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Die
Erfindung betrifft eine Schlossvorrichtung, insbesondere eine Schlossvorrichtung,
die durch elektrische Ansteuerung ver- und entriegelbar ist.
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Herkömmlich
Schlossvorrichtungen dieser Art sind sehr voluminös und
teuer, und aufgrund der Vielzahl von Komponenten in der Regel auch
sehr fehleranfällig.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine äußerst
kompakte, elektrisch ver- und entriegelbare Schlossvorrichtung bereit
zu stellen, die robust ist und mit hoher Zuverlässigkeit
funktioniert.
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Um
die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe zu lösen, wird
die Schlossvorrichtung nach Anspruch 1 bereit gestellt, welche umfasst:
zwei Schlossabschnitte, die relativ zueinander bewegbar sind, und
eine Kopplungseinrichtung mit einer piezoelektrischen Stellvorrichtung,
wobei die piezoelektrische Stellvorrichtung derart betätigbar
ist, dass die Kopplungseinrichtung zwischen einer Freilaufstellung,
in welcher die Schlossabschnitte mechanisch entkoppelt sind, und
einer Kopplungsstellung, in welcher die Schlossabschnitte mechanisch
gekoppelt sind, überführt wird. Eine piezoelektrische
Stellvorrichtung, die in verschiedenen Anwendungsbereichen wie bspw. Consumer
Elektronik, mechatronischen Kleinstsystemen, Mikromanipulation,
Mikrosystemtechnik oder Spielwaren eingesetzt wird, besitzt ein
kleines Bauvolumen und einen einfachen Aufbau mit wenigen Teilen.
Die Erfindung sieht vor, eine piezoelektrische Stellvorrichtung
in eine Schlossvorrichtung zu integrieren, wobei die piezoelektrische
Stellvorrichtung elektrisch ansteuerbar ist, um die Schlossabschnitte mechanisch
zu koppeln oder zu entkoppeln. Im Ergebnis wird eine äußerst
kompakte, elektrisch ver- und entriegelbare Schlossvorrichtung bereit
gestellt, die robust ist und mit hoher Zuverlässigkeit
funktioniert.
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Bevorzugte
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstände der Unteransprüche.
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Es
kann sich als hilfreich erweisen, wenn die piezoelektrische Stellvorrichtung
derart betätigbar ist, dass ein Kraftfluss zwischen den
Schlossabschnitten hergestellt und/oder unterbrochen wird. Die Schlossvorrichtung
nach dieser Ausführung ist mit geringem Energieaufwand
betätigbar, da lediglich die Kraftübertragung
zwischen den Schlossabschnitten selektiv unterbrochen oder hergestellt
wird, um die Kopplungseinrichtung zwischen der Freilaufstellung
und der Kopplungsstellung zu überführen.
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Es
kann sich als nützlich erweisen, wenn die Kopplungseinrichtung
einen bewegbaren Kopplungsabschnitt aufweist, der zwischen einer
Eingriffsstellung, in welcher sich der Kopplungsabschnitt mit beiden
Schlossabschnitten in Eingriff befindet, und einer Lösestellung,
in welcher sich der Kopplungsabschnitt nicht mit beiden Schlossabschnitten,
sondern lediglich mit einem oder keinem der Schlossabschnitte, in Eingriff
befindet, überführbar ist. Der Kopplungsabschnitt
ist bspw. ein (Paar von) Verriegelungsbolzen und stellt in der Kopplungsstellung
das mechanische Bindeglied zwischen den Schlossabschnitten dar, und
kann leicht in die erfindungsgemäße Schlossvorrichtung
integriert werden sowie mit einem einfachen Mechanismus zwischen
der Eingriffsstellung und der Lösestellung überführt
werden. Für die Realisierung kommen vielfältige
Möglichkeiten in Betracht.
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Es
kann sich als praktisch erweisen, wenn der Kopplungsabschnitt über
eine Federeinrichtung in die Eingriffsstellung vorgespannt ist.
Die Schlossvorrichtung nach dieser Ausführung kann mit äußerst geringem
Energieaufwand betrieben werden, da die piezoelektrische Stellvorrichtung
nicht gegen die Federkraft arbeiten muss, um den Kopplungsabschnitt in
die Eingriffsstellung zu überführen.
