DE102008002670A1

DE102008002670A1 - Verriegelungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102008002670A1
Application number: DE200810002670
Authority: DE
Inventors: Arthur Rupp; Jürgen HÖRSCH; Gerd Reimann; Achim Domhan
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Priority date: 2008-06-26
Filing date: 2008-06-26
Publication date: 2009-12-31

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verriegelungsvorrichtung (1) für eine Welle (2) eines Lenksystems eines Fahrzeugs, mit einem elektromagnetischen Hubmagneten (3), welcher ein Sperrelement (4) in der Weise beaufschlagt, dass die Welle (2) formschlüssig lösbar an einem fahrzeugfesten Bauteil (5) festlegbar ist, und mit einem Energiespeicher (6) zur automatischen Verriegelung der Welle (2) bei einer Fehlfunktion in dem Lenksystem. Um eine kostengünstige und mit geringem Energieaufwand betreibbare Verriegelungsvorrichtung zu schaffen, ist vorgesehen, dass der Energiespeicher (6) zumindest teilweise aus einem Permanentmagnet (7) gebildet ist, dessen Magnetfeld bei Bestromung des elektromagnetischen Hubmagneten (3) zumindest teilweise aufgehoben wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verriegelungsvorrichtung für eine Welle eines Lenksystems mit einem elektromagnetischen Hubmagneten nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die DE 103 23 042 A1 beschreibt ein Lenksystem für ein Fahrzeug, welches eine elektromagnetische Verriegelungsvorrichtung mit einem Hubmagneten aufweist, der bei einem Fehler- oder Mißbrauchsfall ein Sperrelement beaufschlagt und zu einer kraftschlüssigen und formschlüssigen Verriegelung oder Entriegelung der Welle eines Überlagerungsgetriebes führt. Ein Energiespeicher in Form einer Schraubenfeder sorgt für einen verriegelten Zustand der Verriegelungsvorrichtung.
Der Hubmagnet bringt im bestromten Zustand das Sperrelement entgegen der Federkraft der Schraubenfeder in eine Entriegelungsposition.
Nachteilig an solch einer Verriegelungsvorrichtung ist, dass ein ständiges Bestromen der Spule des Hubmagneten erforderlich ist um eine Entriegelungsposition einzunehmen. Um die Energie und Wärme gering zu halten, ist ein geringer magnetischer Widerstand zwischen Kolben und Anker erforderlich. Dies bedingt einen Nullspalt zwischen Anker und Kolben des Hubmagneten und metallische Anschlagflächen. Ein hoher Haltestrom und/oder eine große Spule für den Hubmagneten resultieren daraus.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrund, eine kostengünstige und mit geringen Energieaufwand betreibbare Verriegelungsvorrichtung zu schaffen.
Die Aufgabe wird mit einer Verriegelungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Dadurch dass die Verriegelungsvorrichtung einen Permanentmagneten vorsieht, der das Sperrelement der Verriegelungsvorrichtung im unbestromten Zustand des Hubmagneten in eine Verriegelungsposition bringt und dessen Magnetfeld bei Bestromung des elektromagnetischen Hubmagneten zumindest teilweise aufgehoben wird, ist der Energieaufwand beim Betrieb der Verriegelungsvorrichtung verringert und der Bauaufwand verringert.
Bevorzugte Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Ein Gehäuse der Verriegelungsvorrichtung leitet den magnetischen Fluß des Permanentmagneten und des elektromagnetischen Hubmagneten in einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel.
Eine Feder in der Verriegelungsvorrichtung kann dafür sorgen, dass der elektromagnetische Hubmagnet bei seinem Entriegelungshub unterstützt wird. Dabei ist die Axialkraft der Feder kleiner als die Axialkraft des Permanentmagneten, sodaß in unbestromtem Zustand des elektromagnetischen Hubmagneten durch den Permanentmagneten eine Verriegelung des Sperrelements mit der Welle und einem fahrzeugfesten Bauteil erfolgen kann.
Eine besonders bevorzugte Variante der Erfindung sieht ein Verhältnis des mittleren Windungsdurchmessers der Feder zu dem Durchmesser des Sperrelements von etwa 1 bis 1,5 vor.
