DE102010044198A1

DE102010044198A1 - Vorrichtung zur induktiven Kopplung zweier Bauteile

Info

Publication number: DE102010044198A1
Application number: DE201010044198
Authority: DE
Inventors: Joachim Fiedler
Original assignee: Fidlock GmbH
Current assignee: Fidlock GmbH
Priority date: 2010-11-19
Filing date: 2010-11-19
Publication date: 2012-05-24
Anticipated expiration: 2030-11-20
Also published as: DE102010044198B4

Abstract

Eine Vorrichtung zur induktiven Kopplung zweier Bauteile umfasst ein erstes Kopplungselement, das ein Gehäuse und eine erste elektrische Spule aufweist, und ein zweites Kopplungselement, das eine zweite elektrische Spule aufweist. Das erste Kopplungselement ist zur induktiven Kopplung der ersten Spule und der zweiten Spule in eine Schließrichtung an das zweite Kopplungselement ansetzbar, und in einer Schließstellung der Vorrichtung stehen das erste Kopplungselement und das zweite Kopplungselement zur induktiven Kopplung der ersten Spule und der zweiten Spule in Wirkverbindung. Dabei ist vorgesehen, dass das erste Kopplungselement (2) ein verschiebbar an dem Gehäuse (21) des ersten Kopplungselements (2) angeordnetes Eingriffselement (22, 22a, 22b) aufweist, das in einer eingefahrenen Position zumindest teilweise von dem Gehäuse (21) des ersten Kopplungselements (2) eingefasst ist und in einer ausgefahrenen Position zum Eingreifen in eine Aufnahmeöffnung (310, 310a, 310b) des zweiten Kopplungselements (3) zur induktiven Kopplung der ersten Spule (4, 4a, 4b) mit der zweiten Spule (5, 5a, 5b) von dem Gehäuse (21) des ersten Kopplungselements (2) vorsteht. Auf diese Weise wird eine Vorrichtung zur induktiven Kopplung zweier Bauteile geschaffen, die einerseits eine induktive Kopplung einer an einem ersten Kopplungselement angeordneten ersten Spule mit einer an einem zweiten Kopplungselement angeordneten zweiten Spule mit gutem Wirkungsgrad bereitstellen kann, dabei aber, wenn die Kopplungselemente voneinander gelöst sind, eine einfache Handhabung der mit den Kopplungselementen verbundenen Bauteile ermöglicht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur induktiven Kopplung zweier Bauteile nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine derartige Vorrichtung umfasst ein erstes Kopplungselement, das ein Gehäuse und eine erste elektrische Spule aufweist, und ein zweites Kopplungselement, das eine zweite elektrische Spule aufweist. Das erste Kopplungselement ist zur induktiven Kopplung der ersten Spule und der zweiten Spule in eine Schließrichtung an das zweite Kopplungselement ansetzbar und steht in einer Schießstellung zur induktiven Kopplung der beiden Spulen mit dem zweiten Kopplungselement in Wirkverbindung.
Eine derartige Vorrichtung zur induktiven Kopplung ist beispielsweise von elektrischen Zahnbürsten bekannt, bei denen ein Griffteil einer elektrischen Zahnbürste (das für eine vereinfachte Reinigung wasserdicht ausgebildet ist) an einem Ladeteil angeordnet werden kann, indem das Griffteil auf einen Dorn des Ladeteils aufgesteckt wird, so dass eine an dem Griffteil angeordnete elektrische Spule induktiv mit einer an dem Ladeteil angeordneten Spule gekoppelt ist und auf diese Weise elektrische Energie von dem Ladeteil zu dem Griffteil übertragen werden kann. Der Dorn des Ladeteils kann hierbei als ein aus einem ferromagnetischen Material gefertigter magnetischer Anker für eine verbesserte Kopplung der elektrischen Spule des Griffteils und der elektrischen Spule des Ladeteils ausgestaltet sein und steht von dem Ladeteil vor, so dass das Griffteil auf den Dorn aufgesteckt werden kann.
Ein solcher vorstehender Dorn ist bei einem Ladeteil einer elektrischen Zahnbürste nicht weiter hinderlich, kann aber – wenn eine solche Vorrichtung zur induktiven Kopplung anderer Bauteile, insbesondere flächig aneinander anliegender Bauteile eingesetzt wird – unter Umständen störend sein.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur induktiven Kopplung zweier Bauteile zur Verfügung zu stellen, die einerseits eine induktive Kopplung einer an einem ersten Kopplungselement angeordneten ersten Spule mit einer an einem zweiten Kopplungselement angeordneten zweiten Spule mit gutem Wirkungsgrad bereitstellen kann, dabei aber, wenn die Kopplungselemente voneinander gelöst sind, eine einfache Handhabung der mit den Kopplungselementen verbundenen Bauteile ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Demnach ist bei einer Vorrichtung zur induktiven Kopplung vorgesehen, dass das erste Kopplungselement ein verschiebbar an dem Gehäuse des ersten Kopplungselements angeordnetes Eingriffselement aufweist, das in einer eingefahrenen Position zumindest teilweise von dem Gehäuse des ersten Kopplungselements eingefasst ist und in einer ausgefahrenen Position zum Eingreifen in eine Aufnahmeöffnung des zweiten Kopplungselements zur induktiven Kopplung der ersten Spule mit der zweiten Spule von dem Gehäuse des ersten Kopplungselements vorsteht.
Die vorliegende Erfindung geht von dem Gedanken aus, an dem ersten Kopplungselement ein Eingriffselement vorzusehen, das verschiebbar an einem Gehäuse des ersten Kopplungselements angeordnet ist und zum induktiven Koppeln der an den Kopplungselementen angeordneten elektrischen Spulen aus dem Gehäuse des ersten Kopplungselements ausfahrbar ist, um in einer ausgefahrenen Position in Eingriff mit einer Aufnahmeöffnung am zweiten Kopplungselement gebracht werden zu können.
Die Vorrichtung kann auf diese Weise einerseits eine induktive Kopplung mit hohem Wirkungsgrad zur Verfügung stellen. Andererseits können die Kopplungselemente der Vorrichtung in gelöstem Zustand einfach gehandhabt werden, ohne dass das Eingriffselement hierbei störend von dem Gehäuse des ersten Kopplungselements vorsteht, indem bei voneinander gelösten Kopplungselementen sich das Eingriffselement in seiner eingefahrenen Position befindet und somit zumindest teilweise von dem Gehäuse des ersten Kopplungselements eingefasst ist.
Die über die induktive Kopplungsvorrichtung bereitgestellte Kopplung der beiden Kopplungselemente kann dazu verwendet werden, um elektrische Energie von einem mit dem ersten Kopplungselement verbundenen, ersten elektrischen Bauteil zu einem mit dem zweiten Kopplungselement verbundenen, zweiten elektrischen Bauteil zu übertragen. Beispielsweise kann eines der Kopplungselemente mit einem elektrischen Energieversorgungssystem verbunden sein, während das andere der Kopplungselemente mit einem Endgerät, beispielsweise einem Mobiltelefon, einem Navigationsgerät oder einem anderen elektrischen Verbraucher verbunden ist, wobei über die Spulen des ersten und des zweiten Kopplungselements elektrische Energie hin zu dem jeweiligen Endgerät übertragen werden kann.
Denkbar ist auch, die induktive Kopplung der Spulen des ersten und des zweiten Kopplungselements zu einer Übertragung elektronischer Daten zu verwenden, um eine Signalübertragung z. B. für eine elektronische Kommunikation zweier über die Kopplungselemente gekoppelter Geräte bereitzustellen.
Um eine wirkungsvolle induktive Kopplung der ersten Spule des ersten Kopplungselements und der zweiten Spule des zweiten Kopplungselements unter Verwendung des Eingriffselements bereitzustellen, sind unterschiedliche Ausgestaltungen der Kopplungselemente denkbar.
In einer ersten Variante kann die erste Spule an dem Eingriffselement des ersten Kopplungselements angeordnet und zusammen mit dem Eingriffselement in die ausgefahrene Position überführbar sein. Die erste Spule erstreckt sich dann vorteilhafterweise entlang einer Umfangsrichtung um die Schließrichtung an dem Eingriffselement, während die zweite Spule sich entlang der Umfangsrichtung um die Aufnahmeöffnung erstreckt. In der Schließstellung, in der das Eingriffselement sich in seiner ausgefahrenen Position befindet, somit von dem Gehäuse des ersten Kopplungselements vorsteht und in die Aufnahmeöffnung des zweiten Kopplungselements eingreift, greift die an dem Eingriffselement angeordnete erste Spule in die zweite Spule an der Aufnahmeöffnung ein und ist zumindest abschnittsweise von der zweiten Spule umfänglich umgeben (d. h. die erste Spule ist radial innerhalb der zweiten Spule angeordnet und befindet sich axial – gesehen in Richtung der Schließrichtung – zumindest abschnittsweise auf der gleichen Höhe wie die zweite Spule), so dass sich eine vorteilhafte induktive Kopplung der ersten Spule mit der zweiten Spule ergibt.
