelfeder 42 ist derart bemessen, daß sie sich an den gegenüberliegenden Grundplatten 16 abstützt und keine weitere Führung oder Lagerung erfordert. Die Drehschenkelfeder 42 ist so vorgespannt, daß der Vorsprung 46 und der lange Hebel 40 auseinander gedrückt werden.
• In der in Fig. 1 gezeigten Position ist die Sicherheitseinrichtung gespannt, wobei sie über den Verriegelungsvorsprung 14 von dem Riegel 18 festgehalten wird. Dabei bewirkt die Kraft F der Feder, die auch als Energiespeicher bezeichnet werden kann, ein Drehmoment M₁ um die Drehachse 50 des Riegels 18. Um dieses Moment M₁ auszugleichen und eine Verdrehung des Riegels 18 zu verhindern, übt das Abstützelement 22 über seine Rundung 32 auf eine Schrägfläche 52 des Riegels 18 eine Gegenkraft aus, welche durch die Drehschenkelfeder 42 zur Verfügung gestellt wird. Das System befindet sich dadurch in einer Ruheposition.
• Um eine Auslösung des Hubsystems 10 zu bewirken, ist ein erfindungsgemäß ausgebildeter elektromechanischer Drehschalter 54 vorgesehen, welcher zwei auf einer Zapfentragplatte 56 angeordnete Zapfen 58 und 60 aufweist. Bei Beaufschlagung des Drehschalters 54 mit elektrischem Strom über eine Steuereinrichtung (nicht gezeigt) wird eine Drehung in Richtung des Pfeiles A bewirkt. Der Drehschalter 54 wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 erläutert.
• Bei einer Auslösung des Hubsystems 10 drückt der Zapfen 60 des Drehschalters 54 das Abstützelement 22 herunter, so daß es im Uhrzeigersinn gedreht wird seine Position im oder nahe bei dem labilen Gleichgewicht verlässt. Dabei gleitet die Rundung 32 des Abstützelementes über die Schrägfläche 52 des Riegels 18. Der Neigungswinkel α gegenüber der Längsachse des Abstützelementes 22 in der Ruheposition ist dabei so gewählt, daß ein leichtes Abgleiten auch unter Berücksichtigung der Reibung zwischen dem Riegel 18 und dem Abstützelement 22 gewährleistet ist. Hat das Abstützelement 22 erst die labile Gleichgewichtslage verlassen, unterstützt die Kraft F der Sicherheitseinrichtung die Drehbewegung des Riegels 18, so daß es für die Freigabe des Hubsystems 10 nicht mehr auf die von dem Drehschalter 54 vermittelte Bewegung ankommt. Der Riegel 18 dreht sich dann bis der Verriegelungsvorsprung 14 von dem Riegel 18 ganz frei gegeben wird. In dieser Position fällt auch das Abstützelement 22 in eine Vertiefung oder einen Rücksprung 62 des Riegels 18, so daß die Drehbewegung des Riegels 18 zum Stillstand kommt. Eine weitere Drehbewegung des Riegels 18 ist aufgrund der gewählten Geometrie nicht möglich, da der Drehschalter 54 nicht in der Lage ist, die zwischen dem Riegel 18 und dem Abstützelement 22 in dieser Position wirkende Reibungskraft und die Kraft der Drehschenkelfeder 42 zu überwinden. Die Sicherheitseinrichtung ist gänzlich frei und kann ihre Endposition einnehmen.
• Bei einer erneuten Verriegelung der Fahrzeugsicherheitseinrichtung, welche reversibel ausgebildet ist, drückt der Verriegelungsvorsprung aufgrund einer von außen aufgebrachten Verriegelungskraft K, die größer ist als die Kraft F, auf eine Flanke 64 des Riegels 18 und bewegt diesen im Uhrzeigersinn zurück in seine in Fig. 1 gezeigte Ruheposition. Die Drehschenkelfeder 42 nimmt dabei das Abstützelement 22 mit und unterstützt auch die Rückstellbewegung des Betätigungselementes 54. Sobald der Riegel 18 und das Abstützelement 22 im oder kurz hinter dem labilen Gleichgewichtspunkt angelangt sind, kann die Krafteinwirkung der Rückstellkraft K beendet werden, wodurch die Kraft F den Verriegelungsvorsprung wieder an der der Flanke 64 gegenüberliegenden Flanke 66 der Nut 20 des Riegels 18 zur Anlage bringt, wie in Fig. 1 gezeigt.
