DE102006015294A1

DE102006015294A1 - Blockiereinrichtung zur zumindest teilweisen Blockierung einer Relativbewegung

Info

Publication number: DE102006015294A1
Application number: DE102006015294A
Authority: DE
Inventors: Andreas Kramlich
Original assignee: Preh GmbH
Current assignee: Preh GmbH
Priority date: 2006-03-29
Filing date: 2006-03-29
Publication date: 2007-10-11
Also published as: EP1999534B1; ATE498864T1; WO2007112830A1; EP1999534A1; DE502007006499D1

Abstract

Blockiereinrichtung zur zumindest teilweisen Blockierung einer Relativbewegung zwischen einem unbeweglichen (2) und einem beweglichen Teil (3) einer Vorrichtung (1), aufweisend mindestens einen Permanentmagneten (6), einen Elektromagneten (4) auf einem ferromagnetischen Kern (5), ein Rastprofil (14) im beweglichen Teil (3) und ein Blockierelement (7), das in Eingriff mit dem Rastprofil (14) bringbar ist, wobei der Permanentmagnet (6) beweglich in der Vorrichtung (1) angeordnet und zwischen zumindest zwei Endpositionen verfahrbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Blockiereinrichtung zur zumindest teilweisen Blockierung einer Relativbewegung zwischen einem unbeweglichen und einem beweglichen Teil einer Vorrichtung.
Aus der deutschen Patentanmeldung 10 2005 042 883.5 ist eine gattungsgemäße Blockiereinrichtung in einem Bedienelement bekannt, bei dem eine Kugel in Eingriff mit einem in dem beweglichen Teil des Bedienelements eingebrachten Rastprofil bringbar ist, um zumindest eine Bewegung des beweglichen Teils zu blockieren. Dabei wird die Kugel von einem Elektromagneten zwischen zwei Endpositionen verfahren. Der Elektromagnet ist auf einem der Schenkel eines U-förmigen Eisenkerns angeordnet. Ein Permanentmagnet liegt mit einem seiner Pole an der Verbindung zwischen den beiden Schenkeln an. Ist der Elektromagnet unbestromt, so bildet der Permanentmagnet im Eisenkern ein Magnetfeld aus, das in beiden Schenkeln des Eisenkerns identisch ist und die Kugel in ihrer aktuellen Position hält. Während der Elektromagnet bestromt ist ergibt sich im Eisenkern ein überlagertes Magnetfeld, durch das sich die Kugel aus ihrer aktuellen Position in die andere Endposition bewegt.
Die vorstehend beschriebene Blockiereinrichtung weist mehrere Nachteile auf. So muss der Permanentmagnet ein starkes Magnetfeld erzeugen, um die Kugel auch bei Erschütterungen in ihrer Position zu halten. Wird die Kugel dennoch durch Erschütterungen oder sonstige ungewollte Einflüsse aus ihrer Position gebracht, so besteht die Möglichkeit, dass die Kugel ungewollt in ihre andere Endlage gerät und dort gehalten wird.
Bei der aus dem Stand der Technik bekannten Blockiereinrichtung müssen die einzelnen Komponenten sehr präzise gefertigt und angeordnet werden. So müssen die Enden der Schenkel des Eisenkerns über ihre gesamte Stirnfläche einen gleichbleibenden Abstand zur Lauffläche der Kugel aufweisen. Dieser Abstand darf einen gewissen Maximalwert nicht überschreiten, da die auf die Kugel wirkende Magnetkraft sonst zu klein wäre. Außerdem muss der Abstand zwischen den Schenkeln des Eisenkerns geringfügig größer sein als der Abstand der beiden Endpositionen der Kugel, damit sich die Endpositionen der Kugel in einem ausreichend starken Bereich des Magnetfeldes befinden. Dies führt zu Einschränkungen bei der Gestaltung des Bedienelementes.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gattungsgemäße Blockiereinrichtung bereitzustellen, die die vorgenannten Nachteile nicht aufweist.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsformen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Eine Blockiereinrichtung zur zumindest teilweisen Blockierung einer Relativbewegung zwischen einem unbeweglichen und einem beweglichen Teil einer Vorrichtung weist gemäß Patentanspruch 1 mindestens einen Permanentmagneten, einen Elektromagneten auf einem ferromagnetischen Kern, ein Rastprofil im beweglichen Teil und ein Blockierelement, das in Eingriff mit dem Rastprofil bringbar ist, auf. Dabei ist der Permanentmagnet beweglich in der Vorrichtung angeordnet und zwischen zumindest zwei Endpositionen verfahrbar.