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Es
kann sich als sinnvoll erweisen, wenn der Kopplungsabschnitt in
der Freilaufstellung der Kopplungseinrichtung in die Lösestellung überführt
wird, wenn die Schlossabschnitte gegeneinander bewegt werden. Dabei
ist der Kopplungsabschnitt vorzugsweise durch die Federeinrichtung
in die Eingriffsstellung vorgespannt und wird entgegen der Federkraft der
Federeinrichtung in die Lösestellung ausgelenkt. Im Ergebnis
findet keine Kraftübertragung zwischen den Schlossabschnitten
statt und die Schlossabschnitte sind mechanisch entkoppelt. Die
piezoelektrische Stellvorrichtung benötigt zu diesem Vorgang keine
elektrische Energie.
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Es
kann sich als günstig erweisen, wenn der Kopplungsabschnitt
in der Kopplungsstellung der Kopplungseinrichtung in der Eingriffsstellung
blockiert ist. Dadurch findet eine Kraftübertragung zwischen
den Schlossabschnitten statt und die Schlossabschnitte sind mechanisch
gekoppelt. Die piezoelektrische Stellvorrichtung benötigt
zu diesem Vorgang ebenfalls keine elektrische Energie.
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Es
kann sich als vorteilhaft erweisen, wenn der Kopplungsabschnitt
mit einem der Schlossabschnitte über Nockenmittel derart
zusammenwirkt, dass, wenn die Schlossabschnitte gegenein ander bewegt
werden, der Kopplungsabschnitt in der Freilaufstellung der Kopplungseinrichtung über
das Nockenmittel verdrängt und in die Lösestellung überführt
wird, und das Nockenmittel in der Kopplungsstellung der Kopplungseinrichtung
eine Kraft zwischen den Schlossabschnitten nach dem Prinzip eines
Mitnehmers überträgt. Ein derartiger Kopplungsabschnitt
lässt sich einfach realisieren und funktioniert mit sehr
hoher Zuverlässigkeit.
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Es
kann nützlich sein, wenn die piezoelektrische Stellvorrichtung
einen Stator und einen gegenüber dem Stator beweglichen
Läufer aufweist, wobei der Läufer einen Blockierabschnitt
aufweist, der den Kopplungsabschnitt, insbesondere eine Bewegung des
Kopplungsabschnitts entgegen der Federkraft der Federeinrichtung,
in der Kopplungsstellung blockiert. Der Stator bildet somit einen
Anschlag, der die über den Kopplungsabschnitt übertragene
(Bewegungs-)energie aufnimmt. Vorzugsweise umfasst die Kopplungseinrichtung
zwei Kopplungsabschnitte, die im Wesentlichen symmetrisch zueinander
in entgegen gesetzte Richtungen betätigt werden, so dass sich
die Kraftvektoren im Wesentlichen aufheben. Bei dieser Ausführung
muss lediglich der Läufer der piezoelektrischen Stellvorrichtung
bewegt werden, um die Kopplungseinrichtung zwischen der Freilaufstellung
und der Kopplungsstellung zu überführen, was sich
mit minimalem Energieaufwand bewerkstelligen lässt.
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Es
kann hilfreich sein, wenn der Blockierabschnitt in der Kopplungsstellung
zwischen dem Kopplungsabschnitt und dem Stator angeordnet ist. Bei
dieser Anordnung überträgt der Blockierabschnitt die über
den Kopplungsabschnitt einwirkenden Kräfte auf den Stator.
Durch den piezoelektrischen Effekt induzieren die einwirkenden Kräfte
eine messbare elektrische Spannung, die als elektrisches Signal
von einem angeschlossenen Steuergerät erfassbar ist. Die
piezoelektrische Stellvorrichtung ist somit als Sensor nutzbar.
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Es
kann vorteilhaft sein, wenn die Schlossabschnitte gegeneinander
verdrehbar und konzentrisch zueinander angeordnet sind, wobei die
Kopplungseinrichtung auf bzw. in dem radial innen liegenden Schlossabschnitt
montiert ist. Die Schlossvorrichtung nach dieser Ausführung
weist einen besonders kompakten Aufbau auf und erfordert einen minimalen
Bauraum.
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Es
kann praktisch sein, wenn der erste Schlossabschnitt drehbar auf
dem zweiten Schlossabschnitt gelagert ist, wobei die Kopplungseinrichtung
auf bzw. in dem zweiten Schlossabschnitt montiert ist. Dadurch kann
die Kopplungseinrichtung auf dem lagernden Schlossabschnitt untergebracht
werden, wodurch sich elektrische Anschlüsse erleichtern.
