DE68907568T2

DE68907568T2 - Elektromagnetisch aktivierter Mechanismus.

Info

Publication number: DE68907568T2
Application number: DE89312188T
Authority: DE
Inventors: Walter John Aston
Original assignee: Yale Security Products Ltd
Current assignee: Security Products UK Ltd
Priority date: 1988-11-30
Filing date: 1989-11-23
Publication date: 1993-11-25
Anticipated expiration: 2009-11-24
Also published as: GB8827906D0; EP0371701A1; DE68907568D1; US5014030A; EP0371701B1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf elektromagnetisch aktivierte Mechanismen.
Gegenwärtig verfügbare Lithiumbatterien können ein verlängertes Leben aufweisen, und elektronische Schaltungen sind nun verfügbar, die sehr niedrigen Strom ziehen, so daß die Batterieenergie erhalten bleibt. In dem Gebiet des Überschneidens elektronischer Schaltungen mit mechanischen Vorrichtungen treten jedoch immer noch Probleme der Batterieenergieerhaltung auf. Wenn es notwendig ist, eine bestimmte mechanische Tätigkeit in Abhängigkeit von einem bestimmten elektrischen Signal durchzuführen, ist es gegenwärtig üblich, ein Solenoid zu benutzen, das tatsächlich ein Teil der mechanischen Vorrichtung versetzt. Allgemein gesprochen, dieser Zugang zu der elektronischen/mechanischen Überschneidung ist nicht sehr energieeffektiv und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen elektromagnetisch aktivierten Mechanismus verbesserter Effektivität vorzusehen.
Es ist aus der GB 2 163 474 bekannt, einen Elektromagneten in einem Schloß mit einem verschiebbaren Bolzen in solcher Position vorzusehen, daß, wenn der Bolzen getrieben wird und ein Betätigungshandgriff für das Schloß in der neutralen Position ist, ein Auslöseelement, das von einem gleitenden Betätigungselement getragen wird, das durch den Handgriff bewegbar ist, an seiner größten Annäherung an den Elektromagneten ist. Wenn der Elektromagnet aktiviert wird, wenn der Handgriff gedreht wird, wird die Bewegung des Auslöseelementes mit dem gleitenden Aktivierungselement verhindert, und ein ebenfalls mit dem Aktivierungselement bewegbares Kupplungselement kann in Eingriff mit einem Anschlag auf dem Bolzen fallen. Wenn der Elektromagnet nicht aktiviert ist, verhindert das Auslöseelement das Fallen des Kupplungselementes. Diese Konstruktion nach dem Stand der Technik benutzt eine Energie effektive elektromagnetische Annordnung aber auf eine solche Weise, daß der Bolzen freigelassen wird, das er bewegt werden kann, wenn der Elektromagnet nicht aktiviert ist. Daher ist der angebotene Sicherheitsstandard niedrig. Die vorliegende Erfindung weist als ihre Aufgabe auf, einen Mechanismus vorzusehen, bei dem ein positives mechanisches Anhalten der Versetzung erzielt werden kann.
Ein Mechanismus gemäß der Erfindung weist ein mechanisches Eingabeteil, ein mechanisches Ausgabeteil, einen Elektromagnet, ein bewegbares Teil, das einer Anziehung durch den Elektromagnet unterliegt, wenn der letztere erregt ist, aufweist, wobei der Mechanismus eine Ruhebedingung aufweist, in der ein Spalt zwischen dem Elektromagnet und dem bewegbaren Teil ein Minimum beträgt, gekennzeichnet durch ein auf dem Eingabeteil angebrachtes profiliertes Teil, das ein Nockenprofil zum Versetzen des bewegbaren Teiles zu dem Elektromagnet hin, während das Eingabeteil zu seiner Ruheposition bewegt wird, und Feststellmittel, das in Eingriff mit dem bewegbaren Teil gebracht werden kann, wenn das Eingabeteil aus seiner Ruheposition bewegt wird, während der Elektromagnet nicht erregt ist, aufweist, damit eine weitere Versetzung des Eingabeteiles verhindert wird, wobei der Elektromagnet, wenn er erregt ist, die Versetzung des bewegbaren Teiles verhindert.