Der Permanentmagnet ist zwischen dem offenen Ende des ferromagnetischen Kerns und dem Blockierelement angeordnet. Bei dem Blockierelement handelt es sich beispielsweise um eine magnetisierbare Kugel. Prinzipiell kann das Blockierelement jede geeignete Form aufweisen. Das Blockierelement besteht aus einem magnetischen oder magnetisierbaren Material, damit durch ein Magnetfeld eine Kraft auf das Blockierelement ausgeübt wird. In jeder seiner Endpositionen befindet sich der Permanentmagnet im Bereich des Endes eines Schenkels des ferromagnetischen Kerns. Das Magnetfeld des Permanentmagneten erstreckt sich in die Schenkel des ferromagnetischen Kerns und hält den Permanentmagneten damit in seiner Position.
Ein Positionswechsel des Permanentmagneten wird dadurch erreicht, dass der Elektromagnet bestromt wird und sich infolgedessen ein Magnetfeld im ferromagnetischen Kern ausbildet. Die Stromrichtung durch den Elektromagneten und damit die Richtung des Magnetfeldes im ferromagnetischen Kern wird so gewählt, dass sich an dem Schenkel, in dessen Bereich sich der Permanentmagnet befindet, der Magnetpol ausbildet, der dem dem ferromagnetischen Kern zugewandten Pol des Permanentmagneten entspricht. Dies führt zu einer Abstoßung des Permanentmagneten aus seiner aktuellen Lage in die andere Endposition. Bevorzugt ist der bewegliche Permanentmagnet derart geführt, dass ein Umkippen des Permanentmagneten verhindert wird. Umkippen bedeutet in diesem Zusammenhang, dass sich der Permanentmagnet derart dreht, dass dem ferromagnetischen Kern der andere Magnetpol zugewandt ist.
Das Blockierelement, das sich im Bereich des Magnetfelds des Permanentmagneten befindet, folgt der Bewegung des Permanentmagneten und ist so beispielsweise ebenfalls zwischen zwei Endpositionen verfahrbar. In einer Endposition ist das Blockierelement im Eingriff mit dem Rastprofil im beweglichen Teil der Vorrichtung und blockiert so die Bewegung des beweglichen Teils zumindest in einer Richtung. In einer anderen Endposition ist das Blockierelement nicht im Eingriff mit dem Rastprofil. Durch die relative Nähe zwischen dem Blockierelement und dem Permanentmagneten führt bereits ein vergleichsweise schwacher Permanentmagnet zu einer starken Magnetkraft auf das Blockierelement und somit zu einer hohen Vibrationsfestigkeit.
Bevorzugt ist der ferromagnetische Kern, der beispielsweise aus Eisen besteht, im Wesentlichen U-förmig ausgebildet. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist aber auch jede andere, insbesondere asymmetrische Form des ferromagnetischen Kerns möglich, ohne die Blockierfunktionalität einzuschränken. Auch können die Abstände zwischen dem ferromagnetischen Kern und dem Permanentmagneten beziehungsweise dem Permanentmagneten und dem Blockierelement deutlich größer gewählt werden als bei dem aus dem Stand der Technik bekannten Bedienelement.
Der auf dem ferromagnetischen Kern angeordnete Elektromagnet und der bewegliche Permanentmagnet bilden ein mechanisches, bi-stabiles Flip-Flop, wobei das Blockierelement der Position des Permanentmagneten folgt.
Die erfindungsgemäße Verwendung eines beweglichen Permanentmagneten hat einen weiteren Vorteil, wenn das Blockierelement die Bewegung des beweglichen Teils der Vorrichtung blockiert. In diesem Fall ist das Blockierelement in der Rastkontur verklemmt und kann daher bei entsprechend großer Klemmkraft seine Position nicht verlassen. In einem Bedienelement aus dem Stand der Technik wird der Positionswechsel der Kugel durch eine kurze Bestromung des Elektromagneten erzielt. Ist die Kugel während der Bestromung eingeklemmt, so ändert sie ihre Position nicht. In einer erfindungsgemäßen Blockiereinrichtung ist der Permanentmagnet jedoch stets beweglich und ändert auch bei eingeklemmtem Blockierelement seine Position, wenn der Elektromagnet entsprechend bestromt wird. Das Blockierelement folgt der Bewegung des Permanentmagneten, sobald es nicht mehr eingeklemmt ist, auch wenn der Elektromagnet nicht mehr bestromt ist.