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Es
kann günstig sein, wenn der Kopplungsabschnitt als Verriegelungsbolzen
ausgebildet ist und im Wesentlichen radial zu einer Drehachse einer
der beiden Schlossabschnitte bewegbar ist. Bei dieser Ausführung
ist der Kopplungsabschnitt durch eine radial gerichtete Bewegung
zwi schen der Eingriffsstellung und der Lösestellung überführbar,
was sich durch einen einfachen Mechanismus bewerkstelligen lässt.
Nach dieser Ausführung kann die Federeinrichtung als Schraubenfeder
ausgebildet sein, und koaxial zum sowie auf dem Verriegelungsbolzen
angeordnet werden.
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Es
kann von Vorteil sein, wenn der Kopplungsabschnitt zangenförmig
ausgebildet ist und ein Paar von Verriegelungsarmen aufweist, die
an einem Ende über eine Gelenkverbindung verbunden sind, wobei
die Federeinrichtung im Abstand von der Gelenkverbindung zwischen
den Verriegelungsarmen angeordnet ist. Dieser Kopplungsabschnitt
kann nach dem Hebelprinzip gestaltet werden und ermöglicht
eine Vielzahl weiterer Ausgestaltungsformen der erfindungsgemäßen
Schlossvorrichtung.
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Es
kann von Nutzen sein, wenn die Schlossvorrichtung ein Steuergerät
aufweist, welches ein elektrisches Signal, das durch mechanische
Belastung der piezoelektrischen Stellvorrichtung erzeugt wird, erfasst,
und ein Steuersignal generiert. Dadurch können zusätzliche
Sensorfunktionen wie Positionserkennung, Endanschlag/Endschalter
und Einbruchserkennung sehr einfach realisiert werden. Durch kapazitive Überkopplung
zwischen der Piezokeramik und dem Läufer kann dieses Signal über
einen Endanschlag ausgewertet werden. Hierdurch ist eine sichere
Blockiererkennung möglich. Eine Manipulationserkennung
kann durch den piezoelektrischen Effekt erfolgen.
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Es
kann sich als hilfreich erweisen, wenn das Steuergerät
ein Steuersignal in Abhängigkeit der elektrischen Spannung,
die durch mechanische Belastung der piezoelektrischen Stellvorrichtung
erzeugt wird, generiert. Die Piezokeramik erzeugt bei mechanischer
Belastung eine der Änderung proportionale Spannung. Hierdurch
können, abhängig von der Höhe der Spannung,
verschiedene Funktionen ausgeführt werden, wie z. B. eine
automatische Verriegelung nach Zufallen einer Tür, die Überprüfung der
Endposition, das Auslösen eines Alarms, etc.
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Ein
weiterer bevorzugter Aspekt der Erfindung betrifft die Verwendung
einer piezoelektrischen Stellvorrichtung für eine Schlossvorrichtung.
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Die
Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen
im Detail erläutert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt
eine perspektivische Explosionsdarstellung der erfindungsgemäßen
Schlossvorrichtung nach dem ersten Ausführungsbeispiel.
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2 zeigt
eine perspektivische Ansicht der piezoelektrischen Stellvorrichtung
der erfindungsgemäßen Schlossvorrichtung nach
dem ersten Ausführungsbeispiel.
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3 zeigt perspektivische Ansichten der Kopplungseinrichtung
nach dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei sich die Kopplungseinrichtung gemäß 3a in
der Freilaufstellung und gemäß 3b in
der Kopplungsstellung befindet.
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4 zeigt Ansichten der erfindungsgemäßen
Schlossvorrichtung nach dem ersten Ausführungsbeispiel,
wobei sich die Kopplungseinrichtung gemäß 4a in
der Freilaufstellung und gemäß 4b in
der Kopplungsstellung befindet.
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5 zeigt
eine perspektivische Explosionsdarstellung der erfindungsgemäßen
Schlossvorrichtung nach dem zweiten Ausführungsbeispiel.
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6 zeigt Ansichten der erfindungsgemäßen
Schlossvorrichtung nach dem zweiten Ausführungsbeispiel,
wobei sich die Kopplungseinrichtung in der Freilaufstellung befindet,
wobei sich die Schlossabschnitte gemäß 6a in
Ruhestellung befinden und gemäß 6b gegeneinander
verdreht sind.
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7 zeigt Ansichten der erfindungsgemäßen
Schlossvorrichtung nach dem zweiten Ausführungsbeispiel,
wobei sich die Kopplungseinrichtung in der Kopplungsstellung befindet,
wobei sich die Schlossabschnitte gemäß 7a in
Ruhestellung befinden und gemäß 7b mit
einem Drehmoment beaufschlagt sind.
