DE102014206120B4

DE102014206120B4 - Bistabile Verriegelungsvorrichtung zum Blockieren einer Rotationsbewegung

Info

Publication number: DE102014206120B4
Application number: DE102014206120.2A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Ovalo GmbH
Current assignee: Ovalo GmbH
Priority date: 2014-04-01
Filing date: 2014-04-01
Publication date: 2018-12-13
Anticipated expiration: 2034-04-02
Also published as: DE102014206120A1

Abstract

Verriegelungsvorrichtung (1) zum Blockieren einer Rotationsbewegung eines Rotationsbauteils (2), mit einem beweglichen Verriegelungsbauteil (3), das mit einer Umschaltvorrichtung (4) wahlweise in eine Verriegelungsstellung oder in eine Freigabestellung überführbar ist, wobei die Verriegelungsvorrichtung (1) eine Permanentmagnetanordnung (5) aufweist, die das Verriegelungsbauteil (3) nach einem Umschaltvorgang, bei dem von der Freigabestellung in die Verriegelungsstellung geschaltet wurde, in der Verriegelungsstellung hält und die das Verriegelungsbauteil (3) nach einem Umschaltvorgang, bei dem von der Verriegelungsstellung in die Freigabestellung geschaltet wurde, in der Freigabestellung hält, und wobei die Umschaltvorrichtung (4) bei einem Umschaltvorgang dem von der Permanentmagnetanordnung (5) verursachten Magnetfeld ein Umschaltmagnetfeld überlagert, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltvorrichtung einen einzigen Elektromagneten aufweist, wobei der einzige Elektromagnet eine einzige Spule (13) beinhaltet, die das Umschaltmagnetfeld erzeugt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verriegelungsvorrichtung zum Blockieren einer Rotationsbewegung eines Rotationsbauteils, mit einem beweglichen Verriegelungsbauteil, das mit einer Umschaltvorrichtung wahlweise in eine Verriegelungsstellung oder in eine Freigabestellung überführbar ist, wobei die Verriegelungsvorrichtung eine Permanentmagnetanordnung aufweist, die das Verriegelungsbauteil nach einem Umschaltvorgang, bei dem von der Freigabestellung in die Verriegelungsstellung geschaltet wurde, in der Verriegelungsstellung hält und die das Verriegelungsbauteil nach einem Umschaltvorgang, bei dem von der Verriegelungsstellung in die Freigabestellung geschaltet wurde, in der Freigabestellung hält, und wobei die Umschaltvorrichtung bei einem Umschaltvorgang dem von der Permanentmagnetanordnung verursachten Magnetfeld ein Umschaltmagnetfeld überlagert.
Verriegelungsvorrichtungen dieser Art sind zumeist derart ausgebildet, dass ein Hubmagnet ein linear bewegbares Sperrelement gegen eine Rückstellkraft in einer Entriegelungsstellung hält. In nachteiliger Weise muss der Hubmagnet permanent eingeschaltet bleiben, um die Entriegelungsstellung zu erhalten.
Aus DE 10 2007 000 943 A1 ist eine Verriegelungseinrichtung für eine Welle eines Lenksystems bekannt. Die Verriegelungseinrichtung weist einen elektromagnetischen Hubmagneten auf, welcher ein Sperrelement in der Weise beaufschlagt, dass die Welle formschlüssig lösbar an einem fahrzeugfesten Bauteil festlegbar ist. Es ist ein Energiespeicher zur automatischen Verriegelung der Welle bei einer Fehlfunktion im Lenksystem vorgesehen, wobei der Energiespeicher von zumindest einer Schraubenfeder gebildet ist. Um das Sperrelement in der Entriegelungsposition zu halten, muss der Hubmagnet permanent bestromt sein.
Aus DE 10 2008 002 670 A1 ist eine ähnliche Verriegelungsvorrichtung für eine Welle eines Lenksystems eines Fahrzeuges bekannt. Bei dieser Verriegelungsvorrichtung ist vorgesehen, dass der Energiespeicher zumindest teilweise aus einem Permanentmagneten gebildet ist, dessen Magnetfeld bei Bestromung des elektrischen Hubmagneten zumindest teilweise aufgehoben wird. Der Permanentmagnet dient dazu, das Sperrelement der Verriegelungsvorrichtung im unbestromten Zustand des Hubmagneten in die Verriegelungsposition zu bringen. Auch bei dieser Verriegelungsvorrichtung muss der Hubmagnet permanent bestromt sein, um das Sperrelement in der Entriegelungsposition zu halten. Sobald der Hubmagnet ausgeschaltet wird oder ausfällt, zieht der Permanentmagnet das Sperrelement automatisch in die Verriegelungsposition.
GB 2 429 032 A offenbart eine elektromagnetische Sicherungsvorrichtung für ein Türschluss. Die Sicherungsvorrichtung weist ein bewegliches Element auf, das zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position bewegbar ist, und einen Elektromagneten, der, wenn er eingeschaltet ist, das bewegliche Element zwischen der ersten und der zweiten Position bewegen kann, wobei die Bewegungsrichtung von der Polung des Elektromagneten abhängt. Die Sicherungsvorrichtung weist außerdem einen Permanentmagneten auf, der das bewegliche Element in seiner Position hält, wenn der Elektromagnet nicht eingeschaltet ist.