Die erfindungsgemäße Blockiereinrichtung ist beispielsweise als Aktuator in einem Bedienelement, insbesondere einem Drehsteller oder einem Joystick einsetzbar. Bei einer als Drehsteller ausgebildeten Vorrichtung wird mit der Blockiereinrichtung zum Beispiel eine Drehrichtung gesperrt oder bei einem Joystick eine Kipprichtung. Das Bedienelement mit einer erfindungsgemäßen Blockiereinrichtung ist insbesondere in einem Kraftfahrzeug einsetzbar.
Alternativ handelt es sich bei der Vorrichtung beispielsweise um eine Tür, insbesondere um eine Tür in einem Kraftfahrzeug. Mit der Blockiereinrichtung ist das Öffnen der Tür blockierbar und somit die Tür abschließbar, beispielsweise zur Zugangsbeschränkung oder als Kindersicherung. Weiterhin alternativ handelt es sich bei der Vorrichtung um ein Zündschloss. Mittels der Blockiereinrichtung ist der Zündschlüssel im Schloss arretierbar, sodass der Schlüssel beispielsweise während der Fahrt nicht abgezogen werden kann.
In noch weiteren Alternativen handelt es sich bei der Vorrichtung um eine Betätigungsvorrichtung, beispielsweise um eine Verstellvorrichtung für ein Lenkrad oder einen Sitz insbesondere in einem Kraftfahrzeug. Somit wird beispielsweise verhindert, dass das Lenkrad oder der Sitz während der Fahrt verstellt werden kann.
Die vorliegende Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Dabei zeigt
1 einen Schnitt durch ein Bedienelement mit einer erfindungsgemäßen Blockiereinrichtung,
2 einen Schnitt durch das Bedienelement aus 1 entlang der Schnittlinie A-A,
3 einen Teil des Bedienelements aus 1 im Schnitt entlang der Linie B-B und
4 den Schnitt aus 3 mit umgekehrter Bestromung des Elektromagneten.
1 zeigt eine Schnittdarstellung einer Vorrichtung in Form eines als Drehsteller 1 ausgebildeten Bedienelementes mit einem unbeweglichen Teil 2, einem zumindest teilweise blockierbaren beweglichen Teil 3 und zwei erfindungsgemäßen Blockiereinrichtungen. In den unbeweglichen Teil 2 sind Taschen 8 und 13 eingebracht, in denen Kugeln 7 beziehungsweise 12 frei beweglich gelagert sind. Angrenzend an die Taschen 8 und 13 sind Führungselemente 15 beziehungsweise 16 angeordnet, die die translatorisch beweglichen Permanentmagnete 6 beziehungsweise 11 aufnehmen. An die Führungselemente 15 und 16 grenzen U-förmige Eisenkerne 5 beziehungsweise 10, die jeweils einen Elektromagneten 4 beziehungsweise 9 tragen. Die Permanentmagnete 6 und 11 sind im vorliegenden Beispiel in die Papierebene hinein und aus der Papierebene heraus beweglich. Die Südpole der Permanentmagnete 6 und 11 sind punktiert dargestellt, die Nordpole schraffiert.
2 zeigt einen Teil eines Schnitts durch den Drehsteller 1 aus 1 entlang der Linie A-A. In der dargestellten oberen Position der Kugel 7 in der Tasche 8 ist die Kugel 7 in Eingriff mit einem Rastprofil 14 des beweglichen Teils 3. Eine Bewegung des beweglichen Teils 3 nach rechts wird durch die Kugel 7 blockiert. Bei einer Bewegung des beweglichen Teils 3 nach links wird die Kugel 7 nach links gedrückt und blockiert die Bewegung nicht. In einer zweiten, gestrichelt dargestellten Endposition befindet sich die Kugel 7 in der linken unteren Ecke der Tasche 8 und somit nicht im Eingriff mit dem Rastprofil 14. Der Permanentmagnet 6 ist in seiner oberen Position dargestellt.