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Detaillierte Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsbeispiele
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1 zeigt
eine perspektivische Explosionsdarstellung der erfindungsgemäßen
Schlossvorrichtung 1 nach dem ersten Ausführungsbeispiel.
Die erfindungsgemäße Schlossvorrichtung 1 umfasst
zwei Schlossabschnitte 2, 3, die relativ zueinander
bewegbar sind, und eine Kopplungseinrichtung 4, 5 mit
einer piezoelektrischen Stellvorrichtung 4, wobei die piezoelektrische
Stellvorrichtung 4 derart betätigbar ist, dass
die Kopplungseinrichtung 4, 5 zwischen einer Freilaufstellung,
in welcher die Schlossabschnitte 2, 3 mechanisch
entkoppelt sind, und einer Kopplungsstellung, in welcher die Schlossabschnitte 2, 3 mechanisch
gekoppelt sind, überführt wird. Die piezoelektrische
Stellvorrichtung 4 ist derart betätigbar, dass
ein Kraftfluss zwischen den Schlossabschnitten 2, 3 hergestellt
(Kopplungsstellung) oder unterbrochen ist/wird (Freilaufstellung).
Die Schlossabschnitte 2, 3 sind im Wesentlichen
ringförmig ausgebildet und werden konzentrisch zueinander
angeordnet (4). Der radial außen
liegende Schlossabschnitt 3 ist als Rotationskörper
ausgebildet und ist drehbar gegenüber dem radial innen
liegenden Schlossabschnitt 2, der als Motoraufnahme ausgebildet
ist, gelagert. Die Motoraufnahme umfasst mittig eine im wesentlichen
quaderförmige Aussparung als Aufnahmeöffnung für
die piezoelektrische Stellvorrichtung 4 und zwei sich auf
diametral gegenüber liegenden Seiten erstreckende Wanddurchbrüche
als Aufnahmeöffnungen für Verriegelungsbolzen.
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2 zeigt
eine perspektivische Ansicht der piezoelektrischen Stellvorrichtung
4 der
erfindungemäßen Schlossvorrichtung nach dem ersten
Ausführungsbeispiel. Eine piezoelektrische Stellvorrichtung
4 ähnlicher
Bauart ist im
Deutschen
Patent Nr. 102004059429 bzw. in der internationalen Patentanmeldung
Nr.
WO2006/027031A1 offenbart.
Die piezoelektrischen Stellvorrichtung
4 der erfindungemäßen
Schlossvorrichtung ist für die Zwecke der Erfindung modifiziert.
Die piezoelektrische Stellvorrichtung
4 bildet einen Miniatur-Piezolinearantrieb
und ist auf einer Leiterplatte
40 montiert. Die Leiterplatte
40 ist
im vorliegenden Fall eine kreisförmige Scheibe, die in
etwa den Durchmesser des radial innen liegenden Schlossabschnitts
aufweist. Die Treiberelektronik ist auf derselben Leiterplatte
40 installiert
und erfordert eine Spannungsversorgung von 5 V (DC). Die Stellvorrichtung
4 umfasst
einen Piezoaktor
41 (auch als piezoelektrisches Element
oder Piezokeramik bezeichnet), eine Läuferfeder
42,
einen Läufer
43 und ein Gehäuse
44.
Der Piezoaktor
41 und das Gehäuse
44 bilden
einen Stator. Die Läuferfeder
42 und der Läufer
43 bilden
eine gegenüber dem Stator bewegliche Einheit. Der Läufer
43 umfasst
einen Anlageabschnitt
43a und einen Blockierabschnitt
43b.
Die piezoelektrische Stellvorrichtung
4 ist konzipiert,
um leichte Objekte wie z. B. Glasfasern, mikromechanische, opto-
oder elektromechanische Elemente schnell und präzise bewegen
zu können. Die vorgespannte Läuferfeder
42 der
piezoelektrischen Stellvorrichtung
4 drückt den
Läufer
43 gegen den Piezoaktor und erzeugt so
eine Haltekraft im Ruhezustand. Dadurch wird eine sehr hohe Positionsstabilität
ermöglicht und Wärmeentwicklung, wie sie bei konventionellen
Linearmotoren auftritt, ausgeschlossen. Im Betrieb bewegt der oszillierende
Piezoaktor
41 den Läufer
43 über
die Länge der piezoelektrischen Stellvorrichtung
4,
wobei die piezoelektrische Stellvorrichtung
4 mit Ultraschallantrieb
einen Stellweg von 2 mm mit bis zu 200 mm/s bei einer Baulänge
von 8 mm ermöglicht. Die hochfrequenten Schwingungen der
piezoelektrischen Stellvorrichtung
4 werden durch die Treiberelektronik
erzeugt, die dazu wiederum mit kurzen Spannungspulsen angesteuert
wird. Die Treiberelektronik stimmt die Anregungsfrequenz automatisch
auf die Resonanzfrequenz des Piezoaktors
41 ab (Autoresonanz).