Aus DE 10 2010 001 914 A1 ist eine Lenkvorrichtung für ein Kraftfahrzeug bekannt. Die Lenkvorrichtung weist einen elektromotorischen Antrieb auf. Der Antrieb ist ausgebildet, ein Drehmoment zum Unterstützen eines Lenkens eines Kraftfahrzeuges zu erzeugen. Erfindungsgemäß weist die Lenkvorrichtung ein elektromagnetisches Lenkschloss mit einem entlang einer Translationsachse oder um eine Schwenkachse hin- und herbeweglichen Sperrelement auf. Das Sperrelement ist angeordnet und ausgebildet, zum Sperren des Lenkens in den Antrieb formschlüssig und/ oder kraftschlüssig einzugreifen. Das Lenkschloss weist wenigstens zwei oder genau zwei mit dem Sperrelement wirkverbundene elektromagnetische Spulen auf, wobei die elektromagnetischen Spulen jeweils angeordnet und ausgebildet sind, im bestromten Zustand das Sperrelement hin- oder herzubewegen.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verriegelungsvorrichtung anzugeben, die besonders einfach aufgebaut ist und bei der der jeweils gewählte Schaltzustand auch dann zuverlässig erhalten bleibt, wenn die Stromversorgung ausfällt oder abgeschaltet ist.
Die Aufgabe wird durch eine Verriegelungsvorrichtung gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Umschaltvorrichtung einen einzigen Elektromagneten aufweist, wobei der einzige Elektromagnet eine einzige Spule beinhaltet, die das Umschaltmagnetfeld erzeugt.
Die erfindungsgemäße Verriegelungsvorrichtung hat den Vorteil, dass sie unabhängig von einer Stromversorgung bistabil ist, weil ein eingestellter Schaltzustand (Verriegelungsstellung oder Freigabestellung) von der Permanentmagnetanordnung zuverlässig solange erhalten wird, bis das Verriegelungsbauteil in den jeweils anderen Schaltzustand umgeschaltet wird.
Bei einer zuverlässig arbeiteten Ausführung sind die Feldlinien des Umschaltmagnetfelds - wenigstens räumlich partiell - entgegengesetzt zu den Feldlinien des von der Permanentmagnetanordnung verursachten Magnetfeldes ausgerichtet. Alternativ oder zusätzlich kann auch vorgesehen sein, dass das Umschaltmagnetfeld bei einem Umschaltvorgang das von der Permanentmagnetanordnung verursachten Magnetfeld wenigstens räumlich partiell aufhebt. Auf diese Weise wird erreicht, dass die das Verriegelungsbauteil in der jeweiligen Schaltstellung haltenden Kräfte kompensiert werden können, so dass von der Umschaltvorrichtung ausgeübte Umschaltkräfte das Verriegelungsbauteil in die jeweils andere Schaltstellung bewegen können. Beispielsweise kann das Umschaltmagnetfeld die für die Umschaltbewegung erforderlichen Umschaltkräfte bewirken.
Es kann alternativ oder zusätzlich auch vorgesehen sein, dass das Umschaltmagnetfeld bei einem Umschaltvorgang das von der Permanentmagnetanordnung verursachte Magnetfeld in einem ersten räumlichen Bereich aufhebt und in einem anderen räumlichen Bereich nicht aufhebt. Eine solche Ausführung kann insbesondere derart ausgebildet sein, dass das von der Permanentmagnetanordnung verursachte Magnetfeld bei einem Umschaltvorgang da aufgehoben wird, wo es das Verriegelungsbauteil in der ursprünglichen Schaltstellung hielt, jedoch in einem anderen Bereich, wo es das Verriegelungsbauteil in der anderen Schaltstellung halten kann, nicht aufgehoben wird.
Bei einer ganz besonderen Ausführung hält vor und/oder nach einem Umschaltvorgang ausschließlich die Permanentmagnetanordnung (und insbesondere nicht die Umschaltvorrichtung) das Verriegelungsbauteil in der Freigabestellung oder der Verriegelungsstellung. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass zusätzlich ein Haltebauteil, wie beispielsweise eine Federvorrichtung, zusätzlich eine Kraft ausübt, um das Verriegelungsbauteil in der Freigabestellung oder der Verriegelungsstellung zu halten. Dies insbesondere um sicher zu stellen, dass das Verriegelungsbauteil beispielsweise durch Erschütterungen, wie sie beispielsweise im Fahrbetrieb eines Fahrzeuges auftreten können, oder durch andere Kräfte ungewollt in die Verriegelungsstellung bewegt wird.
Insbesondere kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass das Umschaltmagnetfeld zeitlich außerhalb eines Umschaltvorganges abgeschaltet ist und/oder automatisch abgeschaltet wird. Dies hat den Vorteil, dass nur dann elektrische Energie verbraucht wird, wenn die Umschaltvorrichtung benötigt wird.
Die Permanentmagnetanordnung kann beispielsweise einen einzigen Permanentmagneten aufweisen. Es kann alternativ auch vorgesehen sein, dass die Permanentmagnetanordnung mehrere Permanentmagnete aufweist.
Es gibt verschiedene Möglichkeiten, den einen Permanentmagnet oder die mehreren Permanentmagnete anzuordnen.
Beispielsweise kann wenigstens ein Permanentmagnet an dem Verriegelungsbauteil befestigt sein. Es ist auch möglich, dass wenigstens ein Permanentmagnet Teil des Verriegelungsbauteils ist. Es ist allerdings auch möglich, dass das Verriegelungsbauteil frei von Permanentmagneten ist. In einem solchen Fall ist es jedoch von Vorteil, wenn das Verriegelungsbauteil oder ein damit verbundenes Bauteil ferromagnetisch oder paramagnetisch ist.
Alternativ oder zusätzlich zur Anordnung eines Permanentmagneten an oder als Verriegelungsbauteil kann auch wenigstens ein Permanentmagnet außerhalb des Verriegelungsbauteils angeordnet sein, wobei das Verriegelungsbauteil vorzugsweise relativ zu wenigstens einem Permanentmagnet beweglich angeordnet ist.