3 zeigt eine Schnittdarstellung eines Teils des Drehstellers 1 aus 1 entlang der Linie B-B. Der Elektromagnet 4 ist so bestromt, das sich am Ende des oberen Schenkels des Eisenkerns 5 ein schraffiert dargestellter magnetischer Nordpol und am Ende des unteren Schenkels des Eisenkerns 5 ein punktiert dargestellter magnetischer Südpol ausbildet. Der Permanentmagnet 6 liegt mit seinem dem Eisenkern 5 zugewandten Südpol an einer Lauffläche 17 des Führungselements 15 auf. Durch die magnetische Anziehung zwischen dem Nordpol im oberen Schenkel des Eisenkerns 5 und dem Südpol des Permanent-magneten 6 wird der Permanentmagnet 6 in seine in 3 dargestellte Position gebracht beziehungsweise dort gehalten. Der Permanentmagnet 6 bleibt auch nach dem Abschalten des Elektromagneten 4 in dieser Position. Die magnetisierbare Kugel 7, die beispielsweise aus Stahl besteht, wird vom Permanentmagneten 6 angezogen und in ihrer in 3 dargestellten Position gehalten. Dort steht die Kugel 7, wie anhand von 2 erläutert, im Eingriff mit dem Rastprofil 14 des beweglichen Teils 3 und behindert somit die Drehung des beweglichen Teils 3 in eine Richtung.
4 zeigt im Wesentlichen die Darstellung aus 3, wobei der Elektromagnet 4 diesmal derart bestromt ist, dass sich am Ende des oberen Schenkels des Eisenkerns 5 ein magnetischer Südpol und am Ende des unteren Schenkels des Eisenkerns 5 ein magnetischer Nordpol ausbildet. Durch die magnetische Kraft zwischen dem Eisenkern 5 und dem Permanentmagneten 6 bewegt sich der Permanentmagnet 6 von seiner in 3 dargestellten oberen Endposition in die in 4 dargestellte untere Endposition. Aufgrund der magnetischen Anziehung zwischen der Kugel 7 und dem Permanentmagneten 6 folgt die Kugel 7 der Bewegung des Permanentmagneten 6 in die in 4 dargestellte untere Endposition innerhalb der Tasche 8, die in 2 gestrichelt dargestellt ist. In dieser Position ist die Kugel 7 nicht im Eingriff mit dem Rastprofil 14.
Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel ist rein exemplarisch und insofern nicht beschränkend. So ist die Blockiereinrichtung bestehend aus dem Elektromagneten, dem ferromagnetischen Kern, dem Rastprofil im beweglichen Teil, dem Blockierelement und dem beweglichen Permanentmagneten nicht nur in einem Drehsteller, sondern beispielsweise auch in einem Wippschalter, einem Joystick, einer Tür, einem Zündschloss, einer Betätigungsvorrichtung oder einer sonstiger Vorrichtung verwendbar. Anstatt der in 1 dargestellten zwei Blockiereinrichtungen, die jeweils eine Drehrichtung blockieren, ist eine einzelne Blockiereinrichtung möglich, die beide Drehrichtungen blockiert. Dazu rollt die Kugel nicht, wie in 2 dargestellt, auf einer schrägen Ebene der Tasche, sondern geradlinig hoch beziehungsweise herunter. Selbstverständlich kann auch der Nordpol des Permanentmagneten dem Eisenkern zugewandt sein, wobei der Elektromagnet entsprechend entgegengesetzt zu bestromen ist.

Claims

Blockiereinrichtung zur zumindest teilweisen Blockierung einer Relativbewegung zwischen einem unbeweglichen (2) und einem beweglichen Teil (3) einer Vorrichtung (1), aufweisend mindestens einen Permanentmagneten (6), einen Elektromagneten (4) auf einem ferromagnetischen Kern (5), ein Rastprofil (14) im beweglichen Teil (3) und ein Blockierelement (7), das in Eingriff mit dem Rastprofil (14) bringbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (6) beweglich in der Vorrichtung (1) angeordnet und zwischen zumindest zwei Endpositionen verfahrbar ist.
Blockiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der ferromagnetische Kern (5) im Wesentlichen U-förmig ausgebildet ist.
Blockiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Blockierelement (7) um eine Kugel handelt.
Blockiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Vorrichtung (1) um ein Bedienelement handelt.
Blockiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Vorrichtung um eine Tür handelt.
Blockiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Vorrichtung um ein Zündschloss handelt.