DE102008008416A1

DE102008008416A1 - Magnetisches Verriegelungssystem

Info

Publication number: DE102008008416A1
Application number: DE200810008416
Authority: DE
Inventors: Borgar Dipl.-Ing. Pfeiffer; Thomas Kemkowski; Jens Dipl.-Phys. Dr. Storjohann; Manfred Dipl.-Ing. Rufer
Original assignee: Kuhnke Automation GmbH and Co KG
Current assignee: Kuhnke Automation GmbH and Co KG
Priority date: 2008-02-09
Filing date: 2008-02-09
Publication date: 2009-09-24
Anticipated expiration: 2028-02-10
Also published as: DE102008008416B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein magnetisches Verriegelungssystem mit einem Haltestift und zumindest einem Verriegelungselement, wobei der Haltestift zumindest ein Eingriffselement aufweist und das Verriegelungselement in einer Verriegelungsposition mit dem Eingriffselement formschlüssig in Eingriff ist, zumindest einem Sicherungsmittel, welches mittels einer permanentmagnetischen Haltekraft das Verriegelungselement in der Verriegelungsposition hält, sowie zumindest einer Spule, welche bei Bestromung eine der Haltekraft entgegengesetzt wirkende elektromagnetische Kraft erzeugt.

Description

Die Erfindung betrifft ein magnetisches Verriegelungssystem, insbesondere ein magnetisches Verriegelungssystem zur Verwendung mit Sicherheitseinrichtungen in Fahrzeugen wie Automobilen.
Verriegelungssysteme können vielfältig Verwendung finden, überall dort, wo Maschinen oder Anlageteile in einer bestimmen Position verriegelt werden sollen. Beispielsweise sind in Kraftfahrzeugen verschiedene Sicherheitseinrichtungen, wie beispielsweise Gurtstraffer, aktive Kopfstützen, Überrollbügel etc. bekannt, welche gegen eine Federvorspannung in einer Ruheposition gehalten werden müssen. Hierzu ist ein Verriegelungssystem vorgesehen. Im Falle eines Unfalls wird die Verriegelung gelöst und die jeweiligen Sicherheitseinrichtungen werden durch die vorgespannten Federn in eine Schutzposition bewegt, in welcher Sie einen Fahrzeuginsassen im Falle eines Unfalls schützen können. Derartige Verriegelungssysteme müssen in der Lage sein, sehr große Vorspannkräfte halten zu können. Bislang sind hier überwiegend Verriegelungssysteme eingesetzt worden, welche pyrotechnisch gelöst werden. Ein Nachteil derartiger Systeme ist, dass sie nicht reversibel sind und nach dem Auslösen vollständig ersetzt werden müssen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verriegelungssystem zu schaffen, welches reversibel gelöst und wieder verriegelt werden kann und darüber hinaus in der Lage ist, sehr große Haltekräfte aufzubringen.
Diese Aufgabe wird durch ein magnetisches Verriegelungssystem mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
Das erfindungsgemäße Verriegelungssystem funktioniert magnetisch. Dieses magnetische Verriegelungssystem weist zumindest einen Haltestift und zumindest ein Verriegelungselement auf. Der Haltestift ist dabei das Bauteil, welches mit externen Elementen verbunden wird, um diese in einer vorbestimmten Position halten zu können. Der Haltestift weist dabei zumindest ein Eingriffselement auf, mit welchen das Verriegelungselement formschlüssig in Eingriff treten kann, wenn der Haltestift sich in einer Position befindet, in welcher er gehalten bzw. verriegelt werden soll. In dieser Position kann sich das Verriegelungselement in eine Verriegelungsposition bewegen und blockiert die Bewegung des Haltestiftes. Der Haltestift ist vorzugsweise entlang seiner Längsachse bewegbar, wobei er durch das Verriegelungselement, wenn dieses mit dem Eingriffselement in Eingriff ist, an einer Bewegung in zumindest einer Längsrichtung gehindert wird, d. h. gehalten wird. Dabei kann eine Bewegung in die entgegengesetzte Richtung weiter möglich sein. Es ist jedoch möglich, Verriegelungselement und Eingriffselement so auszugestalten, dass eine Bewegung des Haltestiftes in beiden Bewegungsrichtungen, d. h. vorzugsweise beiden Axialrichtungen verhindert wird. Auch kann in einer Axialrichtung ein fester Anschlag die Bewegung des Haltestiftes begrenzen.
