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Die Erfindung betrifft ein Rastsystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Das Rastsystem lässt sich vorteilhaft für ein Kraftfahrzeug verwenden, insbesondere für einen Gangwahlschalter in einem Shift-by-Wire-System.
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Es sind Rastsysteme bekannt, die ein in einer ersten Richtung bewegbares Rastelement sowie einen in einer zweiten Richtung, die in etwa senkrecht zur Bewegungsrichtung ist, gegen eine elastische Kraft bewegbaren Stößel umfassen. Dabei wirkt der Stößel mit dem Rastelement zur Erzeugung einer im wesentlichen elastischen Rastkraft bei Bewegung des Rastelements zusammen. Aufgrund der ausgeübten Rastkraft ist eine gewisse Bedienhaptik für den das Rastelement bewegenden Benutzer gegeben.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Rastsystem hinsichtlich der Bedienhaptik weiterzuentwickeln.
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Insbesondere im Hinblick auf eine einen Gangwahlschalter aufweisende Shift-by-Wire-Schaltbox für das Kraftfahrzeug soll das bereits bestehende Haftsystem des Gangwahlschalters für die manuelle Schaltgasse hinsichtlich der Bedienhaptik verbessert werden, indem ein gleichmäßiger Kraftverlauf für die jeweilige Schwenkbewegung des Wählhebels des Gangwahlschalters erzeugt wird. Gegebenenfalls soll ferner die Sperrfunktion der manuellen Gasse, die bisher mit einem separaten Sperrmagneten realisiert wird, in denselben Aktor integriert werden.
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Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Rastsystem durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Beim erfindungsgemäßen Rastsystem ist der Stößel im Anker eines Elektromagneten angeordnet. Der Anker ist in die zweite Richtung beweglich im Kern des Elektromagneten gelagert. Mittels eines Permanentmagneten wird eine Haftkraft auf den Anker ausgeübt, derart dass der Anker im Kern im wesentlichen unbeweglich festgehalten ist. Schließlich wird bei Bestromen des Elektromagneten ein Gegenmagnetfeld zur Reduzierung der Haftkraft erzeugt, derart dass der Anker in die zweite Richtung bewegbar ist. Dadurch ist vorteilhafterweise die Bedienhaptik für das Rastelement durch Bestromen des Elektromagneten entsprechend anpassbar. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Bei einer weiteren Ausbildung ist der Stößel im Anker bewegbar gelagert. In einer einfachen Ausgestaltung kann die auf den Stößel wirkende elastische Kraft von einer Druckfeder ausgeübt werden. Zwecks kompakter Ausgestaltung kann die Druckfeder derart im Anker angeordnet sein, dass das eine Ende der Druckfeder auf den Anker sowie das andere Ende der Druckfeder auf den Stößel einwirkt. Um die Kompaktheit des Rastsystems weiter zu steigern, kann der Anker in der Art einer Hülse zur Aufnahme des Stößels und/oder der Stößel in der Art einer Hülse zur Aufnahme der Druckfeder ausgebildet sein.
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In einer weiteren Ausgestaltung des Rastsystems kann durch das Bestromen des Elektromagneten der Anker in eine Endposition bewegt werden, in der der Anker mit einem Sperrmittel blockierend zusammenwirkt. Dadurch kann beispielsweise die Bewegung eines Elements gesperrt werden. Diese Sperre kann solange der Elektromagnet bestromt wird aufrechterhalten werden. Zwecks Einsparung von Energie kann der Anker in der Endposition auch mittels einer Druckfeder festgehalten werden, deren Federkraft zumindest so groß wie die Haftkraft des Permanentmagneten ist. Insofern kann hierbei die Bestromung des Elektromagneten bei Erreichen der Endposition abgeschaltet werden.
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Das erfindungsgemäße Rastsystem ist insbesondere für die Rückstellfunktion bei einem Shift-by-Wire-System im Kraftfahrzeug geeignet. Für eine besonders bevorzugte Ausgestaltung, die ein mechatronisches Aktorsystem zur Rastierung, Rückstellung und Sperrung eines Betätigungselementes bei einem Shift-By-Wire-System realisiert, ist Nachfolgendes festzustellen.