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3 zeigt perspektivische Ansichten der Kopplungseinrichtung 4, 5 nach
dem ersten Ausführungsbeispiel. Die Kopplungseinrichtung 4, 5 umfasst die
piezoelektrische Stellvorrichtung 4, die zuvor mit Bezug
auf 2 beschrieben wurde, sowie einen bewegbaren Kopplungsabschnitt 5,
der zwischen einer Eingriffsstellung, in welcher sich der Kopplungsabschnitt 5 mit
beiden Schlossabschnitten (in 4 dargestellt)
in Eingriff befindet, und einer Lösestellung, in welcher
sich der Kopplungsabschnitt 5 nicht mit beiden Schlossabschnitten
in Eingriff befindet, ü berführbar ist. Um das
Wirkungsprinzip der Kopplungseinrichtung 4, 5 zu
erläutern, sind der besseren Übersicht halber
die Schlossabschnitte und die Leiterplatte der piezoelektrischen
Stellvorrichtung 4 nicht dargestellt. Im ersten Ausführungsbeispiel
ist der Kopplungsabschnitt 5 als Paar von Verriegelungsbolzen 51 ausgebildet,
wobei die Verriegelungsbolzen 51 jeweils senkrecht zu einer
Bewegungsrichtung des Läufers 43 bewegbar sind.
Eine als Schraubenfeder ausgebildete Federeinrichtung 52 ist
koaxial auf jedem der Verriegelungsbolzen 51 angeordnet.
Der Kopplungsabschnitt 5 ist über die Federeinrichtung 52 in
die Eingriffsstellung vorgespannt. Die Zusammenwirkung der Kopplungseinrichtung 4, 5 mit
den Schlossabschnitten sowie die Funktion der Federeinrichtung 52 werden
später mit Bezug auf die 4a und 4b erläutert.
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In 3a befindet
sich die Kopplungseinrichtung 4, 5 in der Freilaufstellung
und der Kopplungsabschnitt 5 in Lösestellung.
Der Läufer 43 ist durch elektrische Ansteuerung
des Piezoaktors 41 in eine Position bewegt, so dass der
Kopplungsabschnitt 5 in die Lösestellung überführt
werden kann, wenn die Schlossabschnitte gegeneinander bewegt werden,
wobei die Verriegelungsbolzen 51 entgegen der Federkräfte
der Federeinrichtungen 52 gegen den Anschlagabschnitt 43a des
Läufers 43 gedrückt werden.
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In 3b befindet
sich die Kopplungseinrichtung 4, 5 in der Kopplungsstellung
und der Kopplungsabschnitt 5 in der Eingriffsstellung.
Der Läufer 43 ist durch elektrische Ansteuerung
des Piezoaktors 41 in eine Position bewegt, so dass der
Kopplungsabschnitt 5 in der Eingriffsstellung blockiert
ist. Weil die Federeinrichtungen 52 die Verriegelungsbolzen 51 radial
nach außen gegen den radial äußeren Schlossabschnitt
in die Eingriffsstellung drängen, kann der Läufer 43 ohne
gegen die Federkräfte der Federeinrichtungen 52 zu
arbeiten, in die Kopplungsstellung überführt werden.
Dazu sind nur geringe elektrische Energiemengen bzw. Anlaufströme
erforderlich. Wenn eine Kraft bzw. ein Drehmoment aufgebracht wird,
um die Schlossabschnitte gegeneinander zu bewegen, werden die Verriegelungsbolzen 51 gegen
den Blockierabschnitt 43a des Läufers 43 gedrückt.
Die Bewegung der Schlossabschnitte wird blockiert, weil die Bewegung
der Verriegelungsbolzen 51 durch die Blockierabschnitte 43a des
Läufers 43 blockiert wird.
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4 zeigt Ansichten der erfindungemäßen Schlossvorrichtung 1 nach
dem ersten Ausführungsbeispiel. Die Schlossabschnitte 2, 3 sind
gegeneinander verdrehbar und konzentrisch zueinander angeordnet.