Erfindunsgegmäß weist die Umschaltvorrichtung einen Elektromagneten auf. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Elektromagnet hinsichtlich der Richtung der Feldlinien des von ihm erzeugten Magnetfeldes umschaltbar ist. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert sein, dass die Stromversorgung des Elektromagneten in Abhängigkeit von der jeweils möglichen Umschaltrichtung (von der Freigabestellung in die Verriegelungsstellung oder von der Verriegelungsstellung in die Freigabestellung), vorzugsweise durch eine Steuerungsvorrichtung automatisch, unterschiedlich gepolt wird.
Bei der Steuerungsvorrichtung und/oder der Umschaltvorrichtung kann es sich insbesondere um 48 Volt-Systeme handeln. Eine solche Ausführung hat den ganz besonderen Vorteil, dass es mit geringeren elektrischen Strömen auskommt. Alternativ können die Steuerungsvorrichtung und/oder der Umschaltvorrichtung auch als 5V-Systeme ausgebildet sein, beispielsweise um kompatibel zu Standard-Geräten, die zumeist auf 5V-Basis aufgebaut sind, zu sein.
Insbesondere kann auch vorgesehen sein, dass ein elektronischer Verriegelungs- oder Entriegelungsauftrag von einer übergeordneten Elektronik, beispielsweise einer zentralen Fahrzeugsteuerung, beispielsweise über ein Bordnetz, an eine Steuerungsvorrichtung der Verriegelungsvorrichtung oder direkt an die Umschaltvorrichtung übertragen wird.
Die Umschaltvorrichtung kann beispielsweise mit Gleichspannung betrieben werden. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die Umschaltvorrichtung mit einem pulsbreitenmodulierten Signal angesteuert wird. Dies hat den Vorteil einer geringeren Hitzeentwicklung.
Bei einer besonderen Ausführung weist der Elektromagnet ein Joch auf. Das Joch kann insbesondere c-förmig ausgebildet sein. Insbesondere kann das Verriegelungsbauteil oder ein Teil des Verriegelungsbauteils beweglich zwischen den Enden des Jochs angeordnet sein, wobei die Enden des Jochs auch Anschläge für das Verriegelungsbauteil in der jeweiligen Schaltstellung bilden können.
Bei einer vorteilhaften Ausführung ist vorgesehen, dass der Elektromagnet ein Joch aufweist, wobei wenigstens ein Permanentmagnet in das Joch integriert ist oder an dem Joch angeordnet ist. Alternativ oder zusätzlich kann auch vorgesehen sein, dass der Elektromagnet ein Joch aufweist, das die Permanentmagnetanordnung beinhaltet oder das Teil der Permanentmagnetanordnung ist. Eine solche Ausführung kann vorteilhaft mit besonders wenigen Bauteilen auskommen.
Bei einer besonderen Ausführung übt die Permanentmagnetanordnung unmittelbar eine Kraft auf das Verriegelungsbauteil aus, um das Verriegelungsbauteil in der Freigabestellung zu halten, wenn von der Verriegelungsstellung in die Freigabestellung geschaltet wurde, und/oder wenn von der Freigabestellung in die Verriegelungsstellung geschaltet wurde. Insbesondere kann alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein, dass die Umschaltvorrichtung bei einem Umschaltvorgang unmittelbar eine Kraft auf das Verriegelungsbauteil ausübt, und/oder dass die Umschaltvorrichtung ausschließlich bei einem Umschaltvorgang eine Kraft auf das Verriegelungsbauteil ausübt.
Alternativ oder zusätzlich hierzu kann vorteilhaft auch vorgesehen sein, dass die Permanentmagnetanordnung das Verriegelungsbauteil mittelbar über ein Übertragungselement, das mechanisch mit dem Verriegelungsbauteil verkoppelt ist, in der Freigabestellung hält, wenn von der Verriegelungsstellung in die Freigabestellung geschaltet wurde, und/oder dass die Permanentmagnetanordnung das Verriegelungsbauteil mittelbar über ein Übertragungselement, das mechanisch mit dem Verriegelungsbauteil verkoppelt ist, in der Verriegelungsstellung hält, wenn von der Freigabestellung in die Verriegelungsstellung geschaltet wurde. Insbesondere kann vorteilhaft alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein, dass die Umschaltvorrichtung bei einem Umschaltvorgang mittelbar über ein Übertragungselement, das mechanisch mit dem Verriegelungsbauteil verkoppelt ist, eine Kraft auf das Verriegelungsbauteil ausübt.
Das Übertragungselement kann beispielsweise als, insbesondere linear, beweglich gelagerter Stößel ausgebildet sein. Dieser kann innerhalb der Spule eines Elektromagneten der Umschaltvorrichtung angeordnet sein. Insbesondere kann das Verriegelungsbauteil als drehbar oder schwenkbar gelagerter Hebel ausgebildet sein, der mittels des Stößels von einer Schaltstellung in die andere Schaltstellung bewegt wird.
Der Stößel kann beispielsweise mittels einer gelenkigen Verbindung, insbesondere eines Gelenks, beweglich mit dem Verriegelungsbauteil verbunden sein. Hierbei kann allerdings das Problem auftreten, dass Querkräfte, als Kräfte quer zur vorgesehenen Bewegungsrichtung des Stößels, auf den Stößel übertragen werden, die den Stößel verklemmen könnten. Dies kann beispielsweise durch eine Ausbildung der gelenkigen Verbindung vermieden sein, die dem Verriegelungsbauteil ein Spiel in Querrichtung lässt. Beispielsweise kann dies durch die Verwendung einer beidseitig gelenkig gelagerten Koppelstange erreicht werden.
Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass das Verriegelungsbauteil lediglich an dem Stößel anliegt, so dass das Verriegelungsbauteil relativ zu dem Stößel in Querrichtung gleiten kann. Insbesondere kann auch eine Feder vorhanden sein, die bewirkt, dass das Verriegelungsbauteil stets beweglich an dem Stößel anliegt. Auf diese Weise ist wirkungsvoll vermieden, dass von dem Verriegelungsbauteil Querkräfte auf den Stößel übertragen werden, die den Stößel verklemmen könnten. Insbesondere kann das Verriegelungsbauteil als zweiarmiger Hebel nach Art einer Wippe ausgebildet sein, wobei ein Arm mit dem Stößel in Kontakt steht und der andere Arm mit dem zu blockierenden Rotationsbauteil in der Verriegelungsstellung in Wirkverbindung tritt.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführung wird das Verriegelungsbauteil, insbesondere gegen die Kraft einer in die Freigabestellung ziehenden Federvorrichtung, zusätzlich zu der Permanentmagnetanordnung mittels des blockierten Rotationsbauteils in der Verriegelungsstellung gehalten.
Dadurch, dass das Verriegelungsbauteil mittels des Rotationsbauteils insbesondere gegen die Kraft des Rückstellelements in der Verriegelungsstellung gehalten werden kann, ist de facto - auch in der Fehlersituation - ein bistabiles System geschaffen. Einerseits kann die Verriegelungsstellung mittels des Rotationsbauteils selbst aufrecht erhalten werden; andererseits kann das Rotationsbauteil das Verriegelungsbauteil freigeben, so dass ein Rückstellelement, das beispielsweise als in der Verriegelungsstellung gespannte Feder ausgebildet sein kann, dieses in die Freigabestellung bewegen kann.
Bei einer besonderen Ausführung kann das Verriegelungsbauteil von dem Rotationsbauteil durch Reibschluss in der Verriegelungsstellung gehalten werden. Insbesondere bei einer solchen Ausführung kann vorgesehen sein, dass der Sperrriegel durch Beaufschlagen des Rotationsbauteils mit einem Drehmoment in der Verriegelungsstellung fixierbar ist. Durch Ausüben eines Drehmomentes auf das Rotationsbauteil, in dessen Verriegelungsaufnahme zumindest ein Teil des Verriegelungsbauteils eingeführt ist, kommt es zu einem Reibschluss zwischen einer Seitenwand der Verriegelungsaufnahme und dem Verriegelungsbauteil. Durch diesen Reibschluss kann das Verriegelungsbauteil trotz der stets wirkenden Kraft des Rückstellelements in der Verriegelungsstellung gehalten werden. In vorteilhafter Weise kann die Reibschlusswirkung durch Aufbringen einer Haftbeschichtung erhöht werden.
Bei den vorgenannten Ausführungen kann das Verriegelungsbauteil von dem Rückstellelement und/oder der Umschaltvorrichtung in die Freigabestellung bewegt werden, sobald das Drehmoment aufgehoben wird und/oder sobald ein dem Drehmoment entgegengesetztes Drehmoment auf das Rotationsbauteil ausgeübt - und damit der Reibschluss aufgehoben wird. Beispielsweise bei einem Stromausfall kann dies ohne strukturellen Eingriff in das System auch dadurch erfolgen, dass das Rotationsbauteil direkt oder indirekt manuell gedreht wird und/oder direkt oder indirekt ein Drehmoment auf das Rotationsbauteil ausgeübt wird.
Alternativ oder zusätzlich zu einer Fixierung durch Reibschluss kann auch eine Fixierung des Verriegelungsbauteils in der Verriegelungsstellung durch Formschluss erfolgen. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert sein, dass das Rotationsbauteil, insbesondere in der Verriegelungsaufnahme, einen tangential zur Rotationsachse des Rotationsbauteils ausgerichteten Vorsprung aufweist, der bei fixierter Verriegelungsstellung in eine Ausnehmung des Verriegelungsbauteils eingreift. Umgekehrt kann - alternativ oder zusätzlich - natürlich auch vorgesehen sein, dass in der Verriegelungsaufnahme eine tangential zur Rotationsachse des Rotationsbauteils ausgerichtete Ausnehmung vorhanden ist, in die bei fixierter Verriegelungsstellung ein tangential ausgerichteter Vorsprung des das Verriegelungsbauteils eingreift.
Zur Ausbildung eines Vorsprungs bzw. einer Ausnehmung kann vorteilhaft auch vorgesehen sein, dass das Verriegelungsbauteil, wenigstens in einer Querschnittebene, derart konisch ausgebildet ist, dass sich sein Durchmesser zu seinem freien Ende hin vergrößert und/oder dass die Verriegelungsaufnahme, wenigstens in einer Querschnittebene, derart konisch ausgebildet ist, dass sich ihr Innendurchmesser zu einer Eintrittsöffnung für den Sperrriegel hin verkleinert. Bei einer solchen Ausführung kann - je nach Reibwert der Oberflächen - zusätzlich auch ein Reibschluss erfolgen. In vorteilhafter Weise kann der Reibwert wenigstens einer der Oberflächen durch Aufbringen einer Haftbeschichtung erhöht werden.
Wie bereits erwähnt, kann das Verriegelungsbauteil beweglich gelagert sein. Insbesondere kann das Verriegelungsbauteil als drehbar oder schwenkbar gelagerter, insbesondere zweiarmiger, Hebel ausgebildet sein. Alternativ kann das Verriegelungsbauteil beispielsweise als linear verschiebbarer Riegel ausgebildet sein.