In den begleitenden Zeichnungen:
Fig. 1 ist eine diagrammartige Schnittansicht, die ein Beispiel eines Kupplungsmechanismus gemäß der Erfindung zeigt;
Fig. 2 ist eine Ansicht eines Kupplungsreaktionselementes, das in dem Mechanismus von Fig. 1 enthalten ist;
Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht eines Kupplungseingabeelementes, das in dem Mechanismus von Fig. 1 enthalten ist;
Fig. 4 ist eine diagrammartige Ansicht eines ersten Beispieles eines Feststellmechanismus gemäß der Erfindung;
Fig. 5 ist eine Ansicht einer Verriegelungsplatte, die einen Teil des Mechanismus von Fig. 4 bildet;
Fig. 6 ist ein Teilabschnitt der in Fig. 5 gezeigten Platte;
Fig. 7 ist eine diagrammartige Ansicht eines zweiten Beispieles eines Feststellmechanismus gemäß der Erfindung;
Fig. 8 und 9 sind diagrammartige Ansichten eines dritten Beispieles eines Feststellmechanismus gemäß der Erfindung; die in zwei verschiedenen Positionen gezeigt sind; und
Fig. 10 und 11 zeigen eine Türschloßanordnung, die den Mechanismus von Figuren 8 und 9 enthält.
Es wird zuerst Bezug genommen auf Figuren 1 bis 3, das mechanische Eingabeteil des Mechanismus ist ein Knopf 10 auf einer Eingabewelle 11. Es gibt ein Ausgabeteil in der Form einer Ausgabewelle 11. Befestigt an den beiden Wellen 10 und 11 oder darauf durch Keile angebracht sind ein Kupplungseingabeelement 12 und ein Kupplungsausgabeelement 13. Diese weisen Zinnen oder ähnliche in eingriffbare Antriebsformationen wie die, die bei 12a in Fig. 3 gezeigt sind, auf, so daß eine positive Antriebsverbindung zwischen dem Eingabe- und Ausgabeteil ermöglicht wird, die falls benötigt hergestellt wird.
Ein Elektromagnet 14 ist in dem Mechanismus zum Bestimmen, ob oder ob nicht die Kupplung auf Drehen des Eingabeelementes 10 in Eingriff stehen soll. Dieser Elektromagnet weist eine Windung 14a auf einem Schenkel eines U-förmigen Kernes auf. Der Elektromagnet wirkt mit einem schwenkbar angebrachten bewegbaren Element 15 zusammen, dessen allgemeine Form in Fig. 2 gezeigt ist. Das Element 15 wird durch Schwerkraft oder eine leichte Feder (nicht gezeigt) zu der gezeigten Position gedrückt, in der ein Teil 15a tatsächlich einen Flächenkontakt mit den Enden der Schenkel des Magnetkernes macht. In dieser Position ist der Spalt zwischen dem Elektromagnet und dem Element 15 auf einem Minimum.
Wie in Figuren 2 und 3 gezeigt ist, weisen das Element 15 und das Kupplungseingabeteil 12 benachbarte Flächen auf, die so geformt sind, daß eine relative Winkelbewegung zwischen diesen Teilen eine relative axiale Versetzung bewirkt. Wie gezeigt ist, weist das Element 15 zwei Rippen 15b auf, und die Kupplung weist ein Paar von gekrümmten Rampen 12b auf. Das Teil 12 und das Element 15 wirken somit als ein Nocken und ein Folger und haben den Effekt des Trennens dieser zwei Teile axial auseinander aus ihren Eingriffspositionen, während sie relativ zueinander gedreht werden.