Um das Verriegelungselement in der Verriegelungsposition sicher zu halten, ist erfindungsgemäß zumindest ein Sicherungsmittel vorgesehen. Das zumindest eine Sicherungsmittel ist in der Lage, das Verriegelungselement an einer Bewegung aus der Verriegelungsposition heraus in eine gelöste Position zu verhindern. Dies geschieht vorzugsweise dadurch, dass das oder die Sicherungsmittel die Bewegung des Verriege lungselementes mechanisch blockieren. Hierzu wird eine Haltekraft verwendet. Dabei kann die Haltekraft entweder direkt auf das Verriegelungselement oder aber auf ein Sicherungselement, welches Teil der Sicherungsmittel ist, wirken. Im letzten Fall würde das Sicherungselement durch die Haltekraft in einer Position gehalten, in welcher es eine Bewegung des Verriegelungselementes blockiert. Erfindungsgemäß ist ferner zumindest eine elektrische Spule vorgesehen, welche bei Bestromung eine elektromagnetische Kraft erzeugt. Dabei ist die Spule so angeordnet, dass sie bei Bestromung eine elektromagnetische Kraft erzeugt, welcher der Haltekraft entgegengesetzt wirkt. Dadurch kann die Haltekraft aufgehoben oder zumindest soweit verringert werden, dass das Verriegelungselement freigegeben werden kann und sich aus der Verriegelungsposition herausbewegen und von dem Eingriffselement außer Eingriff treten kann. Dabei kann entweder das Verriegelungselement dadurch freigegeben werden, dass eine direkt auf das Verriegelungselement wirkende Haltekraft aufgehoben oder verringert wird, oder aber dadurch, dass die auf ein Sicherungselement wirkende Haltkraft verringert oder aufgehoben wird, sodass das Sicherungselement in eine gelöste Position bewegt werden kann, in welcher das Verriegelungselement in seiner Bewegung freigegeben wird, sodass es sich in eine gelöste Position außer Eingriff von den Eingriffselementen bewegen kann.
Wenn das Verriegelungselement aus der Verriegelungsposition bewegt ist, wird so der Haltestift freigegeben und kann seinerseits bewegt werden, sodass er externe Bauelemente oder Vorrichtungen in ihrer Bewegung freigeben kann. So kann beispielsweise durch Bewegung des Haltestiftes die Bewegung eines vorgespannten Bauteils, wie einer vorgespannten Kopfstütze in einem Kraftfahrzeug freigegeben werden, um diese in einer veränderte Position zu bewegen.
Vorzugsweise ist zumindest ein Federelement und/oder zumindest ein Permanentmagnet vorgesehen, welche die Haltekraft erzeugen. Durch solche Elemente kann eine dauerhafte Haltekraft ohne externe Energiezufuhr erreicht werden. Die Haltekraft wird vorzugsweise so groß gewählt, dass auch bei Erschütterungen oder Vibrationen ein Lösen des Verriegelungselementes, d. h. eine Bewegung des Verriegelungselementes aus der Verriegelungsposition verhindert werden kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das zumindest eine Sicherungsmittel zumindest ein zwischen einer Verriegelungsposition und einer gelösten Position bewegbares Sicherungselement auf, welches durch die Haltekraft gegen eine Vorspannkraft in der Verriegelungsposition gehalten wird, in welcher es das Verriegelungselement in Eingriff mit dem Eingriffselement hält. Die Vorspannkraft bewirkt, dass dann, wenn die Haltekraft durch die elektromagnetische Kraft der Spule aufgehoben wird, das Sicherungselement selbsttätig in eine Position bewegt wird, in welcher das Verriegelungselement freigegeben wird, sodass es außer Eingriff von dem Eingriffselement treten kann.
Bevorzugt ist ein Federelement vorgesehen, welches die Vorspannkraft erzeugt. Alternativ ist es denkbar, die Vorspannkraft magnetisch, beispielsweise durch einen Permanentmagneten zu erzeugen.
Der Haltestift weist vorzugsweise zumindest eine Schulter auf, welche von dem zumindest einem Verriegelungselement in der Verriegelungsposition hintergriffen wird. Die Schulter kann durch eine Auskragung und/oder eine Vertiefung an der Oberfläche des Haltestiftes gebildet sein. Dabei ist die Schulter so gerichtet, dass das Verriegelungselement in der zu blockierenden Bewegungsrichtung des Haltestiftes vor der Schulter zu liegen kommt.
Weiter bevorzugt weist der Haltestift zumindest eine, vorzugsweise kugelförmige Querschnittserweiterung auf, welche in der Verriegelungsposition von dem zumindest einen Verriegelungselement hintergriffen wird. Diese Querschnittserweiterung bildet somit die Schulter, welche an dem Verriegelungselement in der Verriegelungsposition zur Anlage kommt. Die Querschnittserweiterung kann vorzugsweise an einem Längsende des Haltestiftes ausgebildet sein. Beispielsweise kann das Längsende in einem Kugelkopf enden, welcher einen größeren Durchmesser als der sich daran anschließende Teil des Haltestiftes aufweist. Die kugelförmige Form hat den Vorteil, dass durch die Bewegung des Haltestiftes das Verriegelungselement leicht in die gelöste Position geschoben werden kann, wenn es nicht durch die Sicherungsmittel in der Verriegelungsposition gehalten wird.