Zusätzlich kann für eine weitere Verbesserung der induktiven Kopplung der ersten Spule und der zweiten Spule an dem Eingriffselement ein die erste Spule durchgreifender magnetischer Anker angeordnet sein, der beispielsweise aus einem ferromagnetischen Material, z. B. Beispiel Eisen, ausgeführt sein kann.
In einer zweiten Variante kann die erste Spule auch fest an dem Gehäuse des ersten Kopplungselements angeordnet sein. In diesem Fall trägt das Eingriffselement, um eine induktive Kopplung der ersten Spule an dem ersten Kopplungselement mit der zweiten Spule an dem zweiten Kopplungselement mit einem hohen Wirkungsgrad zur Verfügung zu stellen, vorzugsweise einen magnetischen Anker, der zusammen mit dem Eingriffselement in die ausgefahrene Position überführt werden kann. Über diesen magnetischen Anker, der beispielsweise aus einem ferromagnetischen Material in Form eines Eisenkerns ausgeführt sein kann, kann eine wirkungsvolle Kopplung der ersten Spule an dem ersten Kopplungselement mit der zweiten Spule an dem zweiten Kopplungselement bereitgestellt werden.
In diesem Fall erstreckt sich die erste Spule entlang einer Umfangsrichtung um die Schließrichtung an dem Gehäuse des ersten Kopplungselements und ist somit ortsfest an dem Gehäuse angeordnet. Die zweite Spule erstreckt sich wiederum entlang der Umfangsrichtung um die Aufnahmeöffnung an einem Gehäuse des zweiten Kopplungselements, wobei die erste Spule und die zweite Spule in der Schließstellung (bei ausgefahrenem Eingriffselement) jeweils von dem magnetischen Anker des Eingriffselements durchgriffen werden.
In beiden Varianten ist das Eingriffselement vorzugsweise in einer Aufnahmekammer des Gehäuses des ersten Kopplungselements verschiebbar angeordnet. In der eingefahrenen Position steht das Eingriffselement vorteilhafterweise nicht nach außen hin von dem Gehäuse vor, so dass, wenn die Kopplungselement voneinander gelöst sind, das Eingriffselement in dem Gehäuse eingefasst ist und bei der Handhabung eines mit dem ersten Kopplungselement verbundenen Bauteils nicht stört.
Das Eingriffselement wird entlang einer Bewegungsrichtung aus der Aufnahmekammer ausgefahren, wobei diese Bewegungsrichtung geradlinig oder auch gekrümmt sein kann und unterschiedlich von der Schließrichtung, z. B. quer zur Schließrichtung, gerichtet sein kann.
Das Eingriffselement ist in seiner ausgefahrenen Position in die Schließrichtung in die Aufnahmeöffnung des zweiten Kopplungselements einsteckbar und greift in der Schließstellung, in der das Kopplungselement mit dem zweiten Kopplungselement in Wirkverbindung steht, in die Aufnahmeöffnung des zweiten Kopplungselements ein. Das Eingriffselement kann hierbei zumindest abschnittsweise zylindrisch ausgebildet sein und in der Schließstellung auch eine mechanische Verriegelung des ersten Kopplungselements mit dem zweiten Kopplungselement zur Verfügung stellen, im Rahmen derer das erste Kopplungselement zumindest quer zur Schließrichtung durch den Eingriff des Eingriffselements des ersten Kopplungselements in die Aufnahmeöffnung des zweiten Kopplungselements formschlüssig an dem zweiten Kopplungselement gehalten ist.
Das Eingriffselement ist in seiner eingefahrenen Position von dem Gehäuse eingefasst und kann zum Eingreifen in die Aufnahmeöffnung des zweiten Kopplungselements in seine ausgefahrene Position überführt werden. Vorteilhafterweise ist das Eingriffselement hierbei durch Vorspannmittel in Richtung der eingefahrenen Position gegenüber dem Gehäuse des ersten Kopplungselements vorgespannt, so dass mittels der Vorspannmittel eine Rückführung des Eingriffselements von der ausgefahrenen Position in die eingefahrene Position bewirkt werden kann. Diese Vorspannmittel können beispielsweise durch eine zwischen dem Eingriffselement und dem Gehäuse des ersten Kopplungselements wirkende mechanische Feder verwirklicht sein. Alternativ können auch magnetische Mittel vorgesehen sein, die zwischen dem Eingriffselement und dem Gehäuse des ersten Kopplungselements wirken und eine magnetische Anziehungskraft zwischen dem Eingriffselement und dem ersten Kopplungselement in Richtung der eingefahrenen Position erzeugen.
Das Eingriffselement ist zum Überführen von seiner eingefahrenen Position in seine ausgefahrene Position beispielsweise über einen Betätigungsknopf oder Betätigungshebel mechanisch betätigbar. Hierzu kann z. B. eine Kulissenführung zum Einsatz kommen, wie sie beispielsweise von Kugelschreibern bekannt ist, mittels derer das Eingriffselement von seiner eingefahrenen Position in die ausgefahrene Position gebracht werden kann, in der ausgefahrenen Position dann mechanisch verriegelt ist und durch erneute Betätigung eines Betätigungsknopfes aus der ausgefahrenen Position entriegelt und, unterstützt durch geeignete Vorspannmittel, in die eingefahrene Position zurückgeführt wird.
Umgekehrt kann z. B. auch eine Kulissenführung zum Einsatz kommen, wie sie von Kugelschreibern bekannt ist, mittels derer das Eingriffselement durch Druck auf das Eingriffselement von seiner ausgefahrenen Position in die eingefahrene Position gebracht werden kann, in der eingefahrenen Position dann mechanisch verriegelt ist und durch erneutes Drücken auf das Eingriffselement aus der eingefahrenen Position entriegelt und, unterstützt durch geeignete Vorspannmittel, wiederum in die ausgefahrene Position zurückgeführt wird.
An dem Eingangselement und an dem zweiten Kopplungselement können jeweils magnetische Mittel vorgesehen sein, die beim Ansetzen des ersten Kopplungselements an das zweite Kopplungselement zwischen dem Eingriffselement des ersten Kopplungselements und dem zweiten Kopplungselement wirken. Diese magnetischen Mittel erzeugen eine magnetische Anziehungskraft zwischen dem Eingriffselement des ersten Kopplungselements und dem zweiten Kopplungselement und bewirken zum einen eine Anziehung zwischen dem ersten Kopplungselement und dem zweiten Kopplungselement beim Ansetzen des ersten Kopplungselements an das zweite Kopplungselement, so dass das Überführen der Vorrichtung in die Schließstellung magnetisch unterstützt wird und damit auf leichte, für einen Nutzer haptisch angenehme Weise erfolgt. Zum anderen können die magnetischen Mittel – wenn das erste Kopplungselement dem zweiten Kopplungselement zum Schließen der Vorrichtung angenähert wird – aufgrund der zwischen dem Eingriffselement und dem zweiten Kopplungselement wirkenden Anziehungskraft auch dafür sorgen, dass das Eingriffselement von seiner eingefahrenen Position (in der es zumindest teilweise in dem Gehäuse des ersten Kopplungselements eingefasst ist) in die ausgefahrene Position überführt wird. Die magnetischen Mittel bewirken somit ein automatisches Ausfahren des Eingriffselements in die ausgefahrene Position, wenn die Kopplungselemente aneinander angesetzt werden, so dass das Eingriffselement zum Schließen der Vorrichtung in die Aufnahmeöffnung des zweiten Kopplungselements eingesetzt und auf diese Weise die Wirkverbindung zwischen dem ersten Kopplungselement und dem zweiten Kopplungselement hergestellt werden kann.
Die magnetischen Mittel können beispielsweise als (Permanent-)Magnete ausgebildet sein, von denen einer an dem Eingriffselement und ein anderer an dem zweiten Kopplungselement angeordnet ist. Denkbar ist auch, einerseits einen Magneten und andererseits einen aus einem ferromagnetischen Material gefertigten magnetischen Anker zu verwenden.
Gegebenenfalls können die Spulen auch mit einem Gleichstrom bestromt werden, so dass nach Art von Elektromagneten eine anziehende Kraft zwischen den Spulen erzeugt wird. Selbstverständlich kann eine solche Bestromung einer Spule an einem Kopplungselement auch in Kombination mit einem Anker oder (Permanent-)Magneten an dem anderen Kopplungselement zum Einsatz kommen.
Über das Eingriffselement des ersten Kopplungselements kann eine vorteilhafte induktiven Kopplung zwischen der ersten Spule des ersten Kopplungselements und der zweiten Spule des zweiten Kopplungselements erreicht werden, wobei das Eingriffselement durch den Eingriff in die Aufnahmeöffnung des zweiten Kopplungselements das erste Kopplungselement auch in einer Ebene quer zur Schließrichtung relativ zu dem zweiten Kopplungselement festlegt. Darüber hinaus kann das Eingriffselement auch, in einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung, eine mechanische Verriegelung des ersten Kopplungselements mit dem zweiten Kopplungselement entgegen der Schließrichtung herstellen, so dass in der Schließstellung das erste Kopplungselement sicher und fest in allen Raumrichtungen an dem zweiten Kopplungselement gehalten ist.