• Der Drehschalter 54 des erfindungsgemäßen Hubsystems 10 dient jedoch nicht nur zum Auslösen sondern auch als Sicherungselement gegen eine unbeabsichtigte Auslösung des Hubsystems 10. Bewirken nämlich äußere Kräfte, insbesondere Beschleunigungskräfte im normalen Nutzungsbetrieb des Fahrzeugs eine Verlagerung des Abstützelementes aus seiner in Fig. 1 gezeigten Position, beispielsweise durch eine Bewegung in Richtung des Doppelpfeiles B in Fig. 1, wirken die Zapfen 58 und 60 wie Anschläge, die verhindern, daß der Abstützkontakt zwischen der Rundung 32 des Abstützelementes 22 und der Schrägfläche 52 des Riegels 18 verloren geht. Es ist jedoch gut erkennbar, daß schon bei einer Drehbewegung von weniger als 45°C in Richtung des Pfeiles A der Zapfen 58 das Abstützelement 22 freigibt, so daß eine Erschütterung keine, mit Sicherheit jedoch ein Drehantrieb des Abstützelementes 22 über den Zapfen 60 eine Auslösung des Kraftverschlusses 10 bewirkt.
• Um die Sicherheit gegen Beschleunigungskräfte nicht zu gefährden, ist der Drehschalter 54, der in den Fig. 2 und 3 im Detail gezeigt ist, selbst beschleunigungs- und damit erschütterungssicher ausgeführt.
• Der Drehschalter 54 weist ein Druckgußgehäuse 68 auf, in welchem eine die Zapfentragplatte 56 tragende Ausgangswelle 70 gelagert ist. An der Ausgangswelle 70 ist ein Hebel 72 drehfest befestigt, an welchem ein erster und ein zweiter Linearmagnet 74, 76 mit ihrem jeweiligen ersten Kern 78 bzw. zweiten Kern 80 über ein ersten bzw. ein zweites Verbindungselement 82, 84 angreifen. Das erste und das zweite Verbindungselement 82, 84 sind jeweils sichelförmig ausgebildet und umgreifen mit ihrem hebelseitigen Anlenkpunkt 86, 88 die Ausgangswelle 70.
• Die Linearmagnete 74, 76 sind in dem gezeigten Ausführungsbeispiel identisch ausgebildet und liegen einander bezüglich der Achse der Ausgangswelle 70 symmetrisch gegenüber. Sie weisen jeweils eine Ringspule 90, 92 auf, welche bei Beaufschlagung mit elektrischem Strom den jeweiligen Kern 78, 80 anzieht, wodurch diese gemäß den Pfeilen C verlagert werden. Dadurch wird auf die Ausgangswelle 70 ein Drehmoment ausgewirkt.
• Die Kerne 78, 80 der Linearmagnete 74, 76 stehen unter der Vorspannung einer ersten bzw. einer zweiten Druckfeder 94, 96, deren Achsen koaxial zu den Verlagerungsachsen des ersten bzw. zweiten Kernes 78, 80 sind. Die Druckfedern 94, 96 sind vorgesehen, um nach einer Betätigung des Drehschalters 54 diesen wieder in seine Ausgangsposition zu bewegen.
• Wird der gesamte Drehschalter einer Beschleunigung unterworfen, zeigt sich in Fig. 3, daß auftretende Beschleunigungskräfte durch die zu der Achse der Ausgangswelle 70 symmetrische Anordnung in Momente umgewandelt werden, die sich gegenseitig aufheben. Der zweite Kern 80 des zweiten Linearmagneten 76 wirkt dabei bezüglich des ersten Kernes 78 wie eine Ausgleichsmasse. BEZUGSZEICHENLISTE 10 Hubsystem
  12 Führungsvorrichtung
  14 Verriegelungsvorsprung
  16 Grundplatte
  18 Riegel
  20 Nut
  22 Abstützelement
  24 seitliche Vorsprünge
  26 Führungsöffnung
  28 Lagerspitze
  30 Lagerkehle
  32 erste Rundung
  34 zweite Rundung
  36 Drehachse
  38 kurzer Hebel
  40 langer Hebel
  42 Drehschenkelfeder
  44 erster Schenkel
  46 Vorsprung
  48 zweiter Schenkel
  50 Drehachse
  52 Schrägfläche
  54 Drehschalter
  56 Zapfentragplatte
  58 Zapfen
  60 Zapfen
  62 Rücksprung
  64 Flanke
  66 Flanke
  68 Druckgußgehäuse
  70 Ausgangswelle
  72 Hebel
  74 erster Linearmagnet
  76 zweiter Linearmagnet
  78 erster Kern
  80 zweiter Kern
  82 erstes Verbindungselement
  84 zweites Verbindungselement
  86 hebelseitiger Anlenkpunkt
  88 hebelseitiger Anlenkpunkt
  90 Ringspule
  92 Ringspule
  94 erste Druckfeder
  96 zweite Druckfeder
  