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Die Rastung in der manuellen Schaltgasse wird nicht wie bisher durch den magnetischen Schluss von Ankerplatte und Haftsystem, sondern durch ein gefedertes Druckstück erzeugt. Durch das Bestromen der Einheit, wird die Vorspannung des Druckstücks gemindert. Die Federkraft, welche auf die Rastkulisse wirkt, wird auf ein Minimum reduziert, dadurch erfolgt ein Rückstellen des Wählhebels in die Automatikgasse.
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Durch das Bestromen bewegt sich der Anker in eine definierte Endposition und kann die Bewegungsrichtung der Rastkulisse sperren. Die Position wird dabei durch eine dauerhafte Bestromung oder durch eine Druckfeder, deren Kraft größer als die Permanentmagnetkraft des Systems ist, eingenommen.
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Nach der Bestromung wirkt das Druckstück wieder mit der gleichen Vorspannung auf die Rastkulisse, die Haptik ist wieder gegeben. Insbesondere wird nach der Bestromung durch den integrierten Magneten oder durch eine definierte Bestromung des Systems der Anker wieder in die Ausgangsposition geschoben, so dass das Druckstück wieder mit der gleichen Vorspannung auf die Rastkulisse wirkt, womit die Haptik wieder gegeben ist.
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Die einen Teil des Rastsystems bildende Haltevorrichtung für das Rastelement lässt sich auch zum gesteuerten Festhalten von sonstigen bewegbaren Elementen verwenden. Beispielsweise lassen sich mit einer solchen Haltevorrichtung Türen, Klappen o. dgl. von Hausgeräten festhalten. Eine derartige Haltevorrichtung umfasst einen als Halteelement dienenden Stößel, einen einen Anker sowie einen Kern aufweisenden Elektromagneten und einen Permanentmagneten. Der Stößel ist gegen eine elastische Kraft bewegbar im Anker angeordnet. Der Anker ist seinerseits beweglich im Kern des Elektromagneten gelagert. Mittels des Permanentmagneten wird eine Haftkraft auf den Anker ausgeübt, derart dass der Anker im Kern im wesentlichen unbeweglich festgehalten ist. Bei Bestromen des Elektromagneten wird ein Gegenmagnetfeld zur Reduzierung der Haftkraft erzeugt, derart dass der Anker bewegbar ist.
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In einer Weiterbildung der Haltevorrichtung ist der Stößel im Anker bewegbar gelagert. In einer einfachen Ausgestaltung kann die auf den Stößel wirkende elastische Kraft von einer Druckfeder ausgeübt werden. Zwecks kompakter Ausgestaltung kann die Druckfeder derart im Anker angeordnet sein, dass das eine Ende der Druckfeder auf den Anker sowie das andere Ende der Druckfeder auf den Stößel einwirkt. Um die Kompaktheit des Rastsystems weiter zu steigern, kann der Anker in der Art einer Hülse zur Aufnahme des Stößels und/oder der Stößel in der Art einer Hülse zur Aufnahme der Druckfeder ausgebildet sein.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass bei dieser Erfindung die bestehende Rastierung durch das Haftsystem mit einer deutlich verbesserten Haptik versehen wird. Der Aufbau der Einheit wird kostengünstiger, da die Parameter des Systems nicht mehr so eng gesteckt werden müssen. Schließlich ist eine einfach ausgestaltete sowie kostengünstige Haltevorrichtung geschaffen, die eine besonders ergonomische Bedienunghaptik für Benutzer besitzt.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung mit verschiedenen Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen
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1 ein Rastsystem entsprechend einer ersten Ausführung,
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2 ein Rastsystem entsprechend einer zweiten Ausführung,
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3 das Rastsystem aus 2 in einer ersten Arbeitsposition,
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4 das Rastsystem aus 2 in einer zweiten Arbeitsposition und
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5 das Rastsystem aus 2 in einer Sperrposition.