Hierzu kann das Eingriffselement einen Rastabschnitt und das zweite Kopplungselement ein zumindest abschnittsweise federelastisch ausgebildetes Federverriegelungselement aufweisen. in der Schließstellung stehen das Eingriffselement und das Federverriegelungselement miteinander in Eingriff, so dass das erste Kopplungselement entgegen der Schließrichtung gegenüber dem zweiten Kopplungselement verriegelt ist. In der Schließstellung wird somit über den Rastabschnitt des Eingriffselements des ersten Kopplungselements und das Federverriegelungselement des zweiten Kopplungselements eine formschlüssige Verriegelung zwischen dem ersten Kopplungselement und dem zweiten Kopplungselement hergestellt, so dass das erste Kopplungselement nicht ohne weiteres von dem zweiten Kopplungselement entnommen werden kann.
Zum Lösen der Kopplungselemente voneinander können das Federverriegelungselement und das Eingriffselement relativ zueinander bewegt werden, um das Federverriegelungselement und das Eingriffselement aus ihrem formschlüssigen Eingriff zu bringen.
Mechanische Verrastungen dieser Art sind beispielsweise aus der WO 2008/006357 A2 , der WO 2009/092368 A2 , der WO 2010/006594 A2 , der WO 2008/006354 A2 , der WO 2008/006356 A2 , der WO 2009/010049 A2 und der WO 2009/12796 A2 bekannt, deren Inhalt in die vorliegende Anmeldung mit einbezogen werden soll. Die in diesen Druckschriften beschriebenen Prinzipien mechanischer Verrastungen sind auch bei der hier vorgeschlagenen induktiven Kopplungsvorrichtung einsetzbar.
Zum Unterstützen des Überführens des ersten Kopplungselements in die Schließstellung können, wie oben beschrieben, magnetische Mittel vorgesehen sein, die zwischen dem Eingriffselement des ersten Kopplungselements und dem zweiten Kopplungselement wirken. Diese magnetischen Mittel können hierbei so dimensioniert sein, dass beim Ansetzen des ersten Kopplungselements an das zweite Kopplungselement das Eingriffselement in seine ausgefahrene Position gebracht und in dieser ausgefahrenen Position gehalten wird, um rastend mit dem Federverriegelungselement in Eingriff gebracht zu werden. Diesem liegt zugrunde, dass zum Verrasten des Eingriffselements mit dem Federverriegelungselement das Federverriegelungselement elastisch abschnittsweise beiseite gedrängt werden muss, damit das Eingriffselement mit seinem Rastabschnitt formschlüssig mit dem Federverriegelungselement in Eingriff gelangen kann. Die hierfür erforderliche Kraft sollte die durch die magnetischen Mittel erzeugte magnetische Anziehungskraft nicht übersteigen, um ein Einfahren des Eingriffselements beim Ansetzen an das Federverriegelungselement zu verhindern.
In einer konkreten Ausgestaltung kann das Federverriegelungselement zum Lösen der Kopplungselemente voneinander in eine im Wesentlichen quer zur Schließrichtung gerichtete Öffnungsrichtung relativ zu dem Eingriffselement verschoben werden, um auf diese Weise das Federverriegelungselement und das Eingriffselement außer Eingriff zu bringen.
Denkbar ist hierzu, dass das erste Kopplungselement und das zweite Kopplungselement in die Öffnungsrichtung gegeneinander bewegt werden und damit das Federverriegelungselement in die quer zur Schließrichtung gerichtete Öffnungsrichtung außer Eingriff mit dem Eingriffselement gebracht wird. Möglich ist aber auch, dass das zweite Kopplungselement ein an einem Gehäuse gelagertes Verstellelement aufweist, das entlang der Öffnungsrichtung verschiebbar an dem Gehäuse gelagert ist, das Federverriegelungselement trägt und betätigt werden kann, um das Federverrieglungselement außer Eingriff mit dem Eingriffselement zu bringen.
Das Federverriegelungselement erstreckt sich vorzugsweise in eine Umfangsrichtung um die Schließrichtung und umgreift in der Schließstellung das Eingriffselement in Umfangsrichtung zumindest abschnittsweise. Das Federverriegelungselement ist dabei in die Öffnungsrichtung umfänglich geöffnet, so dass das Federverriegelungselement in die Öffnungsrichtung relativ zu dem Eingriffselement bewegt werden kann, um das Federverriegelungselement außer Eingriff mit dem Eingriffselement zu bringen.
In einer Ausführungsform einer induktiven Kopplungsvorrichtung kann das erste Kopplungselement zwei Eingriffselemente umfassen, die jeweils verschiebbar an dem Gehäuse angeordnet sind und denen jeweils eine elektrische Spule des ersten Kopplungselements zugeordnet ist. Hierbei kann an jedem Eingriffselement eine elektrische Spule angeordnet sein, die zusammen mit dem Eingriffselement verfahren werden kann. Denkbar ist aber auch, jeweils eine elektrische Spule im Bereich eines Eingriffselements an dem Gehäuse des ersten Kopplungselements vorzusehen, wobei das Eingriffselement in diesem Fall als magnetischer Anker ausgestaltet sein kann, um eine vorteilhafte induktive Kopplung mit einer an dem zweiten Kopplungselement angeordneten Spule bereitzustellen. Jedes Eingriffselement greift in der Schließstellung in eine gesonderte Aufnahmeöffnung des zweiten Kopplungselements ein, wobei im Bereich jeder dieser Aufnahmeöffnungen eine elektrische Spule angeordnet ist, so dass über jedes Eingriffselement eine induktive Kopplung einer an dem ersten Kopplungselement angeordneten ersten Spule und einer an dem zweiten Kopplungselement angeordneten zweiten Spule bereitgestellt wird.
Zur Erhöhung des Wirkungsgrads der induktiven Kopplung kann an jedem oder auch nur an einem der Eingriffselemente ein magnetischer Anker vorgesehen sein. Dies betrifft sowohl die Variante, bei der Spulen an den Eingriffselementen angeordnet sind, als auch die Variante, bei der die Spulen ortsfest an dem Gehäuse des ersten Kopplungselements im Bereich der Eingriffselemente angeordnet sind.
Über die beiden Eingriffselemente, denen jeweils eine separate Spule des ersten Kopplungselements zugeordnet ist, können zwei induktiv gekoppelte Kanäle bereitgestellt werden. Diese beiden Kanäle können jeweils zur Übertragung elektrischer Energie von einem Kopplungselement hin zum anderen Kopplungselement zur elektrischen Versorgung eines mit einem der Kopplungselemente verbundenen elektrischen Geräts verwendet werden. Denkbar ist aber auch, einen der Kanäle zur Übertragung elektrischer Energie und den anderen der Kanäle zur elektronischen Datensignalübertragung zu verwenden. Die Energieübertragung erfolgt hierbei beispielsweise in niederfrequenter Weise (im Hz- oder kHz-Bereich), wobei für eine effektive Energieübertragung ein magnetischer Anker an dem hierfür verwendeten Eingriffselement vorgesehen sein kann. Die elektronische Datensignalübertragung kann demgegenüber in hochfrequenter Weise (beispielsweise im MHz- oder GHz-Bereich) erfolgen, wobei hierfür an dem Eingriffselement vorteilhafterweise kein magnetischer Anker vorgesehen ist, der möglicherweise die Qualität einer hochfrequenten Datensignalübertragung beeinträchtigen könnte.
Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke soll nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:
1A eine schematische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur induktiven Kopplung zweier Bauteile, in einem geöffneten Zustand, in dem sich ein Eingriffselement an einem ersten Kopplungselement in einer eingefahrenen Position befindet;
1B eine schematische Ansicht der Vorrichtung, darstellend das Eingriffselement in einer ausgefahrenen Position;
1C eine schematische Ansicht der Vorrichtung in einer Schließstellung;
2A eine schematische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur induktiven Kopplung, in einem geöffneten Zustand;
2B eine schematische Ansicht der Vorrichtung, bei ausgefahrenem Eingriffselement;
2C eine Ansicht der Vorrichtung in der Schließstellung;
3 eine schematische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur induktiven Kopplung;
4A eine schematische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur induktiven Kopplung zweier Bauteile, in geöffnetem Zustand;
4B eine schematische Ansicht der Vorrichtung, bei aneinander angesetzten Kopplungselementen;
4C eine Ansicht der Vorrichtung in der Schließstellung;
5A eine schematische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispieles einer Vorrichtung, in geöffnetem Zustand;
5B eine Ansicht der Vorrichtung in der Schließstellung;
6A ein gegenüber der Ausführungsform gemäß 5A, 5B modifiziertes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur induktiven Kopplung zweier Bauteile, in geöffnetem Zustand;
6B eine Ansicht der Vorrichtung gemäß 6A, in der Schließstellung;
7 eine Explosionsansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur induktiven Kopplung zweier Bauteile, die gleichzeitig eine mechanische Verrastung zur Verfügung stellt;
8 eine Explosionsansicht der Vorrichtung gemäß 7, aus anderer Perspektive;
9A, 9B Ansichten der Vorrichtung gemäß 7 und 8 in einem geöffneten Zustand;
10A, 10B Ansichten der Vorrichtung gemäß 7 und 8 in geöffnetem Zustand, jedoch bei ausgefahrenen Eingriffselementen;
11A, 11B Ansichten der Vorrichtung gemäß 7 und 8 in der Schließstellung und
12A, 12B Ansichten der Vorrichtung gemäß 7 und 8 in einem entriegelten Zustand.