Claims (11)

1. Elektromechanischer Drehschalter mit einem an einer Ausgangswelle (70) befestigten Hebel (72), wobei zur Betätigung ein auf den Hebel (72) einwirkender erster, elektrisch betätigter Linearmagnet (74) vorgesehen ist, dessen beweglicher erster Kern (78) an dem Hebel (72) angreift, wobei ferner mindestens eine Ausgleichsmasse (80) vorgesehen ist, die derart an dem Hebel (72) oder dem ersten Kern (78) angreift, daß auf den ersten Kern (78), den Hebel (72) und die Ausgleichsmasse (80) wirkende Beschleunigungskräfte sich im wesentlichen aufheben.

2. Drehschalter nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsmasse ein zweiter Kern (80) eines zweiten elektrisch betätigten Linearmagneten (76) ist, wobei der erste und der zweite elektrisch betätigte Linearmagnet (74, 76) bei Beaufschlagung mit elektrischem Strom über den Hebel (72) die Ausgangswelle (70) in dem gleichen Drehsinn drehen und wobei der erste und der zweite Kern (78, 80) derart dimensioniert und/oder angeordnet sind, daß sich auf diese wirkende Beschleunigungskräfte im wesentlichen aufheben.

3. Drehschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich der erste Kern (78) und die Ausgleichsmasse (80) bzw. der erste und der zweite Kern (78, 80) bezüglich der Achse der Ausgangswelle (70) gegenüberliegen.

4. Drehschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verlagerungsachsen des ersten Kerns (78) und der Ausgleichsmasse (80) bzw. des ersten und des zweiten Kerns (78, 80) die Achse der Ausgangswelle schneiden.

5. Drehschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kern (78) und die Ausgleichsmasse (80) bzw. der erste und der zweite Kern (78, 80) durch mindestens eine Feder (94, 96) in einer Ruhelage gehalten werden.

6. Drehschalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste and der zweite Kern (78, 80) jeweils durch eine Feder (94, 96) in der Ruhelage gehalten werden, wobei die Achsen der Federn (94, 96) zu den Achsen der Kerne (78, 80) koaxial sind.

7. Drehschalter nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Kerne (78, 80) vorzugsweise beide Kerne (78, 80) über Verbindungselemente (82, 84) an dem Hebel (72) angreifen, wobei das bzw. die Verbindungselemente (82, 84) vorzugsweise die Ausgangswelle (70) mindestens teilweise umgreifen.

8. Drehschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch ein als Gußteil ausgebildetes Gehäuse (68).

9. Drehschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an der Ausgangswelle (70) eine Zapfentragplatte (56) mit mindestens einem, vorzugsweise zwei Zapfen (58, 60) angeordnet ist.

10. Reversibles Hubsystem, gekennzeichnet durch einen Drehschalter (54) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.

11. Hubsystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Hubsystem zur Verlagerung einer Fronthaube oder einer Kopfstütze ausgebildet ist.