Vorteilhaft können das Verriegelungsbauteil und/oder das Übertragungselement zumindest teilweise ferromagnetisch oder paramagnetisch oder diamagnetisch sein. Dies insbesondere, um mittels Magnetismus Kräfte auf das Verriegelungsbauteil ausüben zu können. Alternativ oder zusätzlich kann auch vorgesehen sein, dass das Verriegelungsbauteil und/oder das Übertragungselement ein ferromagnetisches oder paramagnetisches oder diamagnetisches Element aufweisen.
Bei einer vorteilhaften Ausführung ist das Verriegelungsbauteil dazu ausgebildet und angeordnet, in der Verriegelungsstellung mit einem Verriegelungselement eines Rotationsbauteils zusammen zu wirken. Insbesondere kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass das Verriegelungsbauteil dazu ausgebildet und angeordnet ist, in der Verriegelungsstellung in ein Verriegelungselement, insbesondere eine Aussparung oder Ausnehmung, des Rotationsbauteils einzugreifen.
Bei einer ganz besonders vorteilhaften Ausführung ist das Verriegelungsbauteil derart gelagert, dass in der Verriegelungsstellung keine Kräfte von einem verriegelten Rotationsbauteil auf die Umschaltvorrichtung und/oder das Übertragungselement übertragen werden. Durch eine solche Abtrennung der Sperrenkräfte ist gewährleistet, dass die Umschaltvorrichtung frei von Kräften bleibt, die deren Funktionsfähigkeit, beispielsweise durch Verklemmen und/oder erhöhte Reibung, beeinträchtigen könnte. Beispielsweise kann das Verriegelungsbauteil an einer drehbaren Welle angeordnet sein, die die von einem verriegelten Rotationsbauteil ausgehenden, auf das Verriegelungsbauteil übertragenen Kräfte aufnimmt. Vorzugsweise ist das Verriegelungsbauteil reibungsarm, insbesondere mittels eines Gleitlagers oder eines Kugellagers, an der Welle gelagert, um den Umschaltvorgang nicht durch Reibungskräfte nachteilig zu beeinflussen.
Von besonderem Vorteil ist ein System, das eine erfindungsgemäße Verriegelungsvorrichtung und ein rotierbar gelagertes Rotationsbauteil, dessen Rotationsbewegung mittels der Verriegelungsvorrichtung blockierbar ist, aufweist.
Es kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass das System ein Getriebe, insbesondere ein Spannungswellengetriebe, aufweist und/oder dass das Rotationsbauteil Teil eines Getriebes, insbesondere eines Spannungswellengetriebes, ist. An das Getriebe kann vorteilhaft ein Antriebsmotor angeschlossen sein, so dass insgesamt ein Getriebeaktuator, beispielsweise für eine Lenkung, insbesondere eine Überlagerungslenkung und/oder eine Servolenkung, oder für eine aktive Fahrwerkbeeinflussungsanordnung, insbesondere eine Fahrwerkbeeinflussungsanordnung, die als Nickstabilisator und/oder als Wankstabilisator und/oder als Höhenänderungsvorrichtung ausgebildet ist, gebildet ist.
Insbesondere kann ein Getriebe oder ein Getriebeaktuator auch mehrere erfindungsgemäße Systeme beinhalten. Das Getriebe kann insbesondere ein Mehrwellengetriebe, insbesondere ein Dreiwellengetriebe, sein, wobei jede beliebige der Wellen - oder auch mehrere der Wellen oder sämtliche Wellen - als Rotationsbauteil Teil jeweils eines erfindungsgemäßen Systems sein können.
Auch ganz allgemein ist ein Lenksystem, insbesondere Überlagerungslenkung und/oder Hilfskraftlenkung, das ein erfindungsgemäßes System aufweist von besonderem Vorteil. Gleiches gilt in analoger Weise beispielsweise auch für eine aktive Fahrwerkbeeinflussungsanordnung, insbesondere Fahrwerkbeeinflussungsanordnung, die als Nickstabilisator und/oder als Wankstabilisator und/oder als Höhenänderungsvorrichtung ausgebildet ist und die ein erfindungsgemäßes System aufweist.
Das erfindungsgemäße System kann auch auf andere Weise vorteilhaft Teil eines Fahrzeuges, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, sein. Von besonderem Vorteil ist insbesondere ein Fahrzeug, das ein Lenksystem mit einem erfindungsgemäßen System und/oder eine aktive Fahrwerkbeeinflussungsanordnung mit einem erfindungsgemäßen System aufweist.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand schematisch dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend beschrieben, wobei gleiche oder gleich wirkende Elemente zumeist mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen:

1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verriegelungsvorrichtung in der Freigabestellung,
2 das Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verriegelungsvorrichtung zu Beginn eines Umschaltvorgangs,
3 das Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verriegelungsvorrichtung in der Verriegelungsstellung,
4 das Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verriegelungsvorrichtung zu Beginn eines erneuten Umschaltvorgangs,
5 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verriegelungsvorrichtung in der Freigabestellung,
6 das zweite Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verriegelungsvorrichtung in der Verriegelungsstellung,
7 ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verriegelungsvorrichtung in der Freigabestellung,
8 das dritte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verriegelungsvorrichtung in der Verriegelungsstellung,
9 ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verriegelungsvorrichtung in der Freigabestellung,
10 ein fünftes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verriegelungsvorrichtung in der Freigabestellung, und
11 das fünfte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verriegelungsvorrichtung in der Verriegelungsstellung.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verriegelungsvorrichtung 1 zum Blockieren einer Rotationsbewegung eines Rotationsbauteils 2 in der Freigabestellung. Die Verriegelungsvorrichtung 1 weist ein bewegliches Verriegelungsbauteil 3 auf, das mit einer Umschaltvorrichtung 4 wahlweise in eine Verriegelungsstellung, die in den 3 und 4 dargestellt ist, oder in eine Freigabestellung überführbar ist.