Bei den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen werden für Bauteile gleicher Funktion, soweit dies zweckdienlich ist, gleiche Bezugszeichen verwendet.
1A bis 1C zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 1 zur induktiven Kopplung zweier Bauteile. Die Vorrichtung 1 weist ein erstes Kopplungselement 2 und ein zweites Kopplungselement 3 auf, die jeweils mit einem elektrischen Gerät, beispielsweise einerseits einem elektrischen Energieversorgungssystem und andererseits einem zu versorgenden Endgerät, verbunden sein können. Über die Kopplungselemente 2, 3 können die Bauteile induktiv zum Zweck einer elektrischen Energieübertragung oder auch für eine elektronische Datenübertragung miteinander gekoppelt werden.
1A zeigt die Vorrichtung 1 in einem geöffneten Zustand, in dem die Kopplungselemente 2, 3 getrennt voneinander vorliegen. Das erste Kopplungselement 2 weist eine Gehäuse 21 und ein in einer Aufnahmekammer 213 des Gehäuses 21 angeordnetes Eingriffselement 22 auf, das entlang einer Bewegungsrichtung B in der Aufnahmekammer 213 beweglich ist. Dieses Eingriffselement 22 kann zwischen einer eingefahrenen Position, dargestellt in 1A, und einer ausgefahrenen Position, dargestellt in 1B, entlang der Bewegungsrichtung B verfahren werden und erstreckt sich in der ausgefahrenen Position durch eine Öffnung 211 an dem Gehäuse 21 hindurch, wobei durch einen die Öffnung 211 begrenzenden Randabschnitt, an dem das Eingriffselement 22 in der ausgefahrenen Position mit einem Flansch 225 anliegt, ein Endanschlag für die ausgefahrene Position definiert ist. In der eingefahrenen Position gemäß 1A ist das Eingriffselement 22 zumindest weitestgehend von dem Gehäuse 21 des ersten Kopplungselements 2 eingefasst und steht nach außen hin von dem Gehäuse 21 nicht oder zumindest nicht störend vor.
Das zweite Kopplungselement 3 weist ein Gehäuse 31 und eine darin angeordnete Aufnahmeöffnung 310 auf. In seiner ausgefahrenen Position, dargestellt in 1B, kann das Eingriffselement 22 mit der Aufnahmeöffnung 310 in Eingriff gebracht werden, wobei hierzu das erste Kopplungselement 2 in eine Schließrichtung X an das zweite Kopplungselement 3 angesetzt und das Eingriffselement 22 in die Aufnahmeöffnung 310 eingesteckt wird.
In einer Schließstellung, dargestellt in 1C, greift das Eingriffselement 22 in die Aufnahmeöffnung 310 des zweiten Kopplungselements 1.
An dem Eingriffselement 22 des ersten Kopplungselements 2 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine elektrische Spule 4 angeordnet, die sich entlang einer Umfangsrichtung U um die Schließrichtung X an dem zumindest abschnittsweise zylindrischen Eingriffselement 22 erstreckt und mehrere Windungen aufweist. An dem zweiten Kopplungselement 3 ist eine weitere Spule 5 angeordnet, die sich um die beispielsweise zylindrische Aufnahmeöffnung 310 des Gehäuses 31 entlang der Umfangsrichtung U um die Schließrichtung X erstreckt. Diese zweite Spule 5 weist einen größeren Durchmesser als die erste Spule 4 an dem Eingriffselement 22 auf.
Die erste Spule 4 kann in einer in die Mantelfläche des zumindest abschnittsweise zylindrisch ausgebildeten Eingriffselements 22 angeordnet sein, während die Spule 5 in einer Vertiefung der Mantelfläche der korrespondierend zumindest abschnittsweise zylindrisch ausgebildeten Aufnahmeöffnung 310 des Gehäuses 31 einliegen kann. Denkbar ist auch, die Spulen 4, 5 in das Eingriffselement 22 und das Gehäuse 31 einzuspritzen, wobei das Eingriffselement 22 und das Gehäuse 31 hierzu zumindest teilweise aus Kunststoff ausgebildet sein können.
In der Schließstellung greift das Eingriffselement 22 derart in die Aufnahmeöffnung 310 ein, dass die Spule 4 des Eingriffselements 22 umfänglich von der Spule 5 an dem Gehäuse 31 des zweiten Kopplungselements 3 umgeben ist (siehe 1C). Die Spulen 4, 5 befinden sich axial in Richtung der Schließrichtung X gesehen somit im Wesentlichen auf der gleichen Höhe, so dass die Spule 4 an dem Eingriffselement 22 von der Spule 5 an dem Gehäuse 31 überdeckt ist und die Spule 4 in die Spule 5 eingreift. Auf diese Weise wird eine vorteilhafte induktive Kopplung zwischen den Spulen 4, 5 bereitgestellt, so dass ein an einer der Spulen 4, 5 anliegender Strom mit hohem Wirkungsgrad eine Spannung an der anderen der Spulen 4, 5 induziert.
Das Eingriffselement 22 kann zum Überführen von seiner eingefahrenen Position (1A) in seine ausgefahrene Position (1B) beispielsweise mechanisch durch einen geeigneten Hebel oder Knopfes betätigt werden. Denkbar ist hierbei beispielsweise, dass an der Aufnahmekammer 213 eine Kulissenführung vorgesehen ist, wie diese beispielsweise von Kugelschreibern bekannt ist, so dass durch Betätigen eines geeigneten Betätigungsknopfes das Eingriffselement 22 in seine ausgefahrene Position überführt werden kann und in der ausgefahrenen Position dann mechanisch verrastet ist, wobei durch erneutes Betätigen des Betätigungsknopfes das Eingriffselement 22 gelöst und zurück in die eingefahrene Position gebracht werden kann.
Zum Zurückführen des Eingriffselements 22 ist eine Feder 224 zwischen dem Eingriffselement 22 und dem Gehäuse 21 des ersten Kopplungselements vorgesehen, die ein Vorspannmittel verwirklicht, welches das Eingriffselement 22 in Richtung seiner eingefahrenen Position gegenüber dem Gehäuse 21 vorspannt (beim Überführen in die ausgefahrene Stellung wird die Feder 224 gespannt und übt somit eine rückstellende Kraft auf das Eingriffselement 22 aus).
Bei einem in 2A bis 2C dargestellten Ausführungsbeispiel sind anstelle der Feder 224 an dem Gehäuse 21, dem Eingriffselement 22 und dem Gehäuse 31 jeweils ein Magnet 212, 223, 331 vorgesehen. Diese Magnete 212, 223, 331 verwirklichen zum einen Vorspannmittel zum Vorspannen des Eingriffselements 22 gegenüber dem Gehäuse 21 und zum anderen magnetische Mittel, aufgrund derer das Eingriffselement 22 beim Ansetzen des ersten Kopplungselements 2 an das zweite Kopplungselement 3 in die Bewegungsrichtung B in seine ausgefahrene Position (2B) überführt und zudem der Ansetzvorgang magnetisch unterstützt wird.
Der Magnet 223 an dem Eingriffselement 22 und der Magnet 331 an dem Gehäuse 31 stehen sich hierzu mit ungleichnamigen Polen gegenüber und ziehen sich magnetisch an, so dass beim Ansetzen des ersten Kopplungselements 2 an das zweite Kopplungselement 3 das Eingangselement 22 aufgrund der magnetischen Anziehungskraft der Magnete 223, 331 in seine ausgefahrene Position gezogen wird, so dass das Eingriffselement 22 mit der Aufnahmeöffnung 310 in Eingriff gebracht werden kann (siehe 2B und 2C). Aufgrund der anziehenden Kraft zwischen den Magneten 223, 331 wird zudem das erste Kopplungselement 2 beim Ansetzen hin zu dem zweiten Kopplungselement 3 gezogen, so dass der Ansetzvorgang in leichter, für einen Nutzer haptisch angenehmer Weise erfolgen kann.