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In 1 ist ein Rastsystem 3 zu sehen, das ein in einer ersten Richtung 1 bewegbares Rastelement 4 sowie einen in einer zweiten Richtung 2, die in etwa senkrecht zur Bewegungsrichtung 1 ist, bewegbaren Stößel 5 umfasst. Der Stößel 5 ist gegen eine elastische Kraft, die von einer Druckfeder 6 ausgeübt wird, bewegbar und wirkt mit dem Rastelement 4 zur Erzeugung einer elastischen Rastkraft bei Bewegung des Rastelements 4 in Bewegungsrichtung 1 zusammen.
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Der Stößel 5 ist im Anker 8 eines Elektromagneten 7 angeordnet, und zwar ist der Stößel 5 im Anker 8 bewegbar gelagert. Die Druckfeder 6 ist derart im Anker 8 angeordnet, dass das eine Ende der Druckfeder 6 auf den Anker 8 sowie das andere Ende der Druckfeder 6 auf den Stößel 5 einwirkt. Hierfür ist sowohl der Anker 8 in der Art einer Hülse zur Aufnahme des Stößels 5 als auch der Stößel 5 in der Art einer Hülse zur Aufnahme der Druckfeder 6 ausgebildet. Der Anker 8 ist in die zweite Richtung 2 beweglich im Kern 9 des Elektromagneten 7 gelagert. Mittels eines Permanentmagneten 10 wird eine Haftkraft auf den Anker 8 ausgeübt, derart dass der Anker 8 im Kern 9 im wesentlichen unbeweglich festgehalten ist. Bei Bestromen des Elektromagneten 7 wird ein Gegenmagnetfeld zur Reduzierung der Haftkraft erzeugt, derart dass der Anker 8 in die zweite Richtung 2 bewegbar ist. Der Elektromagnet 7 weist noch ein Joch 11, eine Führung 12, einen Spulenkörper 13 sowie eine Spule 14 auf.
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Die Funktionsweise des Rastsystems 3 ist wie folgt.
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Im Normalbetrieb gleitet die Raste 4 (Bewegungsrichtung 1) am Stößel 5 vorbei und komprimiert die Druckfeder 6 im Bauteil Anker 8 (Bewegungsrichtung 2). Durch die Haftkraft zwischen Anker 8 und Kern 9 bleibt der Anker 8 fixiert. Dadurch entsteht eine von der Druckfeder 6 vermittelte Haptik für die Bewegungsrichtung 1. Beim Ablösebetrieb wird die Spule 14 bestromt, sie erzeugt daraufhin ein Gegenmagnetfeld und reduziert die Haftkraft zwischen Anker 8 und Kern 9. Der Anker 8 wird durch die Vorspannung der Druckfeder 6 sofort vom Kern 9 abgestoßen (Bewegungsrichtung 2). Die Bewegungsrichtung 1 verliert die Vorspannung, dadurch ist ein leichtgängiges Verschieben des Bauteils Raste 4 möglich. Ist die Spule 14 unbestromt, so baut sich das Magnetfeld wieder auf, und der Anker 8 drückt den Stößel 5 mit leichter Vorspannung der Druckfeder 6 gegen die Raste 4.
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In 2 ist ein Rastsystem 3 zu sehen, bei dem durch das Bestromen des Elektromagneten 7 der Anker 8 in eine Endposition bewegt wird, in der der Anker 8 mit einem Sperrmittel 15 (siehe 5) blockierend zusammenwirken kann. Der Anker 8 ist in der Endposition mittels einer Druckfeder 16 festgehalten, deren Federkraft zumindest so groß wie die Haftkraft des Permanentmagneten 10 ist. Ansonsten ist das Rastsystem 3 nach 2 vergleichbar zu demjenigen gemäß 1 aufgebaut.
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Die Funktionsweise des weiteren Rastsystems 3 in der Art eines mechatronischen Aktorsystems ist wie folgt.
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In der Arbeitsposition 1 gemäß 3 gleitet die Raste 4 in Bewegungsrichtung A an der Hülse 5 vorbei und komprimiert die Druckfeder 6 im Bauteil Anker 8, an dessen der Raste 4 gegenüberliegendem Ende ein Sperrbolzen 17 ausgebildet ist, in Bewegungsrichtung B. Durch die Haftkraft zwischen dem Anker 8 und dem Dauermagnet 10 bleibt der Anker 8/Sperrbolzen 17 fixiert. Dadurch entsteht eine Haptik an der Raste 4 für die Bewegungsrichtung A.
