DE102008029570A1 - Electromagnetic locking device for locking gearbox in vehicle steering system, has electromagnet weakening magnetic field of permanent magnet in energized condition such that locking element is moved into release position by force of spring - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Verriegelungseinrichtung entsprechen dem Oberbegriff des Anspruches 1.The The invention relates to an electromagnetic locking device correspond to the preamble of claim 1.
In
der
Befindet sich das Fahrzeug nicht im Fahrbetrieb, muss die Verriegelungseinheit das Überlagerungsgetriebe sperren, damit der vom Fahrer gewünschte Lenkwinkel sicher auf das Lenkgetriebe übertragen wird. Im Fehlerfall, also beispielsweise bei Ausfall des elektrischen Bordnetzes, einer Fehlfunktion des Motors oder dergleichen muss die Verriegelungseinheit ebenfalls die Sperrung des Überlagerungsgetriebes sicherstellen.is If the vehicle is not driving, the locking unit must be activated lock the superposition gear, so that the driver desired steering angle safely transmitted to the steering gear becomes. In case of error, so for example in case of failure of the electrical On-board network, a malfunction of the engine or the like must the locking unit also blocking the superposition gear to ensure.
Die
oben genannte Druckschrift zeigt eine Überlagerungslenkung
mit einer elektromagnetischen Verriegelungseinrichtung. Hierbei
wird ein ziehendes Magnetsystem mit Haftmagnetfunktion (Schaltmagnet)
eingesetzt, bei dem die Verriegelungsstellung des Sperrelementes
durch einen Federantrieb (eine Rückstellfeder) stabil gewährleistet ist.
Ein nach dem Stand der Technik arbeitendes Verriegelungssystem ist
in der
Bei
diesem System wird die Entriegelungsstellung, die in der
Aufgrund der Haftmagnetfunktion ist der Einbau von Funktionselementen zur Dämpfung des Aufschlagimpulses des Hubankers C auf der entsprechenden Fläche der Aufnahme G nur bedingt möglich, da der Eisenkreis des Elektromagneten unzulässig geschwächt würde. Erschwert wird dieses bei den begrenzten Bauräumen, die zur Verfügung stehen, oder wenn Dämpfungsfunktionen in bestehende Systeme nachträglich integriert werden sollen.by virtue of The magnet function is the installation of functional elements for Attenuation of the impact pulse of the lifting armature C on the corresponding surface of the receptacle G only conditionally possible, because the iron loop of the electromagnet weakened unduly would. This is complicated with the limited space, which are available, or if damping functions to be subsequently integrated into existing systems.
Bei
der im Stand der Technik bekannten Anordnung wird also bei unbestromtem
Elektromagneten die Verriegelungsstellung durch die Rückstellfeder
F erreicht, durch die der Stößel (das Sperrelement
E) aus dem Jochanker herausgedrückt wird. Bei Bestromung
des Elektromagneten wird das Sperrelement E gegen die Kraft der
Feder F in die Entriegelungsstellung überführt,
die in der
Aus Sicherheitsgründen können diese bekannten Magnetsysteme mit einem redundanten Federsystem ausgerüstet sein, um bei einem Federbruch die Verriegelungsposition sicher zu gewährleisten. Demzufolge werden hier zwei zueinander koaxiale Federn eingesetzt, um die entsprechende Sicherheit gewährleisten zu können. Da bei diesen bekannten Systemen die stabile Position des Sperrelementes E durch die Rückstellfeder F sichergestellt wird, muss die Rückstellfeder so ausgelegt sein, dass die Verriegelungsposition unter Schwingbelastung sichergestellt ist. Die Magnetsysteme werden hierbei so ausgelegt, dass immer ein sicherer Kraftüberschuss zur Verfügung steht. Sie werden also im Regelfall überdimensioniert.Out For safety reasons, these known magnet systems be equipped with a redundant spring system to to safely ensure the locking position at a spring break. Consequently, two mutually coaxial springs are used here, to ensure the appropriate security. As in these known systems, the stable position of the locking element E is ensured by the return spring F must the return spring be designed so that the locking position is ensured under vibration load. The magnet systems become Here designed so that always a safe excess of force is available. As a rule, they are oversized.