Der Magnet 212 an dem Gehäuse 21 steht dem Magneten 223 an dem Eingriffselement 22 ebenfalls mit ungleichnamigem Pol und damit anziehend gegenüber. Der Magnet 212 ist dabei jedoch so dimensioniert, dass die magnetische Anziehungskraft zwischen den Magneten 223, 331 an dem Eingriffselement 22 und an dem Gehäuse 31 des zweiten Verschlusselements 3 bei hinreichender Annährung des ersten Kopplungselements 2 an das zweite Kopplungselement 3 die magnetische Anziehungskraft der Magnete 212, 223 übersteigt, so dass das Eingriffselement 22 in seine ausgefahrene Position überführt wird. Wird jedoch das erste Kopplungselement 2 wieder von dem zweiten Kopplungselement 3 gelöst und hinreichend weit von dem zweiten Kopplungselement 3 entfernt, so bewirkt die magnetische Anziehungskraft zwischen den Magneten 212, 223 an dem Gehäuse 21 einerseits und dem Eingriffselement 22 andererseits eine rückstellende Kraft auf das Eingriffselement 22, aufgrund derer das Eingriffselement 22 in seine eingefahrene Position in die Aufnahmekammer 213 hineingezogen wird (siehe 2A).
Ansonsten ist die Vorrichtung 1 gemäß 2A bis 2C funktionsgleich wie die Vorrichtung gemäß 1A bis 1C, insbesondere mit Blick auf die induktive Kopplung der Spulen 4, 5, so dass diesbezüglich auf das vorangehend zu 1A bis 1C Ausgeführte verwiesen wird.
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem an dem Eingriffselement 22 ein magnetischer Anker 6 in Form eines ferromagnetischen Eisenkerns angeordnet ist. Dieser magnetische Anker 6 verbessert zum einen die induktive Kopplung zwischen den Spulen 4, 5 und steht zum zweiten einem Magneten 331 an dem Gehäuse 31 des zweiten Kopplungselements 3 anziehend gegenüber, so dass aufgrund der magnetischen Wechselwirkung zwischen dem Magneten 331 und dem magnetischen Anker 6 eine magnetische Anziehungskraft zum Ausfahren des Eingriffselements 22 aus seiner eingefahrenen Position in die ausgefahrene Position (analog 1B und 2B) und zum magnetischen Unterstützen des Ansetzvorgangs des ersten Kopplungselements 2 an das zweite Kopplungselement 3 bewirkt wird.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 ist eine Feder 224 zum Vorspannen des Eingriffselements 22 gegenüber dem Gehäuse 21 in Richtung der eingefahrenen Position vorgesehen. Denkbar ist aber auch hier, einen Magneten an dem Gehäuse 21 vorzusehen, der eine magnetische, vorspannende Anziehungskraft auf den magnetischen Anker 6 ausübt (analog dem Ausführungsbeispiel gemäß 2A bis 2C).
Ansonsten ist dieses Ausführungsbeispiel funktionsgleich wie die vorangehend anhand von 1A bis 1C und 2A bis 2C beschriebenen Ausführungsbeispiele.
4A bis 4C zeigen ein Ausführungsbeispiel einer Kopplungsvorrichtung, bei dem, im Unterschied zu den vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispielen, die Spule 4 feststehend an dem Gehäuse 21 des ersten Kopplungselements 2 angeordnet ist und die Öffnung 211 an dem Gehäuse 21 umfänglich umschließt. Das Eingriffselement 22 weist hierbei einen magnetischen Anker 6 auf (oder ist vollständig durch einen magnetischen Anker 6 aus einem ferromagnetischen Material ausgebildet), der in einer ausgefahrenen Position, dargestellt in 4C, in die Aufnahmeöffnung 310 des Gehäuses 31 des zweiten Kopplungselements 3 eingreift und auf diese Weise die Spule 4 des ersten Kopplungselements 2 und die Spule 5 des zweiten Kopplungselements 3 für eine wirkungsvolle induktive Kopplung der beiden Spulen 4, 5 miteinander durchgreift.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 4A bis 4C kann, analog wie vorangehend beschrieben, ein Magnet an dem Gehäuse 31 des zweiten Kopplungselements 3 angeordnet sein, um ein automatisches Ausfahrens des Eingriffselements 2 in die ausgefahrene Position beim Ansetzen des ersten Kopplungselements 2 in die Schließrichtung X an das zweite Kopplungselement 3 zu bewirken. Ein weiterer Magnet kann zum Bereitstellen einer Vorspannung des Eingriffselements 22 gegenüber dem Gehäuse 21 des ersten Kopplungselements 2 an dem Gehäuse 21 vorgesehen sein, wobei alternativ auch eine mechanische Feder zwischen dem Gehäuse 21 und dem Eingriffselement 22 vorgesehen sein kann.
Bei einem in 5A und 5B dargestellten Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 1 sind an dem ersten Kopplungselement 2 zwei Eingriffselemente 22a, 22b vorgesehen, die jeweils in einer Aufnahmekammer 213a, 213b entlang einer Bewegungsrichtung B verschiebbar angeordnet sind. An jedem dieser Eingriffselemente 22a, 22b ist eine elektrische Spule 4a, 4b angeordnet, die zusammen mit dem jeweiligen Eingriffselement 22a, 22b aus einer eingefahrenen Position (5A) in eine ausgefahrene Position (5B) überführt werden kann, um mit einer Aufnahmeöffnung 310a, 310b an dem Gehäuse 31 des zweiten Kopplungselements 3 in Eingriff gebracht zu werden und in einer Schließstellung, in der die Eingriffselemente 22a, 22b in die Aufnahmeöffnungen 310a, 310b eingreifen, jeweils für eine wirkungsvolle induktive Kopplung in eine Spule 5a, 5b an der jeweils zugeordneten Aufnahmeöffnung 310a, 310b einzugreifen.
Die Spulen 4a, 4b erstrecken sich jeweils in eine Umfangsrichtung U um die zumindest abschnittsweise zylindrisch ausgebildeten Eingriffselemente 22a, 22b. Zudem ist an jeder der Aufnahmeöffnungen 310a, 310b eine elektrische Spule 5a, 5b angeordnet, die sich ebenfalls entlang einer Umfangsrichtung U um die zugeordnete Aufnahmeöffnung 310a, 310b erstreckt.
Zur weiteren Verbesserung der induktiven Kopplung ist an den Eingriffselementen 22a, 22b ein magnetischer Anker 6 vorgesehen, der die Eingriffselemente 22a, 22b magnetisch miteinander verbindet. Mit einem Ankerabschnitt 60, 61 liegt dieser magnetische Anker 6 dabei jeweils in einem Eingriffselement 22a, 22b ein, wobei die Ankerabschnitte 60, 61 durch einen transvers zu den Ankerabschnitten 60, 61 gerichteten, in dem Gehäuse 21 entlang der Bewegungsrichtung B zusammen mit den Eingriffselementen 22a, 22b bewegbaren Ankerabschnitt 62 miteinander verbunden sind.
Der magnetische Anker 6 kann beispielsweise aus einem ferromagnetischen Material, beispielsweise aus Eisen, hergestellt sein.
Bei einem gegenüber dem Ausführungsbeispiel gemäß 5A und 5B modifizierten Ausführungsbeispiel ist an dem zweiten Kopplungselement 3 zusätzlich ein magnetischer Rückschluss 6' beispielsweise in Form einer ferromagnetischen Platte vorgesehen, der die Aufnahmeöffnungen 310a, 310b rückseitig verschließt. Über den magnetischen Rückschluss 6' wird in der Schließstellung (dargestellt in 6B) zusammen mit dem magnetischen Anker 6 ein weitestgehend geschlossener magnetischer Kreis geschaffen, der durch den magnetischen Rückschluss 6' und den magnetischen Anker 6 gebildet ist und, nach Art eines Ringkerntransformators, eine induktive Kopplung der Spulen 4a, 4b, 5a, 5b mit hohem Wirkungsgrad bereitstellt.
7 bis 12 zeigen, ein weiteres Ausführungsbeispiel einer induktiven Kopplungsvorrichtung 1, die ein erstes Kopplungselement 2 und ein zweites Kopplungselement 3 aufweist, die in einer geöffneten Stellung getrennt voneinander vorliegen, zum Schließen in eine Schließrichtung X aneinander angesetzt werden können und in einer Schließstellung miteinander verriegelt sind.
In Aufnahmekammern 213a, 213b an einem Gehäuse 21 des ersten Kopplungselements 2 sind zwei Eingriffselemente 22a, 22b beweglich angeordnet, und an einem Gehäuse 31 des zweiten Kopplungselements 3 sind zwei Federverriegelungselemente 34a, 34b vorgesehen. Über die Eingriffselemente 22a, 22b kann bei diesem Ausführungsbeispiel einerseits über an den. Eingriffselementen 22a, 22b und dem zweiten Kopplungselement 3 angeordnete elektrische Spulen 4a, 4b, 5a, 5b (siehe 9B) eine wirkungsvolle induktive Kopplung zweier mit den Kopplungselementen 2, 3 verbundener elektrischer Geräte bereitgestellt werden. Andererseits schaffen die Eingriffselemente 22a, 22b durch einen Eingriff in die Federverriegelungselemente 34a, 34b in einer Schließstellung (11B) eine mechanische Verrastung der Kopplungselemente 2, 3 für einen sicheren, belastbaren Halt der Kopplungselemente 2, 3 aneinander.