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In der Arbeitsposition 2 gemäß 4 wird beim Ablösebetrieb die Spule 14 bestromt. Die Spule 14 erzeugt daraufhin ein Gegenmagnetfeld und reduziert die Haftkraft zwischen dem Anker 8/Sperrbolzen 17 und dem Dauermagneten 10. Der Anker 8/Sperrbolzen 17 wird durch die Vorspannung der Druckfeder 6 sofort vom Dauermagnet 10 in Bewegungsrichtung C abgestoßen und durch die Druckfeder 16 beziehungsweise alternativ durch permanente Bestromung der Spule 14 in definierter Sperrposition gehalten. Die Bewegungsrichtung A verliert somit die Vorspannung, wodurch ein leichtgängiges Verschieben des Bauteils Raste 4 in Bewegungsrichtung D ermöglicht ist.
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In der Sperrposition gemäß 5 ist die Bewegungsrichtung E des Sperrarms 15 blockiert. Durch Entfernen des Magnetfeldes der Spule 14 oder durch Umpolung der Spule 14 bewegt sich der Anker 8/Sperrbolzen 17 wieder in die Arbeitsposition 1. Dadurch wird die Druckfeder 6 wieder gespannt und die Raste 4 erzeugt wieder eine Haptik. Gleichzeitig wird die Bewegungsrichtung E des Sperrarms 15 freigegeben.
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Die in 1 gezeigte Haltevorrichtung an sich kann auch unabhängig vom Rastelement 4 als ein Aktor Verwendung finden. Eine solche Haltevorrichtung besitzt einen als Halteelement dienenden Stößel 5, einen Elektromagneten 7, der einen Anker 8 sowie einen Kern 9 aufweist, und einen Permanentmagneten 10. Der Stößel 5 ist gegen eine elastische Kraft bewegbar im Anker 8 angeordnet, und zwar ist der Stößel 5 im Anker 8 bewegbar gelagert. Der Anker 8 ist wiederum beweglich im Kern 9 des Elektromagneten 7 gelagert. Die auf den Stößel 5 wirkende elastische Kraft wird von einer Druckfeder 6 ausgeübt. Die Druckfeder 6 ist derart im Anker 8 angeordnet, dass das eine Ende der Druckfeder 6 auf den Anker 8 sowie das andere Ende der Druckfeder 6 auf den Stößel 5 einwirkt. Der Anker 8 ist in der Art einer Hülse zur Aufnahme des Stößels 5 ausgebildet. Ebenso ist der Stößel 5 in der Art einer Hülse zur Aufnahme der Druckfeder 6 ausgebildet. Mittels des Permanentmagneten 10 wird eine Haftkraft auf den Anker 8 ausgeübt, derart dass der Anker 8 im Kern 9 im wesentlichen unbeweglich festgehalten ist. Bei Bestromen des Elektromagneten 7 wird ein Gegenmagnetfeld zur Reduzierung der Haftkraft erzeugt, derart dass der Anker 8 bewegbar ist.
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Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Sie umfaßt vielmehr auch alle fachmännischen Weiterbildungen im Rahmen der durch die Patentansprüche definierten Erfindung. So kann das Rastsystem nicht nur bei Gangwahlschaltern in Kraftfahrzeugen sondern auch in sonstigen Anwendungen, bei denen eine Rasthaptik für ein Bedienelement erzeugt werden soll, beispielsweise für Hausgeräte, Elektrogeräte o. dgl., Verwendung finden. Die Haltevorrichtung an sich kann als Aktor in vielfältiger Weise eingesetzt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 2
- Richtungspfeil/Bewegungsrichtung
- 3
- Rastsystem
- 4
- Rastelement/Raste
- 5
- Stößel/Hülse
- 6
- Druckfeder
- 7
- Elektromagnet
- 8
- Anker
- 9
- Kern
- 10
- Permanentmagnet/Dauermagnet
- 11
- Joch
- 12
- Führung
- 13
- Spulenkörper
- 14
- Spule
- 15
- Sperrmittel/Sperrarm
- 16
- Druckfeder
- 17
- Sperrbolzen