Die Kopplungseinrichtung 4, 5 ist auf bzw. in dem
radial innen liegenden Schlossabschnitt 2 montiert und
wirkt mit dem radial außen liegenden Schlossabschnitt 3 über
Nockenmittel 31 derart zusammen, dass, wenn die Schlossabschnitte 2, 3 gegeneinander
bewegt werden, der Kopplungsabschnitt 5 in der Freilaufstellung
der Kopplungseinrichtung 4, 5 über das
Nockenmittel 31 verdrängt und in die Lösestellung überführt
wird und das Nockenmit tel 31 in der Kopplungsstellung der
Kopplungseinrichtung 4, 5 eine Kraft zwischen
den Schlossabschnitten 2, 3 nach dem Prinzip eines
Mitnehmers überträgt. Der radial außen
liegende Schlossabschnitt 3 umfasst am Innenumfang insgesamt
sechs keilförmige Vorsprünge bzw. Nocken 31,
die im gleichen Winkelabstand zueinander angeordnet sind. Die Verriegelungsbolzen 51 umfassen
kegelförmige Spitzen, die mit den keilförmigen
Nocken 31 zusammenwirken, so dass die Verriegelungsbolzen 51,
wenn sie in Keileingriff mit den Nocken 31 gelangen, radial
nach innen verdrängt werden.
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Gemäß 4a befindet
sich die Kopplungseinrichtung 4, 5 in der Freilaufstellung.
Durch Drehung des radial außen liegenden Schlossabschnitts 3 gegenüber
dem radial innen liegenden Schlossabschnitt 2 werden die
Verriegelungsbolzen 51 über die Nocken 31 radial
nach innen in Richtung der piezoelektrischen Stellvorrichtung 4 verdrängt,
bis die Verriegelungsbolzen 51 an den Anschlagabschnitten
der Blockiereinrichtung anliegen (siehe 3a). Ein Kraftfluss
zwischen den Schlossabschnitten 2, 3 wird durch
das Zurückweichen der Verriegelungsbolzen 51 entgegen
der Federkräfte der Federeinrichtungen unterbrochen und
die Schlossabschnitte 2, 3 sind demnach mechanisch
entkoppelt. Eine Drehung des radial außen liegenden Schlossabschnitts 3 gegenüber
dem radial innen liegenden Schlossabschnitt 2 ist somit
ermöglicht.
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Gemäß 4b befindet
sich die Kopplungseinrichtung 4, 5 in der Kopplungsstellung.
Eine Drehung des radial außen liegenden Schlossabschnitts 3 gegenüber
dem radial innen liegenden Schlossabschnitt 2 ist innerhalb
eines Winkelbereichs zwischen zwei Nocken 31 möglich.
Bei einer weiteren Drehung müssten die Verriegelungsbolzen 51 über
das Nockenmittel 31 radial nach innen in Richtung der piezoelektrischen
Stellvorrichtung 4 verdrängt werden. Die Bewegung
der Verriegelungsbolzen 51 allerdings ist durch die Blockierabschnitte
des Läufers blockiert (siehe 3b). Infolge
dessen können die Verriegelungsbolzen 51 nicht
zurückweichen und die Drehbewegung des radial außen
liegenden Schlossabschnitts 3 gegenüber dem radial
innen liegenden Schlossabschnitt 2 ist gesperrt blockiert.
Ein Kraftfluss zwischen den Schlossabschnitten 2, 3 ist
folglich hergestellt und die Schlossabschnitte 2, 3 sind demnach
mechanisch gekoppelt.
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5 zeigt
eine perspektivische Explosionsdarstellung der erfindungemäßen
Schlossvorrichtung 101 nach dem zweiten Ausführungsbeispiel.
Der erste Schlossabschnitt 102 ist in einer Führungsnut drehbar
auf dem zweiten Schlossabschnitt 103 gelagert und die Kopplungseinrichtung 104, 105 ist
auf bzw. in dem zweiten Schlossabschnitt 103 montiert. Im
zweiten Ausführungsbeispiel umfasst die piezoelektrische
Stellvorrichtung 4 einen Piezoaktor 141, eine
Läuferfeder 142, einen Läufer 143 und
ein Gehäuse 144, wobei der Piezoaktor 141 und
das Gehäuse 144 einen Stator bilden und die Läuferfeder 142 und
der Läufer 143 eine gegenüber dem Stator bewegliche
Einheit bilden. Der Läufer 143 umfasst einen Anlageabschnitt 143a und
einen Blockierabschnitt 143b. Das Gehäuse 144 ist
auf einer im Wesentlichen rechteckigen Leiterplatte 140 montiert.