Die Eingriffselemente 22a, 22b greifen in der Schließstellung in Aufnahmeöffnungen 310a, 310b des zweiten Kopplungselements 3 ein und sind mit den Federverriegelungselementen 34a, 34b verrastet, so dass das erste Kopplungselement 2 in der Schließstellung mechanisch mit dem zweiten Kopplungselement 3 verriegelt ist. Jedes Eingriffselement 22a, 22b weist hierzu einen Rastabschnitt 222a, 222b auf, der in der Schließstellung formschlüssig an einem Rastabschnitt 340a, 340b des zugeordneten Federverriegelungselements 34a, 34b anliegt (siehe 11B).
An den Eingriffselementen 22a, 22b des ersten Kopplungselements 2 ist jeweils eine aus mehreren Windungen bestehende elektrische Spule 4a, 4b angeordnet, die sich umfänglich um das Eingriffselement 22a, 22b erstreckt und zusammen mit dem Eingriffselement 22a, 22b beweglich ist. Diese Spulen 4a, 4b sind jeweils einer Spule 5a, 5b im Bereich der Aufnahmeöffnung 310a, 310b an dem Gehäuse 31 des zweiten Kopplungselements 3 zugeordnet. Die Spulen 4a, 4b, 5a, 5b können einerseits beispielsweise mit einem elektrischen Versorgungssystem oder einer Datenquelle oder andererseits mit einem elektrisch zu versorgendem oder Daten empfangendem Endgerät wie einem Mobiltelefon oder einem Navigationsgerät verbunden sein. In der Schließstellung, dargestellt in 11B, stehen sich diese Spulen 4a, 4b, 5a, 5b so gegenüber, dass sie elektromagnetisch miteinander gekoppelt sind und ein Stromfluss in der einen der Spulen 4a, 4b, 5a, 5b eine Spannung in der anderen der Spulen 4a, 4b, 5a, 5b induziert.
Jedes Eingriffselement 22a, 22b trägt einen Magneten 223a, 223b. Zudem ist an Aufnahmeöffnungen 214a, 214b des Gehäuseabschnitts 210 jeweils ein Magnet 212a, 212b angeordnet, der die Aufnahmekammer 213a, 213b rückseitig (d. h. zu einer von dem anderen, zweiten Kopplungselement 3 in der Schließstellung abgewandten Seiten hin) verschließt (vergleiche 7).
An dem Gehäuse 31 des zweiten Kopplungselements 3 ist ein Gehäuseteil 32 fest angeordnet, an dem ein Verstellelement 33 entlang einer Öffnungsrichtung Y verschiebbar angeordnet ist, das einerseits zwei Federverriegelungselemente 34a, 34b an Halteabschnitten 330a, 330b in drehfester Weise trägt und andererseits über Aufnahmeöffnungen 232a, 232b mit Magneten 331a, 331b verbunden ist.
Das Verstellelement 33 ist entlang der Öffnungsrichtung Y über Formschlusselemente 320 verschiebbar an dem Gehäuseteil 32 gehalten und kann entlang von Längsführungsabschnitten 323 relativ zu dem Gehäuseteil 32 verschoben werden (siehe 8). Endstellungen des Verstellelements 33 werden entlang der Öffnungsrichtung Y einerseits durch einen Anschlagsabschnitt 321 und andererseits durch Anschläge 322, die in Aussparungen 333 an dem Verstellelement 33 einliegen, definiert.
Das erste Kopplungselement 2 kann in eine Schließrichtung X an das zweite Kopplungselement 3 angesetzt werden, um die Vorrichtung 1 in ihre Schließstellung zu überführen, wie nachfolgend anhand von 9 bis 12 noch im Einzelnen erläutert werden soll. Die Federverriegelungselemente 34a, 34b des zweiten Kopplungselements 3 erstrecken sich hierbei entlang einer Umfangsrichtung U in einer Ebene quer zur Schließrichtung X und sind umfänglich durch eine Öffnung 341a, 341b abschnittsweise geöffnet. Dies bewirkt, dass das zugeordnete Eingriffselement 22a, 22b in die Schließrichtung X einerseits in vergleichsweise einfacher Weise ohne großen Kraftaufwand an das Federverrieglungselement 34a, 34b angesetzt werden kann, indem das Eingriffselement 22a, 22b mit seinem Rastabschnitt 222a, 222b (der umfänglich am Eingriffselement 22a, 22b umläuft) in die Schließrichtung X an den Rastabschnitt 340a, 340b des Federverriegelungselements 34a, 34b angesetzt wird und hierdurch das Federverriegelungselement 34a, 34b quer zur Schließrichtung X aufweitet, so dass der Rastabschnitt 222a, 222b des Eingriffselements 22a, 22b mit dem Rastabschnitt 340a, 340b des Federverriegelungselements 34a, 34b rastend in Eingriff gelangt.
Zum Öffnen wird das Verstellelement 33 zusammen mit den Federverriegelungselementen 34a, 34b in eine Öffnungsrichtung Y, die im Wesentlichen quer zur Schließrichtung X gerichtet ist, relativ zu den Eingriffselementen 22a, 22b verschoben, so dass jedes Eingriffselement 22a, 22b durch die umfängliche Öffnung 341a, 341b an dem zugeordneten Federverriegelungselement 34a, 34b geführt wird und außer Eingriff mit dem Federverriegelungselement 34a, 34b gelangt.
9A und 9B zeigen die Vorrichtung 1 in einem Zustand vor dem Schließen. In diesem Zustand sind die Eingriffselemente 22a, 22b des ersten Kopplungselements 2 in die Aufnahmekammern 213a, 213b an dem Gehäuseabschnitt 210 eingefahren und stehen nicht oder zumindest nicht störend über das Gehäuse 21 hinaus nach außen hin vor.
Wird das erste Kopplungselement 2 dem zweiten Kopplungselement 3 angenähert, so bewirken magnetische Anziehungskräfte zwischen den Magneten 223a, 223b, 231a, 231b an den Eingriffselementen 22a, 22b einerseits und an dem Verstellelement 33 andererseits, dass die Eingriffselemente 22a, 22b aus ihrer eingefahrenen Position in eine in 10A und 10B dargestellte ausgefahrene Position überführt werden.
In der ausgefahrenen Stellung erstrecken sich die Eingriffselemente 22a, 22b jeweils durch Öffnung 211a, 211b an dem Gehäuse 211 hindurch und stehen nach außen hin von dem Gehäuse 21 in Richtung des zweiten Kopplungselements 3 vor. Die Eingriffselemente 22a, 22b liegen dabei jeweils mit Flanschen 225a, 225b an einem die zugeordnete Öffnung 211a, 211b begrenzenden Randabschnitt an, so dass über den Flansch 225a, 225b ein Anschlag für die ausgefahrene Position definiert ist (10B).
In der ausgefahrenen Position können die Eingriffselemente 22a, 22b in die Aufnahmeöffnungen 310a, 310b an dem Gehäuse 31 des zweiten Kopplungselements 3 eingeführt werden, um in rastenden Eingriff mit den Federverriegelungselementen 34a, 34b gebracht zu werden.
Die Magnete 223a, 223b, 331a, 331b verwirklichen magnetische Mittel zum Erzeugen einer Anziehungskraft zwischen den Eingriffselementen 22a, 22b und dem zweiten Kopplungselement 3 und erfüllen zweierlei Funktion. Zum einen bewirken die magnetischen Mittel 223a, 223b, 331a, 331b, dass die Eingriffselemente 22a, 22b beim Ansetzen des ersten Kopplungselements 2 an das zweite Kopplungselement 3 aus der eingefahrenen Position (siehe 9B) in die ausgefahrene Position (siehe 10B) überführt werden. Zum anderen erzeugen die magnetischen Mittel 223a, 223b, 331a, 331b eine magnetische Anziehungskraft, die das Schließen der Vorrichtung 1 magnetisch unterstützt und die Eingriffselemente 22a, 22b in Eingriff mit den Federverriegelungselementen 34a, 34b zieht, so dass die mechanische Verrastung der Eingriffselemente 22a, 22b mit den Federverriegelungselementen 34a, 34b bei geeigneter Dimensionierung der Magnete 223a, 223b, 331a, 331b in weitestgehend selbsttätiger Weise hergestellt werden kann.