Bevorzugt ist das Verriegelungselement eine Verriegelungsrolle oder Verriegelungskugel. Diese Form ermöglicht ebenfalls eine leichte Bewegbarkeit in und aus der Verriegelungsposition, vorzugsweise durch das Eingriffselement an dem Haltestift.
Ferner ist es bevorzugt, dass das Verriegelungssystem ein Aufnahmeelement aufweist, in dem eine erste Ausnehmung ausgebildet ist, in welcher der Haltestift in Richtung seiner Längsachse in der Verriegelungsposition eingreift. Ferner ist bevorzugt eine zweite Ausnehmung in dem Aufnahmeelement ausgebildet, welche sich quer zu der ersten Ausnehmung erstreckt, wobei das zumindest eine Verriegelungselement in einer Richtung quer zur Längsachse des Haltestiftes in der zweiten Ausnehmung derart beweglich geführt ist, dass es in und außer Eingriff mit dem Eingriffselement des Haltestiftes bewegbar ist. Vorzugsweise erstrecken sich die beiden Ausnehmungen normal zueinander, sodass die Bewegungsrichtung des Verriegelungselementes normal zur Längsachse des Haltestiftes ist. So kann das Verriegelungselement in eine Verriegelungsposition bewegt werden, an welcher es an einer Schulter oder einem Vorsprung, welcher das Eingriffselement bildet, zur Anlage kommt und so die Bewegung des Haltestiftes in dessen Längsrichtung blockiert. Wenn das Verriegelungselement in der gelösten Position ist, kann der Haltestift vorzugsweise vollständig aus der ersten Ausnehmung herausbewegt werden.
Weiter bevorzugt weist das Eingriffselement eine zur Längsachse des Haltestiftes geneigte Anlagefläche auf, an welcher das Verriegelungselement zur Anlage kommt, wobei das Verriegelungselement durch die lineare Bewegung des Haltestiftes in der zweiten Ausnehmung derart bewegbar ist, dass es von dem Eingriffsmittel außer Eingriff kommt. Die geneigte Anlagefläche bewirkt, dass bei Bewegung der Anlagefläche gemeinsam mit dem Haltestift eine Druckkraft auf das Verriegelungselement in dessen Bewegungsrichtung ausgeübt wird. Die Bewegungsrichtung des Verriegelungselementes ist dabei quer zur Bewegungsrichtung bzw. Längsachse des Haltestiftes, vorzugsweise normal zu dieser gerichtet. Durch diese Ausgestaltung wird erreicht, dass dann, wenn das Sicherungsmittel das Verriegelungselement freigibt, das Verriegelungselement durch den Haltestift selbst in die gelöste Position bewegt werden kann.
Vorzugsweise wird das zumindest eine Verriegelungselement durch ein hülsenförmiges, bewegbares Sicherungselement, an dessen Innenumfang das Verriegelungselement zumindest in der Verriegelungsposition zur Anlage kommt, mit dem Eingriffselement an dem Haltestift in ein Eingriff gehalten. Das hülsenförmige Sicherungselement umgibt dabei die Anordnung von Haltestift und Verriegelungselement umfänglich, wobei der Radius des Innenumfanges des Sicherungselementes so gewählt ist, dass das Verriegelungselement sich nicht radial nach außen in eine gelöste Position bewegen kann. Das Sicherungselement kann am Innenumfang eine Durchmessererweiterung aufweisen, welche so gelegen ist, dass bei Bewegung des Sicherungselemente die Durchmes sererweiterung in eine Position bewegt wird, in der dann das Verriegelungselement freigegeben wird, indem es sich um ein bestimmtes Maß in radialer Richtung im Inneren des Sicherungselementes bewegen kann. Alternativ ist es möglich das Sicherungselement so weit zu bewegen, dass keine Überdeckung des Verriegelungselementes mehr gegeben ist und das Verriegelungselement sich so außer Eingriff von dem Eingriffselement bewegen kann.
Zum Erzeugen einer Vorspannkraft liegt an dem Sicherungselement vorzugsweise eine Druckfeder mit Ihrem ersten Axialende an, während sich das entgegengesetzte zweite Axialende der Druckfeder an einer festen Anlagefläche abstützt. Die Vorspannkraft ist dabei gegen eine auf das Sicherungselement wirkende Haltekraft gerichtet. Wenn die Haltekraft durch Bestromen der Spulen aufgehoben wird, kann so die Vorspannkraft durch Expansion der Druckfeder das Sicherungselement bewegen, sodass es in eine gelöste Position bewegt wird, in welcher das Verriegelungselement freigegeben wird und von dem Eingriffselement an dem Haltestift außer Eingriff treten kann.
Das Sicherungselement ist vorzugsweise mit einem Magnetanker verbunden, welcher durch zumindest einen Permanentmagneten in der Verriegelungsposition gehalten wird. Der Permanentmagnet erzeugt dabei eine permanentmagnetische Haltekraft.