Das Sperrelement und der Kolben sind bevorzugt in einer Vormontagebaugruppe fertig vormontiert. Eine kostengünstige Darstellung der Verriegelungsvorrichtung lässt sich dadurch erzielen, dass das Sperrelement und der Kolben in bevorzugt einem einzigen Gehäuseteil eines Gehäuses für die Verriegelungsvorrichtung mit einem Gleitlagersitz gelagert sind. Es kann auch zweckmäßig sein, den vorzugsweise gehäusefesten Permanentmagneten als Gleitlager für den Kolben zu wählen. Der Hubweg des Sperrelements steht bevorzugt zu seinem Durchmesser im Verhältnis von etwa 0 bis 3. Das Sperrelement kann in einer Sackbohrung in dem Kolben angeordnet sein oder den Kolben ganz durchragen, wobei das Sperrelement auf geeignete Weise kraftschlüssig oder stoffschlüssig oder formschlüssig an dem Kolben festgelegt sein kann. Es kann auch zweckmäßig sein, den Kolben und das Sperrelement einstückig zu bilden.
Die Verriegelungsvorrichtung ist bevorzugt gegen Eindringen von Wasser, wie Spritzwasser in einem Motorraum eines Fahrzeugs geschützt.
Die Erfindung wird nun näher anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben und anhand der beiliegenden Zeichnung wiedergegeben.
In der Zeichnung zeigt:
1 einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Verriegelungsvorrichtung.
In 1 ist in einem schematischen Längsschnitt eine Verriegelungsvorrichtung 1 für eine Welle 2 einer als Active-Steering ausgebildeten Servolenkung für einen Personenkraftwagen gezeigt. Die Servolenkung kann als elektrische oder hydraulische Hilfskraftlenkung ausgebildet sein. Die Verriegelungsvorrichtung 1 dient in einer elektrischen Überlagerungslenkung beispielsweise dazu, zu verhindern, dass bei einer Fehlfunktion oder einem Ausfall eines einen Überlagerungswinkel bereitstellenden Servomotors seine Welle dreht und somit eine Übertragung eines Drehwinkels von einer Lenkhandhabe auf eine Getriebeausgangswelle eines Überlagerungsgetriebes gänzlich unmöglich gemacht wird und das Fahrzeug nicht mehr steuerbar ist. Diese Welle kann mit Hilfe eines bolzenartigen Sperrelements 4 der Verriegelungsvorrichtung 1 an einem fahrzeugfesten Bauteil 5 festgelegt werden, an dem sich die Verriegelungsvorrichtung 1 abstützt.
Die Verriegelungsvorrichtung 1 weist einen elektromagnetischen Hubmagneten 3 mit einer Spule 10 auf, wobei die Spule 10 in bestromtem Zustand des als rotationssymmetrischen Bolzen gebildeten Sperrelement 4 entriegelt. Ein als Feder 9 gebildeter Energiespeicher 6 wirkt im Sinne einer Entriegelung des Sperrelements 4, dessen Axialkraft F_F ist aber geringer als die Axialkraft F_P eines Permanentmagneten 7, der im Sinne einer Verriegelung des Sperrelements 4 wirkt. Der Permanentmagnet 7, die Spule 10 und die Feder 9 wirken auf einen Kolben 11, in den teilweise das Sperrelement 4 greift. Die entriegelte Position des Sperrelements 4 ist mit „E” gekennzeichnet. Die verriegelte Position des Sperrelements 4 ist mit „V” gekennzeichnet. Das Magnetfeld der Spule 10 im bestromten Zustand ist so gerichtet, dass es das Magnetfeld des Permanentmagneten 7 schwächt, wodurch im entriegelten Zustand des Sperrelements 4 ein geringer Haltestrom für die Spule resultiert.
Der Permanentmagnet 7 ist in der Lage im unbestromten Zustand der Spule 10 das Sperrelement 4 in eine verriegelte Position entgegen der Kraft der Feder 9 zu bringen. Seine Magnetkraft steigt mit Einnahme der Verriegelungsposition „V” und sinkt mit Einnahme der Entriegelungsposition „E”.
Der Windungsdurchmesser D_n der Feder 9 ergibt in dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel zu dem Durchmesser D_S des Sperrelements 4 ein Verhältnis von 1,5.
Der Permanentmagnet 7 dient als Axialanschlag für den Kolben 11 und die Spule 10.
Ein Gehäuse 8 mit einem Befestigungsflansch 14 für die Anbringung der Verriegelungsvorrichtung 1 an einem Überlagerungsgetriebe weist einen sperrelementseitigen Gehäuseteil 13 auf, der mit einer Dichtung 15 als Gleitlager 12 für das Sperrelement 4 und den Kolben 8 dient. Weitere Dichtungen 16, 16' an axialen Stirnflächen der Spule 10 dienen zur Abdichtung der Verriegelungsvorrichtung 1 gegen Eindringen von Spritzwasser.