Wenn das Eingabeteil 10 gedreht wird, während der Elektromagnet nicht erregt wird, ist das Element 15 frei zum Schwenken nach vorn und weg von dem Kupplungseingabeteil 12, und daher gibt es keinen Eingriff mit der Kupplung. Wenn jedoch der Elektromagnet erregt wird, wird das Element 15 stationär gehalten, und das Kupplungseingabeteil 12 wird gegen seine Feder 16 in Antriebseingriff mit dem Teil 13 versetzt. Bevorzugt ist die Anordnung so, daß der Elektromagnet 14 erregt wird, wenn das Teil 15a an der engsten Annäherung zu dem elektromagnetischen Kern ist.
Obwohl eine sehr kleine elektromagnetische Kraft benötigt wird zum Bewirken des Antriebseingriffes zwischen den Teilen 12, 13, kann es für das Element 15 notwendig sein, gegen jene Kraft aus einer Entfernung bewegt zu werden, die der voneinander gelösten Trennung der Teile 12, 13 entspricht. Andere unten beschriebene Ausführungsformen ermöglichen dem bewegbaren Teil in Kontakt mit dem Elektromagnet zu bleiben, wenn der letztere nicht erregt ist, diese Bedingung wird als Ruhezustand des Mechanismus bezeichnet.
Bei dem in Figuren 4 bis 6 gezeigten Beispiel sind das Eingabe- und Ausgabeteil miteinander verbunden und weisen einen Knopf 110 und eine Welle 111 auf. Eine Scheibe 112 ist auf der Welle 111 angebracht, und es kann angenommen werden, daß sie einen Teil des Eingabeteiles bildet. Die Scheibe 112 ist mit einem bogenförmigen Schlitz 113 gebildet, der einen Abschnitt 113a an einem Ende aufweist, der eine größere Breite als der Rest hat. Eine diesen Abschnitt 113a des Schlitzes umgebende Fläche der Scheibe ist ausgespart, wie bei 113b in Fig. 6 gezeigt ist.
Der Elektromagnet 114 wirkt mit einem Anker 115 zusammen, der bewegbar in einer Richtung parallel zu der Wellenachse ist. Der Anker 115 weist einen verringerten Abschnitt 115a an einem Ende und einen vergrößerten Abschnitt 115b an dem anderen Ende auf. Der Abschnitt 115b kann sich durch den Abschnitt 113a des Schlitzes erstrecken, aber nicht durch den Rest davon.
Es gibt zwei Federn 116 und 117 auf dem Anker 115. Die Feder 116 ist zwischen einem Anschlag auf dem Ende des Ankers 115 abgewandt von dem Elektromagnet, und einer becherförmigen Unterlegscheibe 118, die auf der ausgesparten Fläche der Scheibe 112 anliegt. Die andere Feder 117 ist zwischen der anderen Fläche der Scheibe und einem Anschlag auf dem anderen Ende des Ankers 115 angeordnet.
Bei dem Ruhezustand des in Fig. 4 gezeigten Mechanismus sitzt die Unterlegscheibe 118 in der Aussparung in der Scheibe 112, und der Anker 115 befindet sich in Kontakt mit dem Kern des Elektromagneten 114. Der vergrößerte Abschnitt 115b des Ankers erstreckt sich nicht in dem Schlitz 113. Wenn der Elektromagnet erregt wird, während der Knopf 110 gedreht wird, ist die von dem Magnet vorgesehene Haltekraft ausreichend zum Verhindern, daß der Anker 115 axial durch die Feder 116 versetzt wird, während die Becherscheibe 118 aus der Ausnehmung 113b in der Scheibe 112 herauswandert, welche als Flächennocken wirkt. Die Eingabe/Ausgabewelle 111 kann somit gedreht werden. Wenn der Elektromagnet 114 nicht erregt ist, bewirkt jedoch die axiale Bewegung der Becherscheibe 118, während sie aus der Ausnehmung herauswandert, daß der Anker 115 axial versetzt wird (die Feder 116 ist steifer als die Feder 117), so daß der vergrößerte Abschnitt 115b des Ankers in den Abschnitt 113a des Schlitzes eintritt und weiteres Drehen der Welle 111 verhindert.