Weiter bevorzugt sind ein Permanentmagnet zum Erzeugen der Haltekraft und die Spule derart angeordnet, dass sie auf ein gemeinsames Jochelement wirken, d. h. sowohl der Permanentmagnet als auch die Spule erzeugen in dem gemeinsamen Jochelement einem magnetischen Fluss. Dabei ist der magnetische Fluss, welcher von der Spule zum Lösen des Verriegelungssystems erzeugt wird, zu dem magnetischen Fluss, welcher von dem Permanentmagnet erzeugt wird, entgegengesetzt gerichtet. So kann die Haltekraft von der magnetischen Kraft, wel che durch die Spule erzeugt wird, in der Weise aufgehoben werden, dass sich die magnetischen Flüsse in dem gemeinsamen Jochelement aufheben.
Der oben beschriebene Magnetanker wird vorzugsweise durch die von dem Permanentmagneten erzeugte Haltekraft in der Verriegelungsposition an dem Jochelement gehalten. Dabei liegt der Magnetanker vorzugsweise direkt an dem Jochelement an. Wenn durch Bestromen der Spule in dem Jochelement ein Magnetfeld erzeugt wird, welches dem Magnetfeld des Permanentmagneten entgegengerichtet ist, wird die Haltekraft aufgehoben oder verringert, sodass der Magnetanker von dem Jochelement wegbewegt werden kann und so das Verriegelungselement freigegeben wird.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beigefügten Figur beispielhaft beschrieben. In dieser ist eine Schnittansicht eines Verriegelungssystems gemäß der Erfindung gezeigt.
Das gezeigte Verriegelungssystem besteht aus einer Haltevorrichtung 2 und einem Haltestift 4, welcher in der Haltervorrichtung 2 gehalten bzw. verriegelt werden kann. Dazu weist der Haltestift 4 an seinem ersten Axialende in Richtung der Längsachse X eine Querschnittserweiterung in Form eines Kugelkopfes 6 auf. Das entgegengesetzte Axialende 8 des Haltestiftes 4 wird mit einem externen Bauteil bzw. Vorrichtung, in welcher ein Element lösbar gehalten werden muss, verbunden. Dazu kann das Axialende 8 in beliebiger geeigneter Weise ausgestaltet sein. Auch kann der Haltestift 4 deutlich länger als in der gezeigten Ausführungsform ausgebildet sein. Erfindungsgemäß kommt es auf die Ausgestaltung des entgegengesetzten Axialendes an, an welchem im gezeigten Beispiel der Kugelkopf 6 angeordnet ist. Der Kugelkopf 6 bildet an seiner dem Axialende 8 zugewandten Seite des Haltestiftes 4 eine Schulter bzw. Anlagefläche, welcher mit Verriegelungselementen in Form von Verriegelungskugeln 10 in Eingriff bzw. zur Anlage kommt. In der Abbildung ist eine Verriegelungskugel 10 zu erkennen, es ist jedoch zu verstehen, dass mehrere Verriegelungskugeln 10 vorzugsweise gleichmäßig über den Umfang des im Querschnitt runden Haltestiftes 4 verteilt angeordnet sind.
Der Haltestift 4 greift in seiner gezeigten Verriegelungsposition, d. h. der Position, in welche er in der Haltevorrichtung 2 fixiert bzw. gehalten ist, mit seinem Kugelkopf 6 in eine Ausnehmung 12 in einem Aufnahmeelement 14 ein. Das Aufnahmeelement 14 ist zylindrisch ausgebildet und auch die Ausnehmung 12 ist als zylindrisches Sackloch konzentrisch zur Längsachse X ausgebildet, Dabei weist die Ausnehmung 12 einen Innendurchmesser auf, welcher im Wesentlichen dem Außendurchmesser des Kugelkopfes 6 entspricht bzw. geringfügig größer ist. Die Ausnehmung 12 ist zum ersten Axialende 16 des Aufnahmeelementes 14 hin geöffnet. In der Nähe des ersten Axialendes 16 weist das Aufnahmeelement 14 Durchgangslöcher 18 auf, in denen die Verriegelungskugeln 10 angeordnet sind. Die im Querschnitt kreisförmigen Durchgangslöcher 18 erstrecken sich in radialer Richtung normal zur Längsachse X. Der Durchmesser der Durchgangslöcher 18 entspricht im Wesentlichen dem Außendurchmesser der Verriegelungskugeln 10 bzw. ist geringfügig größer. Die die Ausnehmung 12 umgebende Wandstärke des Aufnahmeelementes 14, welche die Länge der Durchgangslöcher 18 definiert, und der Durchmesser der Verriegelungskugeln 10 sind so aufeinander abgestimmt, dass der Durchmesser der Verriegelungskugeln 10 größer als diese Wandstärke in radialer Richtung ist. Hierdurch wird erreicht, dass die Verriegelungskugeln 10 sowohl radial nach innen als radial nach außen über die Enden der Durchgangslöcher 18 vorstehen. Zum Erreichen einer sicheren Verriegelung ist es dabei ausreichend, dass die Kugeln 10 in der Verriegelungsposition radial nach innen vorstehen. Radial außen könnten sie dann an der Mantelfläche des Aufnahmeelementes 14 liegen.