Die Verriegelungsvorrichtung 1 weist eine Permanentmagnetanordnung 5 mit einem Permanentmagneten 6 auf, die das Verriegelungsbauteil 3 nach einem Umschaltvorgang, bei dem von der Freigabestellung in die Verriegelungsstellung geschaltet wurde, in der Verriegelungsstellung hält und die das Verriegelungsbauteil 3 nach einem Umschaltvorgang, bei dem von der Verriegelungsstellung in die Freigabestellung geschaltet wurde, in der Freigabestellung hält.
Das Verriegelungsbauteil 3 besteht aus magnetisierbarem Material und ist als drehbar gelagerter, zweiarmiger, Hebel nach Art einer Wippe ausgebildet ist. Das Ende eines Armes des Verriegelungsbauteils 3 kann sich zwischen den Enden 7, 8 eines c-förmigen Jochs 9 bewegen. Das Joch 9 umschließt den Permanentmagneten 6. Der Permanentmagnet 6 verursacht ein magnetisches Feld 10, dessen Verlauf durch die gestrichelte Linie angedeutet ist. Da das Verriegelungselement 3 magnetisierbar ist, wird es von dem magnetischen Feld magnetisiert und an dem ersten Ende 7 des Jochs 9 gehalten. Das Ende des anderen Armes ist dazu ausgebildet und angeordnet, in der Verriegelungsstellung in eine der Ausnehmungen 11 des Rotationsbauteils 2 einzugreifen. In der Freigabestellung befindet sich das Ende des anderen Armes außerhalb der Ausnehmungen 11 des Rotationsbauteils 2.
Das Verriegelungsbauteil 3 ist derart gelagert, dass in der Verriegelungsstellung keine Kräfte von einem verriegelten Rotationsbauteil auf die Umschaltvorrichtung und/oder das Übertragungselement übertragen werden. Konkret ist das Verriegelungsbauteil 3 an einer drehbaren Welle 14 angeordnet, die die von einem verriegelten Rotationsbauteil 2 ausgehenden, auf das Verriegelungsbauteil 3 übertragenen Kräfte aufnimmt. Vorzugsweise ist das Verriegelungsbauteil reibungsarm beispielsweise mittels eines Gleitlagers oder eines Kugellagers, an der Welle gelagert, um den Umschaltvorgang nicht durch Reibungskräfte nachteilig zu beeinflussen.
Die Umschaltvorrichtung 4 weist einen Elektromagneten 12 mit einer um das Joch 9 gewundenen Spule 13 auf.
Um das Verriegelungsbauteil 3 von der Freigabestellung in die Verriegelungsstellung zu überführen, wird der Elektromagnet 12 derart bestromt, so dass er ein dem von der Permanentmagnetanordnung 5 verursachten Magnetfeld 10 ein partiell entgegengesetztes Umschaltmagnetfeld 15 überlagert. Durch das Umschaltmagnetfeld 15 wird eine Kraft F auf das Verriegelungsbauteil 3 ausgeübt (siehe 2), so dass dieses in die Verriegelungsstellung wechselt, die in 3 gezeigt ist. In der Verriegelungsstellung liegt der dem Joch 9 zugewandte Arm des Verriegelungsbauteils 3 an dem anderen Ende 8 des Jochs 9 an. Nach dem Umschaltvorgang wird der Elektromagnet 12 abgeschaltet und das Verriegelungsbauteil 3 von der Permanentmagnetanordnung 5 in der Verriegelungsstellung gehalten. Der Permanentmagnet 6 verursacht ein weiteres magnetisches Feld 16, dessen Verlauf in den 3 und 4 durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist.
Um das Verriegelungsbauteil 3 von der Verriegelungsstellung wieder in die Freigabestellung zu überführen, wird der Elektromagnet 12 umgekehrt bestromt, so dass er ein dem von der Permanentmagnetanordnung 5 verursachten weiteren Magnetfeld 16 ein partiell entgegengesetztes Umschaltmagnetfeld 15 überlagert. Durch das Umschaltmagnetfeld 15 wird eine Kraft -F auf das Verriegelungsbauteil 3 ausgeübt, so dass dieses in die Freigabestellung wechselt. Dieser Vorgang ist in 4 dargestellt. Nach dem Umschaltvorgang wird der Elektromagnet 12 wieder abgeschaltet und das Verriegelungsbauteil 3 wieder von der Permanentmagnetanordnung 5 in der Verriegelungsstellung gehalten, wie es in 1 dargestellt ist.
5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verriegelungsvorrichtung 1 zum Blockieren einer Rotationsbewegung eines Rotationsbauteils 2 in der Freigabestellung. Diese Ausführung weist, genauso, wie das in den 1 bis 4 gezeigte Ausführungsbeispiel einen drehbar gelagerten, zweiarmigen Hebel nach Art einer Wippe als Verriegelungsbauteil 3 auf. Allerdings wird das Verriegelungsbauteil 3 mittelbar über ein Übertragungselement 17, nämlich einen Stößel 18 gehalten bzw. bewegt.
An dem Stößel 18 ist ein magnetisierbares Element angeordnet, auf das Permanentmagnete 6 einer Permanentmagnetanordnung 5 Kräfte derart ausüben, dass der Stößel 18 und damit das Verriegelungsbauteil 3 in der jeweils gewählten Schaltstellung zu halten.
Auch bei dieser Ausführung ist ein Elektromagnet 12 vorhanden, der dem von der Permanentmagnetanordnung 5 verursachten Magnetfeld ein Umschaltmagnetfeld überlagert; beispielsweise um von der in 5 dargestellten Freigabestellung in die in 6 dargestellte Verriegelungsstellung zu schalten.