Die bekannten Systeme sind also konstruktiv aufwendig. Dabei sind diese Systeme auch nicht ausreichend robust gegen Medieneintrag. Die bekannten Systeme resultieren auf dem Haftmagnet-Prinzip mit Abfallverzug durch so genanntes Remanenzkleben, welches sicherheitskritisch ist. Die Sicherheitsfunktion wird durch verstärkten Klebeeffekt eingeschränkt, der dadurch entsteht, dass eine Adhäsion bei Medieneintrag durch Benetzung der direkten Polflächen an Kolben und Konus erfolgt.The known systems are therefore structurally complex. These systems are also not sufficiently robust against media entry. The known systems result on the magnetic principle with waste delay by so-called remanent bonding, which is safety-critical. The safety function is limited by increased adhesive effect, which arises from the fact that an adhesion to media entry by wetting of the direct pole faces on Piston and cone takes place.
Ziel der Erfindung ist es demgegenüber, eine elektromagnetische Verriegelungseinrichtung zur Verfügung zu stellen, die hinsichtlich der Geräuschbildung optimiert werden kann, die robust gegen Medieneintrag ist, die schaltzeitoptimiert arbeitet, die eine hohe Sicherheitsfunktion hat und eine hohe Energieeffizienz besitzt. Die Lösung der Aufgabe erfolgt in Kombination mit dem Oberbegriff durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1.aim In contrast, the invention is an electromagnetic Locking device to provide the can be optimized in terms of noise, which is robust against media entry, which works optimally switching time, which has a high safety function and high energy efficiency has. The solution of the task takes place in combination with the preamble by the characterizing features of the claim 1.
Durch die erfinderische Ausbildung der elektromagnetischen Verriegelungseinrichtung wird allein durch die Kraft des Permanentmagneten eine Verstellung in die Verriegelungssposition erreicht. Bei Bestromung des Elektromagneten wird durch Bewegung des Sperrelementes mit der Stellfeder die Verriegelungsposition des Sperrelementes eingestellt. Bei Bestromung des Elektromagneten wird das Magnetfeld des Permanentmagneten derart abgeschwächt, dass das Sperrelement durch die Kraft der Stellfeder in die Entriegelungsposition bewegt wird.By the inventive design of the electromagnetic locking device becomes solely by the force of the permanent magnet an adjustment reached in the locking position. When the electromagnet is energized is moved by movement of the locking element with the spring the locking position set the blocking element. When the electromagnet is energized the magnetic field of the permanent magnet is weakened in such a way that the blocking element by the force of the spring in the unlocked position is moved.
Die Erfindung besteht aus einer Anordnung von magnetischen Bauteilen zur Leitung der Feldlinien des Elektromagnetkreises mit zusätzlichen permanentmagnetischen Komponenten. Die den Permanentmagneten bildenden Komponenten werden so angeordnet, dass eine Stellung des beweglichen Elementes, also des Sperrelementes, in der Verriegelungsstellung stabil ist und durch Aktivierung eines Elektromagnetkreises das bewegliche Element, also das Sperrelement, durch Aufbringen einer zusätzlichen Kraft mittels der Stellfeder aus dieser stabilen Lage in die Entriegelungslage bewegt wird.The Invention consists of an arrangement of magnetic components for guiding the field lines of the electromagnetic circuit with additional permanent magnetic components. The forming the permanent magnet Components are arranged so that a position of the movable element, So the locking element is stable in the locked position and by activating an electromagnet circuit the movable one Element, so the blocking element, by applying an additional Force by means of the spring from this stable position in the unlocking position is moved.
In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Bewegung des beweglichen Sperrelementes durch Anpassung der Aktivierungsenergie des Elektromagnetkreises an die Kraft der Stellfeder beeinflussbar ist.In an advantageous embodiment of the invention is provided that a movement of the movable locking element by adaptation the activation energy of the electromagnetic circuit to the force of Adjustable spring can be influenced.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist vorgesehen, die stabile Lage des beweglichen Sperrelementes als so genannte „Fail-Safe-Funktion” auszuführen. Bei fehlender Aktivierungsenergie des Elektromagnetkreises wird die stabile Lage des beweglichen Sperrelementes durch das Magnetfeld des Permanentmagneten festgelegt und nicht durch mechanische Bauteile, wie zum Beispiel Federn, bestimmt.In a further advantageous embodiment is provided to carry out the stable position of the movable locking element as a so-called "fail-safe function". In the absence of activation energy of the electromagnetic circuit is the stable position of the movable blocking element by the magnetic field fixed by the permanent magnet and not by mechanical components, such as feathers, certainly.