In der gezeigten Verriegelungsposition ragen die Verriegelungskugeln 10 somit in die Ausnehmung 12 hinein und kommen an der rückseitigen Anlagefläche des Kugelkopfes 6 des Haltesstiftes 4 derart zur Anlage, dass der Kugelkopf 6 so hintergriffen wird, dass der Haltestift 4 in Richtung der Längsachse X nicht aus dem offenen Axialende 16 der Ausnehmung 12 herausgezogen werden kann. Das heißt in dieser Position ist der Haltestift 4 im Inneren der Aufnahmeelementes 14 in einer axialen Bewegungsrichtung sicher gehalten. In der anderen axialen Bewegungsrichtung könnte er bis zum Boden der Ausnehmung 12 bewegt werden.
Die Verriegelungskugeln 10 werden durch Sicherungsmittel in der gezeigten Verriegelungsposition gehalten. Diese Sicherungsmittel weisen ein hülsenförmiges Sicherungselement 20 auf. Das Sicherungselement 20 übergreift das Axialende 16 des Aufnahmeelementes 14 in dem Bereich, in dem die Durchgangslöcher 18 gelegen sind. So kommen die Verriegelungskugeln 10 am Innenumfang der Sicherungshülse 20 zur Anlage. Dabei ist der Innendurchmesser der Sicherungshülse 20 so gewählt, dass der radiale Abstand zwischen dem Außenumfang des Kugelkopfes 6 und der Innenwandung Sicherungshülse 20 gegenüberliegend den Durchgangslöchern 18 kleiner als der Durchmesser der Verriegelungskugeln 10 ist. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass dann wenn die Sicherungshülse 20 in der gezeigten Verriegelungsposition die Durchgangslöcher 18 umfänglich überdeckt, die Verriegelungskugeln 10 so weit radial nach innen gedrückt werden, dass der Kugelkopf 6 von den Verriegelungskugeln 10 hintergriffen wird, sodass der Haltestift 4 in dem Aufnahmeelement 14 fixiert ist.
Die Innenfläche bzw. der Innenumfang der Sicherungshülse 20 ist im gezeigten Beispiel konisch ausgebildet, sodass der Innendurchmesser an dem offenen Axialende 22 der Sicherungshülse 20 größer ausgebil det ist, als am entgegengesetzten Axialende der Sicherungshülse 20. Das Axialende 22 mit größerem Durchmesser ist dasjenige Axialende, welches in der Bewegungsrichtung des Haltestiftes 4 beim Herausziehen aus der Ausnehmung 12 hinten gelegen ist.
Am entgegengesetzten Ende zu dem Axialende 22 ist die Sicherungshülse mit einer Ankerscheibe 24 verbunden, wobei die Ankerscheibe 24 im gezeigten Beispiel ringförmig ausgebildet ist und mit ihrem Innenumfang in eine Nut am Außenumfang der Sicherungshülse 20 eingreift. Die Sicherungshülse 20 ist mit ihrem zylindrischen Außenumfang in einem Führungsrohr 26 beweglich geführt, d. h. der Innendurchmesser des Führungsrohres 26 entspricht im Wesentlichen dem Außendurchmesser der Sicherungshülse 20. Das Führungsrohr 26 erstreckt sich konzentrisch zur Längsachse X und ist aus einem magnetisch leitfähigen Metall ausgebildet. Die Sicherungshülse 20 greift vom Axialende in das Innere des Führungsrohres 26 so ein, dass in der gezeigten Verriegelungsposition die Ankerscheibe 24 an einer Stirnseite des Führungsrohres 26 zur Anlage kommt. Mit dem entgegengesetzten Stirnende 28 ist das Führungsrohr 26 auf einen magnetisch leitfähigen Kern 30 aufgesetzt. Der Kern 30 weist in seinem Inneren eine kreisförmige Ausnehmung 32 auf, in welche das Aufnahmeelement 14 mit seinem dem Axialende 16 abgewandten zweiten Axialende eingreift. Der Kern 30 ist dabei von dem Axialende 22 der Sicherungshülse 20 beabstandet. Zwischen dem Axialende 22 der Sicherungshülse und dem gegenüberliegendem Axialende des Kernes 30 ist eine Druckfeder in Form einer Schraubenfeder 34 angeordnet. In der gezeigten Verriegelungsposition ist die Druckfeder 34 gestaucht, sodass sie eine Vorspannkraft auf die Sicherungshülse 20 ausübt.