Der Stößel 18 ist innerhalb der Spule eines Elektromagneten 12 der Umschaltvorrichtung 14 angeordnet. Der Stößel 18 könnte mittels eines Gelenks beweglich mit dem Verriegelungsbauteil 3 verbunden sein. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist jedoch eine Schenkelfeder 19 vorhanden, die bewirkt, dass das Verriegelungsbauteil 3 stets beweglich an dem Stößel 18 anliegt. Die Federkraft ist jedoch sehr klein verglichen mit den durch die Magnete verursachten Kräfte, so dass die Feder selbst keine nachteiligen Auswirkungen auf das Halten oder das Umschalten des Verriegelungsbauteils 3 hat.
Diese Ausführung kann vorteilhaft derart ausgeführt sein, dass der Stößel 18 in einem geschlossenen Gehäuse geführt sein kann. Gleiches gilt auch für die in den 7 bis 9 gezeigten Ausführungsbeispiele.
Die 7 und 8 zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verriegelungsvorrichtung 1 zum Blockieren einer Rotationsbewegung eines Rotationsbauteils 2. 7 zeigt das Verriegelungsbauteil 3 in der Freigabestellung, während 8 das Verriegelungsbauteil 3 in der Verriegelungsstellung zeigt.
Hinsichtlich der Funktionsweise entspricht das dritte Ausführungsbeispiel im Wesentlichen dem in den 5 und 6 gezeigten, zweiten Ausführungsbeispiel. Allerdings ist die Permanentmagnetanordnung 5 außerhalb des Elektromagneten 12 angeordnet.
9 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel, dessen Funktionsweise im Wesentlichen dem in den 7 und 8 gezeigten, dritten Ausführungsbeispiel entspricht. Allerdings ist statt der Schenkelfeder 19 eine Schraubenfeder 20 vorhanden, um das Verriegelungsbauteil 3 an dem Stößel 18 zu halten.
Die 10 und 11 zeigen ein fünftes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verriegelungsvorrichtung 1 zum Blockieren einer Rotationsbewegung eines Rotationsbauteils 2. 10 zeigt das Verriegelungsbauteil 3 in der Freigabestellung, während 11 das Verriegelungsbauteil 3 in der Verriegelungsstellung zeigt.
Hinsichtlich der Funktionsweise entspricht das fünfte Ausführungsbeispiel im Wesentlichen dem in den 1 bis 4 gezeigten, ersten Ausführungsbeispiel. Allerdings ist bei dem fünften Ausführungsbeispiel die Permanentmagnetanordnung 5 in das Joch 9 integriert.

Claims

Verriegelungsvorrichtung (1) zum Blockieren einer Rotationsbewegung eines Rotationsbauteils (2), mit einem beweglichen Verriegelungsbauteil (3), das mit einer Umschaltvorrichtung (4) wahlweise in eine Verriegelungsstellung oder in eine Freigabestellung überführbar ist, wobei die Verriegelungsvorrichtung (1) eine Permanentmagnetanordnung (5) aufweist, die das Verriegelungsbauteil (3) nach einem Umschaltvorgang, bei dem von der Freigabestellung in die Verriegelungsstellung geschaltet wurde, in der Verriegelungsstellung hält und die das Verriegelungsbauteil (3) nach einem Umschaltvorgang, bei dem von der Verriegelungsstellung in die Freigabestellung geschaltet wurde, in der Freigabestellung hält, und wobei die Umschaltvorrichtung (4) bei einem Umschaltvorgang dem von der Permanentmagnetanordnung (5) verursachten Magnetfeld ein Umschaltmagnetfeld überlagert, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltvorrichtung einen einzigen Elektromagneten aufweist, wobei der einzige Elektromagnet eine einzige Spule (13) beinhaltet, die das Umschaltmagnetfeld erzeugt.
Verriegelungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass a. die Feldlinien des Umschaltmagnetfelds - wenigstens räumlich partiell - entgegengesetzt zu den Feldlinien des von der Permanentmagnetanordnung (5) verursachten Magnetfeldes ausgerichtet sind, und/oder dass b. das Umschaltmagnetfeld bei einem Umschaltvorgang das von der Permanentmagnetanordnung (5) verursachten Magnetfeldes wenigstens räumlich partiell aufhebt, und/oder dass c. das Umschaltmagnetfeld bei einem Umschaltvorgang das von der Permanentmagnetanordnung (5) verursachte Magnetfeld in einem ersten räumlichen Bereich aufhebt und in einem anderen räumlichen Bereich nicht aufhebt.
Verriegelungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass a. vor und/oder nach einem Umschaltvorgang ausschließlich die Permanentmagnetanordnung (5) das Verriegelungsbauteil (3) in der Freigabestellung oder der Verriegelungsstellung hält und/oder dass b. das Umschaltmagnetfeld zeitlich außerhalb eines Umschaltvorganges abgeschaltet ist und/oder automatisch abgeschaltet wird.
Verriegelungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass a. die Permanentmagnetanordnung (5) einen einzigen Permanentmagneten (6) aufweist oder dass b. die Permanentmagnetanordnung (5) mehrere Permanentmagnete (6) aufweist.
Verriegelungsvorrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Permanentmagnet (6) an dem Verriegelungsbauteil (3) befestigt ist oder dass wenigstens ein Permanentmagnet (6) Teil des Verriegelungsbauteils (3) ist.
Verriegelungsvorrichtung (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Permanentmagnet (6) außerhalb des Verriegelungsbauteils (3) angeordnet ist und das Verriegelungsbauteil (39 relativ zu wenigstens einem Permanentmagnet (6) beweglich angeordnet ist.
Verriegelungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromagnet (12) hinsichtlich der Richtung der Feldlinien des von ihm erzeugten Magnetfeldes umschaltbar ist.
Verriegelungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass a. der Elektromagnet (12) ein Joch (9) aufweist, und/ oder dass b. der Elektromagnet (12) ein Joch (9) aufweist, wobei wenigstens ein Permanentmagnet (6) in das Joch (9) integriert ist oder an dem Joch (9) angeordnet ist, und/oder dass c. der Elektromagnet (12) ein Joch (9) aufweist, das die Permanentmagnetanordnung (5) beinhaltet oder das Teil der Permanentmagnetanordnung (5) ist.
Verriegelungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass a. die Permanentmagnetanordnung (5) unmittelbar eine Kraft auf das Verriegelungsbauteil (3) ausübt, um das Verriegelungsbauteil (3) in der Freigabestellung zu halten, wenn von der Verriegelungsstellung in die Freigabestellung geschaltet wurde, und/oder dass b. die Permanentmagnetanordnung (5) unmittelbar eine Kraft auf das Verriegelungsbauteil (3) ausübt, um das Verriegelungsbauteil (3) in der Freigabestellung zu halten, wenn von der Freigabestellung in die Verriegelungsstellung geschaltet wurde, und/oder dass c. die Umschaltvorrichtung (4) bei einem Umschaltvorgang unmittelbar eine Kraft auf das Verriegelungsbauteil (3) ausübt, und/oder dass d. die Umschaltvorrichtung (4) ausschließlich bei einem Umschaltvorgang eine Kraft auf das Verriegelungsbauteil (3) ausübt.
Verriegelungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass a. die Permanentmagnetanordnung (5) das Verriegelungsbauteil (3) mittelbar über ein Übertragungselement (17), das mechanisch mit dem Verriegelungsbauteil (3) verkoppelt ist, in der Freigabestellung hält, wenn von der Verriegelungsstellung in die Freigabestellung geschaltet wurde, und/oder dass b. die Permanentmagnetanordnung (5) das Verriegelungsbauteil (3) mittelbar über ein Übertragungselement (17), das mechanisch mit dem Verriegelungsbauteil (3) verkoppelt ist, in der Verriegelungsstellung hält, wenn von der Freigabestellung in die Verriegelungsstellung geschaltet wurde, und/oder dass c. die Umschaltvorrichtung (4) bei einem Umschaltvorgang mittelbar über ein Übertragungselement (17), das mechanisch mit dem Verriegelungsbauteil (3) verkoppelt ist, eine Kraft auf das Verriegelungsbauteil (3) ausübt.
Verriegelungsvorrichtung (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass a. das Übertragungselement (4) ein beweglich gelagerter Stößel (18) ist, oder dass b. das Übertragungselement (17) ein beweglich gelagerter Stößel (18) ist, der gelenkig mit dem Verriegelungsbauteil (3) verbunden ist, oder dass c. das Übertragungselement (17) ein beweglich gelagerter Stößel (18) ist, an dem das Verriegelungsbauteil (3) anliegt und mittels einer Feder in Anlage gehalten ist.
Verriegelungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Verriegelungsbauteil (3) beweglich gelagert ist oder dass das Verriegelungsbauteil (3) als drehbar oder schwenkbar gelagerter Hebel ausgebildet ist oder dass das Verriegelungsbauteil (3) als drehbar oder schwenkbar gelagerter zweiarmiger Hebel ausgebildet ist oder dass das Verriegelungsbauteil (3) als linear verschiebbarer Riegel ausgebildet ist.
Verriegelungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass a. das Verriegelungsbauteil (3) und/oder das Übertragungselement (4) zumindest teilweise ferromagnetisch oder paramagnetisch oder diamagnetisch sind oder dass b. das Verriegelungsbauteil (3) und/oder das Übertragungselement (4) ein ferromagnetisches oder paramagnetisches oder diamagnetisches Element aufweisen.
Verriegelungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Verriegelungsbauteil (3) dazu ausgebildet und angeordnet ist, in der Verriegelungsstellung mit einem Verriegelungselement eines Rotationsbauteils (2) zusammen zu wirken, und/oder dass das Verriegelungsbauteil (3) dazu ausgebildet und angeordnet ist, in der Verriegelungsstellung in ein Verriegelungselement oder in eine Aussparung oder in eine Ausnehmung (11) des Rotationsbauteils (2) einzugreifen.
Verriegelungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Verriegelungsbauteil (3) derart gelagert ist, dass in der Verriegelungsstellung keine Kräfte von einem verriegelten Rotationsbauteil (2) auf die Umschaltvorrichtung (4) und/oder das Übertragungselement (17) übertragen werden.
Verriegelungsvorrichtung (1) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Verriegelungsbauteil (3) an einer drehbaren Welle (14) angeordnet ist, die die von einem verriegelten Rotationsbauteil (2) ausgehenden Kräfte aufnimmt.
System beinhaltend eine Verriegelungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 16 und ein rotierbar gelagertes Rotationsbauteil (2), dessen Rotationsbewegung mittels der Verriegelungsvorrichtung (1) blockierbar ist.
Aktive Fahrwerkbeeinflussungsanordnung oder Fahrwerkbeeinflussungsanordnung, die als Nickstabilisator und/oder als Wankstabilisator und/oder als Höhenänderungsvorrichtung ausgebildet ist, die eine Verriegelungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 16 und/oder ein System nach Anspruch 17 aufweist.
Fahrzeug oder Kraftfahrzeug, das eine Verriegelungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 16 und/oder ein System nach Anspruch 17 aufweist und/oder eine aktive Fahrwerkbeeinflussungsanordnung nach Anspruch 18 aufweist.