Zum Grundsatz ist festzustellen, dass das System eigensicher ist, da bisher notwendige mechanische Komponenten, die sicherheitskritisch sind, entfallen. Der Permanentmagnet stellt die erforderliche Rückstellkraft zur Verfügung und ist dabei im Gegensatz zu einem Federsystem eigensicher.To the Principle is to establish that the system is intrinsically safe, since hitherto necessary mechanical components that are safety-critical are omitted. The permanent magnet provides the required restoring force available and is in contrast to a spring system intrinsically safe.
Die elektromagnetische Verriegelungseinrichtung weist in besonders vorteilhafter Weise einen Hubanker auf, der mittels des Permanentmagneten verstellbar ist, wobei das Sperrelement mit dem Hubanker gekoppelt oder verbunden ist.The electromagnetic locking device has in particularly advantageous Assemble a lifting armature adjustable by means of the permanent magnet is, wherein the blocking element coupled to the lifting armature or connected is.
Besonders bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass die Einrichtung einen Magnetkreis mit einem topfförmigem Gehäuse, dem in diesem angeordneten Permanentmagneten, dem in diesem angeordneten Elektromagneten mit Spulenkörper und Spule und mündungsseitig des Gehäuses fixiertem Jochflansch, dem Hubanker und dem an diesen gekoppelten Sperrelement in Form eines den Jochflansch durchgreifenden Sperrstiftes sowie die Stellfeder aufweist, die sich am Hubanker und am Jochflansch abstützt, wobei der Hubanker bei stromlosem Elektromagneten zum Jochflansch unter Vorspannung der Stellfeder verlagert ist und bei bestromten Elektromagneten mittels der Kraft der Stellfeder zum Boden des Gehäuses verlagert ist.Especially it is preferably provided that the device is a magnetic circuit with a pot-shaped housing, in this arranged permanent magnets, arranged in this electromagnet with bobbin and coil and mouth side the housing fixed yoke flange, the lifting armature and the at this coupled locking element in the form of a cross-Jochflansch Locking pin and the spring, which is located on the lifting armature and supported on Jochflansch, wherein the lifting armature in de-energized Electromagnet to Jochflansch under bias of the spring is shifted and energized electromagnet by means of force the spring is displaced to the bottom of the housing.
Des Weiteren ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass mindestens in einem, vorzugsweise in allen Bereichen des Gehäuses, des Jochflansches, des Permanentmagneten und/oder des Sperrelementes, der oder die bei der Bewegung des Hubankers samt Sperrelement berührt werden, Schalldämpfungselemente angeordnet sind. Diese Ausbildung ist durch die erfindungsgemäße Anordnung der einzelnen Bauteile ermöglicht. Insbesondere werden hiermit gesteigerte Anforderungen an die Akustik sowie an die Sicherheitsfunktion und auch die Energieeffizienz verbessert. Die An ordnung von Schalldämpfungselementen ist in vielen Bereichen der Verriegelungseinrichtung möglich, da der Magnetkreis durch diese Maßnahmen nur unwesentlich geschwächt wird. Auch der Bauraum und das Gewicht des Systems sind zur Bauraumoptimierung geeignet, da ein hoher Wirkungsgrad erreicht wird und eine Überdimensionierung, beispielsweise des Elektromagnetkreises, nicht erforderlich ist.Of Furthermore, it is particularly preferred that at least in one, preferably in all areas of the housing, the Yoke flange, the permanent magnet and / or the blocking element, the one or the touched during the movement of the lifting armature including blocking element Be, soundproofing elements are arranged. These Training is through the inventive arrangement allows the individual components. In particular, hereby are increased demands on the acoustics as well as on the safety function and also improves energy efficiency. The order of silencer elements is possible in many areas of the locking device, since the magnetic circuit by these measures only insignificantly is weakened. Also the installation space and the weight of the system are suitable for space optimization, as a high efficiency is achieved and oversizing, for example of the electromagnetic circuit, is not required.