Die Haltevorrichtung 2 weist ein umgebendes topfförmiges Gehäuse 36 aus einem magnetisch leitfähigen Material, z. B. Stahl auf. Der Boden 38 des Gehäuses 36 ist von dem Kern 30 beabstandet. Zwischen Kern 30 und dem Boden 38 wird ein scheibenförmiger Permanentmagnet 40 angeordnet. Die Anordnung bestehend aus Aufnahmeelement 14, Kern 30, Permanentmagnet 40 und Boden 38 ist durch eine Schraube 42 zusammengehalten. Die Schraube 42 erstreckt sich durch Durchgangslöcher im Boden 38, dem Permanentmagneten 40 und dem Kern 30 und greift in ein Gewindeloch 44 in dem Aufnahmeelement 14 ein, wobei das Gewindeloch 44 an dem dem ersten Axialende 16 abgewandeten zweiten Axialende des Aufnahmeelementes 14 ausgebildet ist.
Zwischen dem Außenumfang des Führungsrohres 26 und dem Innenumfang des Gehäuses 36 ist ein ringförmiger Spalt 46 ausgebildet, in welchem eine Spule 48 angeordnet ist, von welcher in der Zeichnung nur der Spulenträger gezeigt ist.
An dem dem Boden 38 abgewandten Axialende des Gehäuses 36 ist ein Käfig 50 angeordnet, welcher die Ankerscheibe 24 führt. Dazu weist der Käfig 50 einen Innendurchmesser auf, welcher im Wesentlichen dem Außendurchmesser der Ankerscheibe 24 entspricht oder geringfügig größer ist. Ferner weist der Käfig 50 beabstandet zu dem offenen Axialende, d. h. dem Boden abgewandten Axialende, des Gehäuses 36 sowie offenen Axialende des Führungsrohres 26 radial nach innen gerichtete Vorsprünge 54 auf. Die der Ankerscheibe 24 zugewandten Flächen der Vorsprünge 54 bilden Anschlagflächen für die Ankerscheibe 24, wenn sich diese in der gelösten entriegelten Position befindet, in welcher der Haltestift 4 freigegeben worden ist.
Dazu erstrecken sich die Vorsprünge 54 von der Innenwandung des Käfigs 50 soweit nach innen, dass der von der radial innen gelegenen Kante der Vorsprünge 54 definierte Durchmesser kleiner als der Außendurchmesser der Ankerscheibe 54 ist.
Nachfolgend wird nun die Funktion des beispielhaft gezeigten Verriegelungssystems näher beschrieben. Der Permanentmagnet 40 ist in axialer Richtung, d. h. parallel zur Längsachse X magnetisiert, so dass er einem magnetischen Fluss über die Ankerscheibe 24 sowie das Führungsrohr 26 und den Kern 30 erzeugt. Durch diesen magnetischen Fluss wird die Ankerscheibe 24 an dem Führungsrohr 26 und dem Gehäuse 36 in Anlage gehalten. Dadurch wird auch die mit der Ankerscheibe 24 verbundene Sicherungshülse 20 in der gezeigten Position gehalten, sodass sich die Verriegelungskugeln 10 nicht radial nach außen bewegen können. Auf diese Weise wird der Kugelkopf 6 sicher hintergriffen und der Haltestift 4 in der Ausnehmung 12 fest gehalten. Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt darin, dass die auf diese Weise aufgebrachte Haltekraft, welche der Haltestift 4 in der Haltevorrichtung aufnehmen kann, wesentlich größer ist, als die Haltekraft, welche der Permanentmagnet 40 erzeugt. So können durch das Verriegelungssystem sehr große äußere Kräfte gehalten werden, wie Sie beispielsweise in Form von Vorspannkräften in Sicherheitssystemen in Kraftfahrzeugen auftreten. Ferner erfolgt die Sicherung allein durch den Permanentmagneten 40, sodass keine externe Energiezufuhr zur Aufrechterhaltung der gezeigten Verriegelungsposition erforderlich ist.