Die piezoelektrische Stellvorrichtung 4 ist gegenüber dem
ersten Ausführungsbeispiel modifiziert, um die geometrischen
Besonderheiten des zweiten Ausführungsbeispiels zu berücksichtigen,
und ist derart betätigbar, dass die Kopplungseinrichtung 104, 105 zwischen
der Freilaufstellung, in welcher die Schlossabschnitte 102, 103 mechanisch
entkoppelt sind, und der Kopplungsstellung, in welcher die Schlossabschnitte 102, 103 mechanisch
gekoppelt sind, zu überführen. Die Kopplungseinrichtung 104, 105 umfasst
wiederum die piezoelektrische Stellvorrichtung 104 sowie
einen bewegbaren Kopplungsabschnitt 105, der zwischen einer
Eingriffsstellung, in welcher sich der Kopplungsabschnitt 105 mit
beiden Schlossabschnitten 102, 103 in Eingriff
befindet, und einer Lösestellung, in welcher sich der Kopplungsabschnitt 105 nicht
mit beiden Schlossabschnitten 102, 103 in Eingriff
befindet, überführbar ist. Der Kopplungsabschnitt 105 ist
im zweiten Ausführungsbeispiel zangenförmig ausgebildet
und weist ein Paar von Verriegelungsarmen 151 auf, die
an einem Ende über eine Gelenkverbindung 153 verbunden
sind, wobei eine bügelförmige Federeinrichtung 152 im
Abstand von der Gelenkverbindung 153 zwischen den Verriegelungsarmen 151 angeordnet
ist. Die Kopplungseinrichtung 104, 105 wirkt mit
dem drehbar gelagerten Schlossabschnitt 102 über
ein Nockenmittel 153 derart zusammen, dass, wenn der drehbar
gelagerte Schlossabschnitt 102 gegen den Schlossabschnitt 103 bewegt
wird, der Kopplungsabschnitt 105 in der Freilaufstellung
der Kopplungseinrichtung 104, 105 über
das Nockenmittel 154 verdrängt und in die Lösestellung überführt
wird und das Nockenmittel 154 in der Kopplungsstellung
der Kopplungseinrichtung 104, 105 eine Kraft zwischen
den Schlossabschnitten 102, 103 nach dem Prinzip
eines Mitnehmers überträgt. Abweichend vom ersten
Ausführungsbeispiel ist das Nockenmittel 154 ein
konvex am Biegerücken jedes Verriegelungsarms 151 ausgebildeter Vorsprung,
der mit einer komplementären Ausnehmung an einem Innenumfang
eines Randabschnitts des Schlossabschnitts 102 zusammenwirkt.
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6 zeigt Ansichten der erfindungsgemäßen
Schlossvorrichtung 101 nach dem zweiten Ausführungsbeispiel,
wobei sich die Kopplungseinrichtung 104, 105 in
der Freilaufstellung befindet. Gemäß 6a befinden
sich die Schlossabschnitte 102, 103 in Ruhestellung
und gemäß 6b sind
die Schlossabschnitte 102, 103 gegeneinander verdreht.
Durch Drehung des gelagerten Schlossabschnitts 102 gegenüber
dem lagernden Schlossabschnitt 103 aus der Ruhestellung
werden die Verriegelungsarme 151 über das Nockenmittel 154 radial
nach innen in Richtung der piezoelektrischen Stellvorrichtung 104 verdrängt,
bis die Verriegelungsarme 151 an den Anschlagabschnitten 143a des
Läufers 143 anliegen. Ein Kraftfluss zwischen
den Schlossabschnitten 2, 3 wird durch das Zurückweichen
der Verriegelungsarme 151 entgegen der Feder kraft der Federeinrichtung 152 unterbrochen
und die Schlossabschnitte 102, 103 sind mechanisch
entkoppelt. Eine Drehung des gelagerten Schlossabschnitts 102 gegenüber dem
lagernden Schlossabschnitt 103 ist somit möglich.