Die Akustikoptimierung besteht vornehmlich in der Vermeidung des direkten metallischen Kontaktes beweglicher Komponenten (Hubanker und Sperrstift) und ortsfester Komponenten in den Hubendlagen. Anstelle des direkten metallischen Kontaktes mit entsprechender Steifigkeit der Kontaktkomponenten können geeignete Kontaktmaterialien zur Absorption der Aufschlagimpulse integriert werden, ohne dass das System hierdurch negativ beeinflusst wird. Diese Materialien können elastische und/oder thermoplastische Formteile, Metallgestricke, Filze oder Federsysteme sein.The Acoustic optimization consists primarily in the avoidance of direct metallic contact of moving components (lifting armature and locking pin) and stationary components in the stroke end positions. Instead of direct metallic contact with corresponding rigidity of the contact components suitable contact materials for the absorption of Impact pulses are integrated without the system thereby is negatively influenced. These materials can be elastic and / or thermoplastic moldings, metal knits, felts or Be spring systems.
Als Alternative zu mechanischen Dämpfungselementen können auch geeignete elektronische Ansteuerungssignale zur Realisierung eines „Soft-Landing” der beweglichen Komponenten eingesetzt werden. Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung wird auf das Haftmagnetprinzip verzichtet, so dass ein Remanenzkleben nicht möglich ist. Die Sicherheitsfunktion kann dadurch noch begünstigt werden, dass die entsprechenden Anschlagflächen eine der Adhäsion entgegenwirkende Oberflächengestaltung und/oder Materialauswahl haben. Auch die Schaltzeit wird optimiert, also die Dynamik der Verriegelungseinrichtung gefördert. In der Verriegelungsstellung wirkt der Energiespeicher in Form des Permanentmagneten gegen die Ausrückfeder. In der nicht geschalteten Anordnung kann das bewegliche Element an einem unmagnetischen Anschlag anliegen. Das Remanenzkleben entfällt. Der gleiche Effekt wirkt in der Entriegelungsstellung, da die erfindungsgemäße Lösung auf das Haftmagnetprinzip verzichtet. In der Verriegelungsstellung wird der Energiespeicher „Permanentmagnet” durch Aktivierung der Magnetspule des Elektromagneten geschwächt und die Ausrückfeder wird sofort wirksam und stellt das bewegliche Element in die Entriegelungsstellung. Dabei liegt dieses ebenfalls an einem unmagnetischen Anschlag an, der gegebenenfalls schalldämpfend ausgebildet oder mit Schalldämpfungselementen versehen sein kann. Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird die Rückstellkraft nicht mehr durch ein redundantes Federsystem von mehreren Federn aufgebracht, sondern durch den Permanentmagneten. Der Permanentmagnet stellt die erforderliche Rückstellkraft zur Verfügung und ist im Gegensatz zu Federsystemen eigensicher.As an alternative to mechanical damping elements and suitable electronic control signals for realizing a "soft landing" of the movable components can be be set. In the embodiment according to the invention, the holding magnet principle is dispensed with, so that remanence bonding is not possible. The safety function can be further promoted by the fact that the corresponding stop surfaces have an anti-adhesion surface design and / or material selection. The switching time is also optimized, thus promoting the dynamics of the locking device. In the locking position of the energy storage acts in the form of the permanent magnet against the release spring. In the non-switched arrangement, the movable element can rest on a non-magnetic stop. Remanence bonding is eliminated. The same effect acts in the unlocked position, since the solution according to the invention dispenses with the magnetic holding principle. In the locked position of the energy storage "permanent magnet" is weakened by activation of the solenoid of the electromagnet and the release spring is immediately effective and puts the movable element in the unlocked position. In this case, this is also due to a non-magnetic stop, which may optionally be designed sound-absorbing or provided with sound attenuation elements. In the solution according to the invention, the restoring force is no longer applied by a redundant spring system of several springs, but by the permanent magnet. The permanent magnet provides the required restoring force and, in contrast to spring systems, is intrinsically safe.
Da bei der erfindungsgemäßen Lösung die stabile Position der beweglichen Komponente durch den Permanentmagneten sichergestellt wird, kann die Ausrückfeder schwächer ausgelegt werden. Die Federkraft hilft zudem die Entriegelungsposition zu erreichen und belastet nicht zusätzlich die durch die Spule gelieferte elektrische Energie. Magnetsysteme nach der Erfindung sind somit im Vergleich zum Stand der Technik deutlich effizienter.There in the inventive solution, the stable Position of the moving component through the permanent magnet is ensured, the release spring weaker be interpreted. The spring force also helps unlock the position to reach and does not additionally burden those through the coil supplied electrical energy. Magnet systems according to the invention are thus significantly more efficient compared to the prior art.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Verriegelungseinrichtung ist es möglich, eine Vielzahl von geometrisch unterschiedlichen Anordnun gen der beweglichen und ortsfesten Komponenten vorzunehmen und ebenso der möglicherweise erforderlichen Schalldämpfungselemente.By the inventive design of the locking device It is possible to have a variety of geometrically different ones Arrangements of movable and stationary components make and also the possibly required sound attenuation elements.