Die Spule 48 ist so ausgebildet und angeordnet, dass sie bei Bestromung einen magnetischen Fluss durch das Führungsrohr 26, über den Permanentmagneten 40 und das Gehäuse 36 und die Ankerscheibe 24 erzeugt, welcher dem magnetischen Fluss, welcher durch den Permanentmagneten erzeugt wird, entgegengesetzt gerichtet ist. Dabei ist der magnetische Fluss so groß, dass der von dem Permanentmagneten 40 erzeugte magnetische Fluss verringert, vorzugsweise im Wesentlichen aufgehoben, wird. Das heißt die von dem Permanentmagneten 40 und der bestromten Spule erzeugten magnetischen Kräfte heben sich im Wesentlichen auf. Dies führt dazu, dass die Ankerscheibe 24 nicht mehr an dem Axialende 52 des Gehäuses 36 sowie dem Axialende des Füh rungsrohres 26 gehalten wird. Die Druckkraft der vorgespannten Druckfeder 34 drückt dann die Sicherungshülse 20 aus der gezeigten Verriegelungsposition, sodass die Ankerscheibe 24 entlang der Längsachse X soweit bewegt wird, bis sie an den Vorsprüngen 54 des Käfigs 50 zur Anlage kommt. Dabei bewegt sich das hintere Axialende 22 der Sicherungshülse 20 ebenfalls in axialer Richtung X, sodass die Sicherungshülse 20 die Durchgangslöcher 18 nicht mehr oder nur noch mit einem Bereich mit größerem Innendurchmesser überdeckt. So wird es möglich, dass sich die Verriegelungskugeln 10 radial nach außen bewegen. Wenn nun in dem Haltestift 4 eine in Richtung der Längsachse X in Richtung des Pfeils A wirkende äußere Zugkraft angreift, wird der Kugelkopf 6 die Verriegelungskugeln 10 radial nach außen drücken. Dies geschieht dadurch, dass aufgrund der Kugelform von Kugelkopf 6 und Verriegelungskugeln 10 zwischen diesen eine schräg zur Längsachse X gerichtete Anlagefläche gebildet wird. Diese bewirkt eine radial gerichtete Kraftkomponente, welche auf die Verriegelungskugeln 10 wirkt, wenn eine Zugkraft in Richtung des Pfeils A an dem Haltestift 4 angreift. So drückt der Haltestift 4 selber die Verriegelungskugeln 10 in ihre gelöste Position, in welcher der von den Verriegelungskugeln 10 definierte Innendurchmesser gleich oder größer als der Außendurchmesser des Kugelkopfes 6 ist. Das heißt die Verriegelungskugeln 10 bewegen sich in den radialer Richtung in den Durchgangslöchern soweit nach außen, bis sie nicht mehr über den Innenumfang der Ausnehmung 12 nach innen vorstehen.
Um das Verriegelungssystem erneut zu verriegeln, muss der Haltestift 4 mit dem Kugelkopf 6 wieder in die Ausnehmung 12 eingeführt werden, wobei der Kugelkopf 6 dann mit seinem in Bewegungsrichtung vorderen Axialende die Verriegelungskugeln 10 radial nach außen drückt, sodass der Kugelkopf 6 die Verriegelungskugeln 10 passieren kann. In diesem Zustand liegt die Ankerscheibe 4 aufgrund des Druckes der Druckfeder 34 weiter an den Vorsprüngen 54 an. Anschließend kann die Ankerscheibe 24 entgegen der Druckkraft der Druckfelder 34 zu dem Axialende 52 des Gehäuses 36 hinbewegt werden, bis die auf die Ankerscheibe 24 wirkende, von dem Permanentmagneten 40 erzeugte Magnetkraft größer als die Druckkraft der Druckfeder 34 wird, und dann die Ankerscheibe 24 wieder an dem Axialende 52 des Gehäuses 36 und dem Axialende des Führungsrohres 36 gehalten wird. In diesem Zustand ist dann die Druckfeder 34 wieder stärker vorgespannt. Die von dem Permanentmagneten 40 erzeugte magnetische Haltekraft, welche auf die Ankerscheibe 24 wirkt, sollte soviel größer als die von der Druckfeder 34 erzeugte Federkraft sein, dass auch bei Vibrationen und Erschütterungen die Ankerscheibe 24 sicher an dem Gehäuse 36 gehalten wird.
Wenn die Ankerscheibe 24 wieder zu dem Gehäuse 36 hin und in Anlage mit dem Axialende 52 bewegt wird, bewegt sich auch die Sicherungshülse 20 wieder weiter in das Führungsrohr 26 hinein, sodass von der Sicherungshülse 20 die Durchgangslöcher 18 wieder stärker überdeckt werden bzw. ein Bereich der Sicherungshülse 20 mit kleinerem Innendurchmesser die Durchgangslöcher 18 überdeckt. Auf diese Weise werden die Sicherungskugeln 10 radial nach innen gedrückt, sodass sie wieder über den Innenumfang der Ausnehmung 12 radial nach innen vorstehen und den Kugelkopf 6 wie gezeigt hintergreifen.
Wie beschrieben kann mit diesem System eine sehr große Haltekraft erzeugt werden, gleichzeitig sind die Auslöse- und Sicherungskräfte, welche von dem Permanentmagneten 40 und der Spule 48 erzeugt werden müssen, nur sehr gering, sodass das Verriegelungssystem insgesamt sehr klein ausgebildet und mit geringem Energieaufwand gelöst werden kann. Ferner kann aufgrund der rein permanentmagnetischen Haltekraft das System stromlos im verriegelten Zustand gehalten werden.