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7 zeigt Ansichten der erfindungemäßen Schlossvorrichtung 101 nach
dem zweiten Ausführungsbeispiel, wobei sich die Kopplungseinrichtung 104, 105 in
der Kopplungsstellung befindet. Gemäß 7a befinden
sich die Schlossabschnitte 102, 103 in Ruhestellung
und gemäß 7b sind
die Schlossabschnitte 102, 103 mit einem Drehmoment
beaufschlagt. Zur Drehung des gelagerten Schlossabschnitts 102 gegenüber
dem lagernden Schlossabschnitt 103 aus der Ruhestellung
müsste das Nockenmittel 154 radial nach innen
aus den komplementären Ausnehmungen des Schlossabschnitts 102 verdrängt
werden. Die Bewegung der Verriegelungsarme 151 in Richtung
der piezoelektrischen Stellvorrichtung 4 ist allerdings
nur soweit möglich, bis die Verriegelungsarme 151 an
den Anschlagabschnitten 143b des Läufers 143 anliegen.
Dabei gelangt das Nockenmittel 154 jedoch nicht außer
Eingriff mit den komplementären Ausnehmungen des Schlossabschnitts 102,
so dass der Kopplungsabschnitt 105 in der Eingriffsstellung
blockiert ist. Infolge dessen können die Verriegelungsarme 151 nicht zurückweichen
und die Drehbewegung des gelagerten Schlossabschnitts 102 gegenüber
dem lagernden Schlossabschnitt 103 ist gesperrt/blockiert.
Ein Kraftfluss zwischen den Schlossabschnitten 102, 103 ist
folglich hergestellt und die Schlossabschnitte 102, 103 sind
mechanisch gekoppelt.
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Vorzugsweise
weist die Schlossvorrichtung im ersten als auch im zweiten Ausführungsbeispiel ein
Steuergerät auf, welches ein elektrisches Signal, das durch
mechanische Belastung der piezoelektrischen Stellvorrichtung erzeugt
wird, erfasst, und in Abhängigkeit der erfassten elektrischen
Spannung ein Steuersignal generiert, um zusätzliche Sensorfunktionen
wie Positionserkennung, Endanschlag/Endschalter und Einbruchserkennung
zu realisieren. Das Steuergerät ist vorzugsweise auf der Leiterplatte
installiert.
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Die
bevorzugte Anwendung der erfindungsgemäßen Schlossvorrichtung
wird nachfolgend beschrieben.
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Die
erfindungsgemäße Schlossvorrichtung wird bspw.
in einem Türschloss im Knauf eines Schließzylinders
eingesetzt. Dabei wird einer der Schlossabschnitte mit einem Schließbolzen
und ein anderer der Schlossabschnitte mit dem Knauf gekoppelt.
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Wenn
sich die Kopplungseinrichtung in der Freilaufstellung befindet,
wird eine Drehbewegung des Knaufs nicht an den Schließbolzen übertragen und
das Türschloss lässt sich nicht betätigen.
Eine über das Türschloss verschlossene Tür
kann folglich nicht geöffnet werden.
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Wird
die piezoelektrische Stellvorrichtung durch elektrische Ansteuerung
derart betätigt, dass die Kopplungseinrichtung in die Kopplungsstellung überführt
wird, kann eine Drehbewegung des Knaufs an den Schließbolzen übertragen
werden. Im Ergebnis kann das Türschloss betätigt
und eine verschlossene Tür geöffnet werden.
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Die
folgenden Vorteile ergeben sich durch den Einsatz eines piezoelektrischen
Ultraschallmotors als piezoelektrische Stellvorrichtung in der erfindungsgemäßen
Schlossvorrichtung:
Die piezoelektrische Stellvorrichtung benötigt
ein kleines Bauvolumen und besitzt einen einfachen Aufbau mit wenigen
Teilen. Die Schlossvorrichtung ist manipulationssicher und robust
durch geringe Masse. Im spannungslosen Zustand, d. h. wenn die piezoelektrische
Stellvorrichtung nicht mit elektrischer Energie zur Anregung des
Aktuators beaufschlagt wird, tritt eine Selbsthemmung ein, wobei
sich die Schlossvorrichtung nicht betätigen lässt.
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Die
erfindungsgemäße Schlossvorrichtung erfordert
eine geringe Energieaufnahme ohne hohen Anlaufstrom, weil die Elemente
der Kopplungseinrichtung über Federeinrichtungen vorgespannt
sind, so dass die piezoelektrische Stellvorrichtung nicht gegen
den Federdruck arbeiten muss, um die Kopplungseinrichtung zwischen
der Freilaufstellung und der Kopplungsstellung zu überführen.
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Im
Ergebnis wird eine äußerst kompakte, elektrisch
ver- und entriegelbare Schlossvorrichtung bereit gestellt, die robust
ist und mit hoher Zuverlässigkeit funktioniert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102004059429 [0030]
- - WO 2006/027031 A1 [0030]