Eine
erfindungsgemäße Verriegelungseinrichtung arbeitet
beispielsweise wie folgt:
Im Nicht-Fahrbetrieb (Abschalten
des Motors/Ausfall des Lenksystems) ist die Verriegelungseinrichtung unbestromt.
Es ist dabei sichergestellt, dass der Sperrstift durch die Kraft
des Permanentmagneten entgegen der Federkraft der Stellfeder in
einer minimalen Abfallzeit in der Verriegelungsposition geräuscharm
abgesetzt wird. Die Sperre hält einer systemseitigen Schockbelastung
ohne weiteres Stand.An inventive locking device operates, for example, as follows:
In non-driving (switching off the engine / failure of the steering system), the locking device is de-energized. It is ensured that the locking pin is set low noise by the force of the permanent magnet against the spring force of the spring in a minimal fall time in the locked position. The lock holds a system-side shock load without further stand.
Im Fahrbetrieb, beziehungsweise beim Motorstart, wird die Sperre, also der Elektromagnet mit einer möglichen minimalen Spannung in einer minimalen Anzugszeit entgegen der Kraft des Permanentmagneten in die entriegelte Position geräuscharm überführt. Die durch die Bestromung entstehenden Magnetfeldlinien neutralisieren den Permanentmagneten in seiner Wirkung, so dass mittels einer innen liegenden Druckfeder beispielsweise als Stellfeder der Stößel in Form des Sperrstiftes aus der Verriegelungsposition durch die Federkraft herausgedrückt wird. Ein geräuscharmes Anziehen/Abfallen der Sperre wird durch einen möglichen linearen Magnetkraftverlauf und durch eine Endlagendämpfung erreicht.in the Driving, or when starting the engine, the lock, ie the electromagnet with a possible minimum voltage in a minimum operating time against the force of the permanent magnet converted into the unlocked position quietly. Neutralize the magnetic field lines generated by the energization the permanent magnet in its effect, so that by means of an inside lying compression spring, for example, as a control spring of the plunger in the form of the locking pin from the locking position by the Spring force is pushed out. A low noise Tightening / falling of the lock is by a possible linear magnetic force and achieved by a cushioning.
Hierbei ist insbesondere vorgesehen, dass die Schalldämpfungselemente durch elastomere Formteile gebildet sind, die an den unbeweglichen Teilen und/oder den beweglichen Teilen der Verriegelungseinrichtung befestigt sind. Zudem ist bevorzugt vorgesehen, dass der Jochflansch einen Ankerkonus aufweist, in den das diesem zugewandte Ende des Hubankers eintaucht.in this connection is particularly provided that the sound attenuation elements are formed by elastomeric moldings that are attached to the immovable parts and / or attached to the movable parts of the locking device are. In addition, it is preferably provided that the yoke flange has an anchor cone, immersed in the facing this end of the lifting armature.
Ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in
Erfindungsgemäß ist
ein Permanentmagnet
Die
Einrichtung weist einen Magnetkreis mit einem topfförmigen
Gehäuse
Wie
insbesondere aus
Das Ausführungsbeispiel zeigt eine Verriegelungseinheit, die akustikoptimiert ist, robust gegen Medieneintrag ist, schaltzeitoptimiert ist, eine hohe Sicherheitsfunktion besitzt und eine hohe Energieeffizienz hat.The Embodiment shows a locking unit, the is acoustically optimized, robust against media entry, optimized in terms of switching time is, has a high safety function and a high energy efficiency Has.
Die
Erfindung ist nicht auf das Ausführungsbeispiel beschränkt,
sondern im Rahmen der Offenbarung vielfach variabel. Der Einsatz
des Permanentmagneten
Alle neuen, in der Beschreibung und/oder Zeichnung offenbarten Einzel- und Kombinationsmerkmale werden als erfindungswesentlich angesehen.All new individual items disclosed in the description and / or drawing. and combination features are considered essential to the invention.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8131 | Rejection |