2: Haltevorrichtung
4: Haltestift
6: Kugelkopf
8: Axialende
10: Verriegelungskugel
12: Ausnehmung
14: Aufnahmeelement
16: Erstes Axialende
18: Durchgangslöcher
20: Sicherungshülse
22: Axialende
24: Ankerscheibe
26: Führungsrohr
28: Stirnende
30: Kern
32: Ausnehmung
34: Druckfeder
36: Gehäuse
38: Boden
40: Permanentmagnet
42: Schraube
44: Gewindeloch
46: Spalt
48: Spule
50: Käfig
52: Axialende
54: Vorsprünge
X: Längsachse
A: Entnahmerichtung des Haltestiftes 4

Claims

Magnetisches Verriegelungssystem mit einem Haltestift (4) und zumindest einem Verriegelungselement (10), wobei der Haltestift (4) zumindest ein Eingriffselement (6) aufweist und das Verriegelungselement (10) in einer Verriegelungsposition mit dem Eingriffselement (6) formschlüssig in Eingriff ist, zumindest einem Sicherungsmittel (20), welches mittels einer Haltekraft das Verriegelungselement in der Verriegelungsposition hält, sowie zumindest einer Spule (48), welche bei Bestromung eine der Haltekraft entgegengesetzt wirkende elektromagnetische Kraft erzeugt.
Magnetisches Verriegelungssystem nach Anspruch 1, bei welchem zumindest ein Federelement und/oder zumindest ein Permanentmagnet (40) vorgesehen sind, welche die Haltekraft erzeugen.
Magnetisches Verriegelungssystem nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem das zumindest eine Sicherungsmittel zumindest ein zwischen einer Verriegelungsposition und einer gelösten Position bewegbares Sicherungselement (20) aufweist, welches durch die Haltekraft gegen eine Vorspannkraft in der Verriegelungsposition gehalten wird, in welcher es das zumindest eine Verriegelungselement (10) in Eingriff mit dem Eingriffselement (6) hält.
Magnetisches Verriegelungssystem nach Anspruch 3, welches ein Federelement (34) aufweist, welches die Vorspannkraft erzeugt.
Magnetisches Verriegelungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem der Haltestift (4) zumindest eine Schulter aufweist, welche von dem zumindest einen Verriegelungselement (10) in der Verriegelungsposition hintergriffen wird.
Magnetisches Verriegelungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem der Haltestift (4) zumindest eine, vorzugsweise kugelförmige, Querschnittserweiterung (6) aufweist, welche in der Verriegelungsposition von dem zumindest einen Verriegelungselement (10) hintergriffen wird.
Magnetisches Verriegelungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem das zumindest eine Verriegelungselement eine Verriegelungsrolle oder -kugel (10) ist.
Magnetisches Verriegelungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, welches ein Aufnahmeelement (14) aufweist, in dem eine erste Ausnehmung (12), in welche der Haltestift (4) in Richtung seiner Längsachse (X) in der Verriegelungsposition eingreift, und zumindest eine zweite Ausnehmung (18) ausgebildet sind, welche sich quer zu der ersten Ausnehmung (12) erstreckt, wobei das zumindest eine Verriegelungselement (10) in einer Richtung quer zur Längsachse (X) des Haltestiftes (4) in der zweiten Ausnehmung (18) derart beweglich geführt ist, dass es in und außer Eingriff mit dem Eingriffselement (6) des Haltestiftes (4) bewegbar ist.
Magnetisches Verriegelungssystem nach Anspruch 8, bei welchem das Eingriffselement (6) eine zur Längsachse (X) des Haltestiftes (4) geneigte Anlagefläche aufweist, an welcher das Verriegelungselement (10) zur Anlage kommt, wobei das Verriegelungselement (10) durch Bewegung des Haltestiftes (4) in Richtung seiner Längsachse (X) in der zweiten Ausnehmung (18) derart bewegbar ist, dass es von dem Eingriffsmittel (6) außer Eingriff kommt.
Magnetisches Verriegelungssystem nach Anspruch 8 oder 9, bei welchem das zumindest eine Verriegelungselement (10) durch ein hülsenförmiges, bewegbares Sicherungselement (20), an dessen Innenumfang das Verrieglungselement (10) zumindest in der Verriegelungsposition zur Anlage kommt, mit dem Eingriffselement (6) an dem Haltestift (4) in Eingriff gehalten wird.
Magnetisches Verriegelungssystem nach Anspruch 10, bei welchem zum Erzeugen einer Vorspannkraft an dem Sicherungselement eine Druckfeder (34) mit ihrem ersten Axialende anliegt, während sich das entgegengesetzte zweite Axialende an einer festen Anlagefläche (30) abstützt.
Magnetisches Verriegelungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem das Sicherungselement (20) mit einem Magnetanker (24) verbunden ist, welcher durch zumindest einen Permanentmagneten (40) in der Verriegelungsposition gehalten wird.
Magnetisches Verriegelungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem ein Permanentmagnet (40) zum Erzeugen der Haltekraft und die Spule (48) auf ein gemeinsames Jochelement (26, 36) wirken.
Magnetisches Verriegelungssystem nach Anspruch 13 und 14, bei welchem der Magnetanker (24) durch die Haltekraft in der Verrieglungsposition an dem Jochelement (26, 36) gehalten wird.