Die magnetischen Mittel in Form der Magnete 223a, 223b, 331a, 331b sind so dimensioniert, dass beim Ansetzen der Eingriffselemente 22a, 22b an die Federverriegelungselemente 34a, 34b die Eingriffselemente 22a, 22b nicht in die eingefahrene Position zurückgestellt werden, sondern der Rastabschnitt 222a, 222b jedes Eingriffselements 22a, 22b in Eingriff mit dem Rastabschnitt 340a, 340b des zugeordneten Federverriegelungselements 34a, 34b gelangen und hierzu das Federverriegelungselement 34a, 34b in Richtung eines Aufweitens beiseite drängen kann.
In verrastetem Zustand, entsprechend der Schließstellung der Vorrichtung 1 und dargestellt in 11A und 11B, sind die Rastabschnitte 222a, 222b der Eingriffselemente 22a, 22b mit den Rastabschnitten 340a, 340b der Federverriegelungselemente 34a, 34b in Eingriff, so dass über diesen Eingriff das erste Kopplungselement 2 in rastender, formschlüssiger Weise an dem zweiten Kopplungselement 3 gehalten ist.
Um die Vorrichtung 1 zu öffnen, wird das Verstellelement 33 zusammen mit den daran angeordneten Federverriegelungselementen 34a, 34b in die Öffnungsrichtung Y relativ zu den Eingriffselementen 22a, 22b bewegt, wie dies in 12A, 12B dargestellt ist. Die Eingriffselemente 22a, 22b werden dadurch durch umfängliche Öffnungen 341a, 341b der Federverriegelungselemente 34a, 34b bewegt und gelangen außer Eingriff mit den Federverriegelungselementen 34a, 34b, so dass die Verriegelung zwischen dem ersten Kopplungselement 2 und dem zweiten Kopplungselement 3 aufgehoben ist und die Eingriffselemente 22a, 22b aus den Aufnahmeöffnungen 310a, 310b des Gehäuses 31 des zweiten Kopplungselements 3 entnommen werden können, um das erste Kopplungselement 2 von dem zweiten Kopplungselement 3 zu entfernen.
In dem entriegelten Zustand sind, durch die Bewegung des Verstellelements 33 in die Öffnungsrichtung Y, gleichzeitig die an dem Verstellelement 33 angeordneten Magnete 331a, 331b relativ zu den Magneten 223a, 223b an den Eingriffselementen 22a, 22b bewegt worden, so dass die magnetische Anziehungskraft zwischen diesen Magneten 223a, 223b, 331a, 331b abgeschwächt ist und das erste Verschlusselement 2 ohne großen Kraftaufwand von dem zweiten Verschlusselement 3 entnommen werden kann. Die Relativbewegung zwischen den Magneten 223a, 223b, 331a, 331b zum Entriegeln entspricht hierbei einer Scherbewegung, bei der die einander zugewandten Stirnflächen der Magnete 223a, 223b, 331a, 331b tangential zueinander bewegt werden, was mit vergleichweise geringem Kraftaufwand möglich ist.
Wie in 12B dargestellt, liegt in dem entriegelten Zustand das Verstellelement 33 an dem Anschlagabschnitt 321 des Gehäuseteils 32 an. Dieser Anschlagabschnitt 321 definiert damit eine Endstellung des Verstellelements 33 im entriegelten Zustand, in dem der Eingriff zwischen den Federverriegelungselementen 34a, 34b und den Eingriffselementen 22a, 22b aufgehoben ist.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 7 bis 12 sind die Eingriffselemente 22a, 22b über magnetische Vorspannmittel in Richtung ihrer eingefahrenen Position gegenüber dem Gehäuse 21 vorgespannt. Die Magnete 223a, 223b an den Eingriffselementen 22a, 22b stehen hierzu den Magneten 212a, 212b an dem Gehäuseabschnitt 210 anziehend gegenüber, so dass, wenn das erste Kopplungselement 2 von dem zweiten Kopplungselement 3 entnommen worden ist, die Eingriffselemente 22a, 22b aufgrund dieser magnetischen Rückstellkraft in ihre eingefahrene Position gemäß 9B zurückgestellt werden.
Anstelle von magnetischen Vorspannmitteln in Form der Magnete 212a, 212b können auch mechanische Federn 224 zum Einsatz kommen, die zwischen den Eingriffselementen 22a, 22b und dem Gehäuseabschnitt 210 wirken, wie dies schematisch in 12B für das Eingriffselement 22b dargestellt ist. Eine solche Feder 224 erzeugt, wenn sie durch das Ausfahren des zugeordneten Eingriffselements 22a, 22b in die ausgefahrene Position gespannt worden ist, eine mechanische Rückstellkraft, die eine Rückstellung des Eingriffselements 22a, 22b in die eingefahrene Position bewirkt, sobald die rückstellende Kraft die magnetische Anziehungskraft der zwischen den Eingriffselementen 22a, 22b und dem zweiten Kopplungselement 3 wirkenden magnetischen Mittel übersteigt.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 7 bis 12 werden über die zwei parallel zueinander angeordneten Eingriffselemente 22a, 22b zwei induktive koppelnde Kanäle bereitgestellt. Diese können beide z. B. für eine elektrische Energieübertragung verwendet werden, um ein mit dem einen Kopplungselement 2, 3 verbundenes elektrisches Endgerät über ein mit dem anderen Kopplungselement 2, 3 verbundenes Versorgungssystem zu versorgen. Denkbar ist aber auch, lediglich einen der Kanäle für eine (niederfrequente) Energieübertragung, den anderen Kanal hingegen für eine (hochfrequente) Datensignalübertragung für eine elektronische Kommunikation zweier Geräte miteinander zu verwenden.
An beiden der Eingriffselemente 22a, 22b kann ein magnetischer Anker zur Verbesserung des Wirkungsgrads der induktiven Kopplung angeordnet sein. Denkbar ist aber auch, nur an einem der Eingriffselemente 22a, 22b einen magnetischen Anker vorzusehen.
Die Eingriffselemente 22a, 22b können auch, zur Bereitstellung eines magnetischen Ankers, ganz oder zumindest teilweise aus einem ferromagnetischen Material gefertigt sein. Der magnetische Anker trägt in diesem Fall gleichzeitig auch die Rastabschnitte 222a, 222b und dient somit auch der mechanischen Verrastung.
Mit der Vorrichtung wird eine mechanisch-magnetische Halterung geschaffen, mit der ein elektrisches Endgerät, beispielsweise ein Mobiltelefon oder ein Navigationsgerät, z. B. an einem Armaturenbrett eines Fahrzeugs lösbar befestigt werden kann und die gleichzeitig die Möglichkeit für eine elektromagnetische (induktive) Kopplung für eine Energieversorgung oder eine Datensignalübertragung des Endgeräts bereitstellt.
Eine Vorrichtung dieser Art kann eingesetzt werden für eine Kopplung

– von Energieverbrauchern wie z. B. elektronischen Kleingeräten (z. B. Mobiltelefon, Fernseher, MP3-Spieler, Computer) oder elektrischen Geräten (z. B. Lampen, Ventilatoren, Wärmeerzeugern, Kühlgeräten)
– mit Energieerzeugern wie z. B. Akkumulatoren oder Netzstromquellen, die wiederum in verschiedensten Gegenständen integriert sein können, wie z. B. Kraftfahrzeuge, Fahrräder, Rollstühle, Möbel, Wände (insbesondere im Radbereich), Schiffe, Flugzeuge, Tische in Flugzeugen, Sportgeräten, Helme oder dergleichen.

Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
2: Kopplungselement
21: Gehäuse
210: Gehäuseabschnitt
211, 211a, 211b: Öffnung
212, 212a, 212b: Magnet
213, 213a, 213b: Aufnahmekammer
214, 214a, 214b: Aufnahmeöffnung
22, 22a, 22b: Eingriffselement
222, 222a, 222b: Rastabschnitt
223, 223a, 223b: Magnet
224: Feder
225, 225a, 225b: Flansch
3: Kopplungselement
31: Gehäuse
310, 310a, 310b: Aufnahmeöffnung
32: Gehäuseteil
320: Formschlusselemente
321: Anschlagabschnitt
322: Anschläge
323: Längsführungsabschnitt
33: Verstellelement
330, 330a, 330b: Halteabschnitt
331, 331a, 331b: Magnet
332, 332a, 332b: Aufnahmeöffnung
333: Aussparungen
34, 34a, 34b: Federverriegelungselement
340, 340a, 340b: Rastabschnitt
341, 341a, 341b: Öffnung
35: Aufnahmeöffnung
4, 5: Elektrische Spule
6: Magnetischer Anker
6': Magnetischer Rückschluss
B: Bewegungsrichtung
U: Umfangsrichtung
X: Schließrichtung
Y: Öffnungsrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2008/006357 A2 [0029]
WO 2009/092368 A2 [0029]
WO 2010/006594 A2 [0029]
WO 2008/006354 A2 [0029]
WO 2008/006356 A2 [0029]
WO 2009/010049 A2 [0029]
WO 2009/12796 A2 [0029]

Claims

Vorrichtung zur induktiven Kopplung zweier Bauteile, mit – einem ersten Kopplungselement, das ein Gehäuse und eine erste elektrische Spule aufweist, und – einem zweiten Kopplungselement, das eine zweite elektrische Spule aufweist, wobei das erste Kopplungselement zur induktiven Kopplung der ersten Spule und der zweiten Spule in eine Schließrichtung an das zweite Kopplungselement ansetzbar ist und in einer Schließstellung der Vorrichtung das erste Kopplungselement und das zweite Kopplungselement zur induktiven Kopplung der ersten Spule und der zweiten Spule in Wirkverbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kopplungselement (2) ein verschiebbar an dem Gehäuse (21) des ersten Kopplungselements (2) angeordnetes Eingriffselement (22, 22a, 22b) aufweist, das in einer eingefahrenen Position zumindest teilweise von dem Gehäuse (21) des ersten Kopplungselements (2) eingefasst ist und in einer ausgefahrenen. Position zum Eingreifen in eine Aufnahmeöffnung (310, 310a, 310b) des zweiten Kopplungselements (3) zur induktiven Kopplung der ersten Spule (4, 4a, 4b) mit der zweiten Spule (5, 5a, 5b) von dem Gehäuse (21) des ersten Kopplungselements (2) vorsteht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Spule (4, 4a, 4b) an dem Eingriffselement (22, 22a, 22b) angeordnet und zusammen mit dem Eingriffselement (22, 22a, 22b) in die ausgefahrene Position überführbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Spule (4, 4a, 4b) sich entlang einer Umfangsrichtung (U) um die Schließrichtung (X) an dem Eingriffselement (22, 22a, 22b) und die zweite Spule (5, 5a, 5b) sich entlang der Umfangsrichtung (U) um die Aufnahmeöffnung (310, 310a, 310b) erstreckt und die erste Spule (4, 4a, 4b) in der Schließstellung zumindest teilweise von der zweiten Spule (5, 5a, 5b) umfänglich umgeben ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Eingriffselement (22, 22a, 22b) ein die erste Spule (4, 4a, 4b) durchgreifender magnetischer Anker (6) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Spule (4, 4a, 4b) an dem Gehäuse (21) des ersten Kopplungselements (2) angeordnet ist und das Eingriffselement (22, 22a, 22b) einen magnetischen Anker (6) trägt, der zusammen mit dem Eingriffselement (22, 22a, 22b) in die ausgefahrene Position überführbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Spule (4, 4a, 4b) sich entlang einer Umfangsrichtung (U) um die Schließrichtung (X) an dem Gehäuse (21) des ersten Kopplungselements (2) erstreckt und die zweite Spule (5, 5a, 5b) sich entlang der Umfangsrichtung (U) um die Aufnahmeöffnung (310, 310a, 310b) erstreckt und die erste Spule (4, 4a, 4b) und die zweite Spule (5, 5a, 5b) in der Schließstellung von dem magnetischen Anker (6) durchgriffen werden.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingriffselement (22) in einer Aufnahmekammer (213, 213a, 213b) des Gehäuses (21) des ersten Kopplungselements (2) verschiebbar angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der eingefahrenen Position das Eingriffselement (22, 22a, 22b) nicht nach außen hin von dem Gehäuse (21) vorsteht.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingriffselement (22, 22a, 22b) in seiner ausgefahrenen Position in die Schließrichtung (X) in die Aufnahmeöffnung (310, 310a, 310b) des zweiten Kopplungselements (3) einsteckbar ist und in der Schließstellung, in der das erste Kopplungselement (2) mit dem zweiten Kopplungselement (3) in Wirkverbindung steht, in die Aufnahmeöffnung (310, 310a, 310b) des zweiten Kopplungselements (3) eingreift.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingriffselement (22, 22a, 22b) zumindest abschnittsweise zylindrisch ausgebildet ist und in der Schließstellung das erste Kopplungselement (2) quer zur Schließrichtung (X) an dem zweiten Kopplungselement (3) hält.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingriffselement (22, 22a, 22b) durch Vorspannmittel (224, 212, 212a, 212b, 223, 223a, 223b) in Richtung der eingefahrenen Position gegenüber dem Gehäuse (21) des ersten Kopplungselements (2) vorgespannt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannmittel durch eine mechanische Feder (224) oder magnetische Mittel (212, 212a, 212b, 223, 223a, 223b) verwirklicht ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingriffselement (22, 22a, 22b) zum Überführen von seiner eingefahrenen Position in seine ausgefahrene Position mechanisch betätigbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Eingriffselement (22, 22a, 22b) und an dem zweiten Kopplungselement (3) jeweils magnetische Mittel (223, 223a, 223b, 331, 331a, 331b) angeordnet sind, die beim Ansetzen des ersten Kopplungselements (2) an das zweite Kopplungselement (3) zwischen dem Eingriffselement (34, 34a, 34b) des ersten Kopplungselements (2) und dem zweiten Kopplungselement (3) wirken und eine magnetische Anziehungskraft zwischen dem Eingriffselement (34, 34a, 34b) des ersten Kopplungselements (2) und dem zweiten Kopplungselement (3) bewirken.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Überführen des Eingriffselements (22, 22a, 22b) von der eingefahrenen Position in die ausgefahrene Position durch die magnetischen Mittel (223, 223a, 223b, 331, 331a, 331b) beim Ansetzen des ersten Kopplungselements (2) an das zweite Kopplungselement (3) bewirkt wird.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingriffselement (22, 22a, 22b) des ersten Kopplungselements (2) einen Rastabschnitt (222, 222a, 222b) und das zweite Kopplungselement (3) ein zumindest abschnittsweise federelastisch ausgebildetes Federverriegelungselement (34, 34a, 34b) aufweist, wobei in der Schließstellung das Eingriffselement (22, 22a, 22b) und das Federverriegelungselement (34, 34a, 34b) miteinander in Eingriff stehen, so dass das erste Kopplungselement (2) entgegen der Schließrichtung (X) gegenüber dem zweiten Kopplungselement (3) verriegelt ist, und zum Lösen der Kopplungselemente (2, 3) voneinander das Federverriegelungselement (34, 34a, 34b) und das Eingriffselement (22, 22a, 22b) relativ zueinander verschiebbar oder verdrehbar sind, um das Federverriegelungselement (34, 34a, 34b) und das Eingriffselement (22, 22a, 22b) außer Eingriff zu bringen.
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Eingriffselement (22a, 22b) und dem zweiten Kopplungselement (3) wirkende magnetische Mittel (223, 223a, 223b, 331, 331a, 331b) so dimensioniert sind, dass beim Ansetzen des ersten Kopplungselements (2) an das zweite Kopplungselement (3) das Eingriffselement (22, 22a, 22b) in der ausgefahrenen Position zum rastenden Ineingriffbringen des Eingriffselements (22, 22a, 22b) mit dem Federverriegelungselement (34, 34a, 34b) gehalten wird.
Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass zum Lösen der Kopplungselemente (2, 3) voneinander das Federverriegelungselement (34, 34a, 34b) in eine im Wesentlichen quer zur Schließrichtung (X) gerichtete Öffnungsrichtung (Y) relativ zu dem Eingriffselement (22, 22a, 22b) verschiebbar ist, um das Federverriegelungselement (34, 34a, 34b) und das Eingriffselement (22, 22a, 22b) außer Eingriff zu bringen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Kopplungselement (3) ein Verstellelement (33) und ein Gehäuse (31) aufweist, wobei das Verstellelement (33) entlang der Öffnungsrichtung (Y) verschiebbar an dem Gehäuse (31) gelagert ist und das Federverriegelungselement (34a, 34b) trägt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Federverriegelungselement (34, 34a, 34b) sich in eine Umfangsrichtung (U) um die Schließrichtung (X) erstreckt und in der Schließstellung das Eingriffselement (22, 22a, 22b) in der Umfangsrichtung (U) zumindest abschnittsweise umgreift.
Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Federverriegelungselement (34, 34a, 34b) in die Öffnungsrichtung (Y) umfänglich geöffnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kopplungselement (2) zwei Eingriffselemente (22a, 22b) umfasst, die jeweils verschiebbar an dem Gehäuse (21) angeordnet sind und denen jeweils eine elektrische Spule (4, 4a, 4b) des ersten Kopplungselements (2) zugeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Eingriffselement (22a, 22b) in der Schließstellung in eine Aufnahmeöffnung (310a, 310b) des zweiten Kopplungselements (3) eingreift und im Bereich jeder Aufnahmeöffnung (310a, 310b) eine elektrische Spule (5a, 5b) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass an zumindest einem der Eingriffselemente (22a, 22b) ein magnetischer Anker (6) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die induktive Kopplung über die dem einen Eingriffselement (22a, 22b) zugeordnete Spule (4a, 4b) zur Übertragung elektrischer Energie und die induktive Kopplung über die dem anderen Eingriffselement (22a, 22b) zugeordnete Spule (4a, 4b) zur Datenübertragung ausgelegt ist.