1: Verriegelungsvorrichtung
2: Welle
3: Hubmagnet, elektromagnetisch
4: Sperrelement
5: Bauteil, fahrzeugfest
6: Energiespeicher
7: Permanentmagnet
8: Gehäuse
9: Feder
10: Spule
11: Kolben
12: Gleitlager
13: Gehäuseteil
14: Befestigungsflansch
15: Dichtung
16, 16': Dichtung
F_S: Axialkraft, Spule
F_F: Axialkraft, Feder
F_P: Axialkraft, Permanentmagnet
D_n: Windungsdurchmesser
D_S: Durchmesser, Sperrelement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10323042 A1 [0002]

Claims

Verriegelungsvorrichtung für eine Welle (2) eines Lenksystems eines Fahrzeugs, mit einem elektromagnetischen Hubmagneten (3) welcher ein Sperrelement (4) in der Weise beaufschlagt, dass die Welle (2) formschlüssig lösbar an einem fahrzeugfesten Bauteil (5) festlegbar ist und mit einem Energiespeicher (6), dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (6) zumindest teilweise aus einem Permanentmagnet (7) gebildet ist dessen Magnetfeld bei Bestromung des elektromagnetischen Hubmagneten (3) zumindest teilweise aufgehoben wird.
Verriegelungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gehäuse (8) der Verriegelungsvorrichtung (1) den magnetischen Fluß von Permanentmagnet (7) und elektromagnetischem Hubmagneten (3) leitet.
Verriegelungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verriegelungsvorrichtung (1) eine Feder (9) angeordnet ist, deren Axialkraft (F_F) in gleicher Richtung wie die Axialkraft (F_S) einer Spule (10) des elektromagnetischen Hubmagneten (3) wirkt.
Verriegelungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Federkraft (F_F) der Feder (9) kleiner als die Axialkraft (F_P) des Permanentmagneten (7) ist.
Verriegelungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis des mittleren Windungsdurchmessers (D_n) der Feder (9) zu dem Durchmessers (D_S) des Sperrelements (4) von D_n/D_S von etwa 1 bis 1,5 gewählt ist.
Verriegelungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (7) und der elektromagnetische Hubmagnet (3) auf einen mit dem Sperrelement (4) wirkverbundenen Kolben (11) wirken und das Sperrelement (4) und der Kolben (11) als Vormontagebaugruppe fest verbunden sind.
Verriegelungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrelement (4) und der Kolben (11) gleitgelagert sind.
Verriegelungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gleitlager (12) für das Sperrelement (4) und den Kolben (11) in einem Gehäuseteil (13) des Gehäuses (8) für die Verriegelungsvorrichtung (1) angeordnet sind.
Verriegelungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (7) als Gleitlager für den Kolben (11) gebildet ist.
Verriegelungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verriegelungsvorrichtung (1) gegen Eindringen von Wasser abgedichtet ist.