Bei der in Fig. 7 gezeigten Anordnung sieht eine Welle 210 sowohl ein Eingangs- als auch Ausgangsteil vor. Eine Scheibe 212 ist an der Welle 210 befestigt und weist eine Kerbe 213 an ihrem Umfang auf. Ein Elektromagnet 214 weist einen Anker 215 auf, der so vorgesehen ist, daß er radial relativ zu der Scheibe 212 bewegbar ist. In der gezeigten Ruheposition hält der Umfang der Scheibe 212 den Anker 215 in einer radial äußeren Position so, daß das äußere Ende des Ankers 215 in einem im wesentlichen Flächenkontakt mit dem Kern des Elektromagnet 214 steht. Eine Feder 216 drückt den Anker 215 zu der Scheibe 212.
Wenn der Elektromagnet 214 nicht erregt ist, wird der Kern 215 radial nach innen bewegt, während sich die Scheibe 212 entgegengesetzt zu dem Uhrzeigersinne aus der Ruheposition dreht, und wirkt als Feststeller zum Verhindern des weiteren Drehens über eine Position, in der das Ende des Ankers 215 in die Kerbe 213 eingetreten ist. Die Kerbe 213 ist so geformt, daß sie den Anker 215 zurück in seine Ruheposition anhebt, wenn die Scheibe 212 zurück zu ihrer Ruheposition gedreht wird.
Wenn der Elektromagnet 214 erregt wird, wird der Anker 215 in seiner Ruheposition gehalten, und dieses läßt die Scheibe 212 frei zum Drehen.
Figuren 8 und 9 zeigen ein sehr einfaches Beispiel, bei dem der Kern in der Form einer schwenkbar angebrachten Klinke 315 vorliegt, die in eine unterschnittene Kerbe 313 an dem Umfang einer Scheibe 312 eingreifen kann, die an einer Welle 311 befestigt ist. Eine sehr leichte Feder, die die Klinge 315 zu der Scheibe 312 drückt, kann in Situationen vorgesehen sein, in denen eine Gravidationsvorbelastung nicht ausreichend ist. In der Ruheposition (Fig. 8) ruht die Klinke 315 auf dem Umfang der Scheibe 312 zum Minimieren des magnetischen Spaltes und kann entweder in die Kerbe 313 zum Begrenzen der winkelmäßigen Bewegung der Scheibe 312 fallen oder frei gemäß der erregten Bedingung des Elektromagneten 314 sein.
Eine mögliche Anwendung der oben beschriebenen Mechanismen ist bei elektronisch gesteuerten Türschlössern. Es ist berechnet worden, daß auf der Grundlage einer durchschnittlichen häuslichen Benutzung von vier bis fünf Sekunden für die Erregungsperioden pro Tag bei einem 25mA Solenoidstrom eine gegenwärtig erhältliche 1,2 Ah-Lithiumschwefeldioxid-Zelle mindestens für zehn Jahre betrieben werden könnte, wobei angenommen wird, daß ein elektronischer Ruhestrom von 1uA und ein Betriebsstrom von 5mA (auch während fünf 4-Sekunden-Perioden pro Tag) vorliegt. Gegenwärtig verfügbare Mikroprozessortechnologie kann eine Schaltung vorsehen, die bei einem Ruhestrom von 1uA und einem Betriebsstrom von 5mA tätig ist, und eine einfache Eintransistorausgangsstufe ist alles, was zum Treiben des Elektromagneten nötig ist.
Figuren 10 und 11 zeigen die Mechanismen der Figuren 8 und 9, die in einem Türschloß eingesetzt sind, wobei Fig. 11 ein Schnitt auf der Linie 11 - 11 in Fig. 10 ist. Bei dieser Ausführungsform weist das Eingabeteil ein Schlüssel aufnehmendes Teil 410 auf, das einem bekannten Zylinderschloß entsprechen kann, und es ist mit einem Ausgabeteil 411 zum damit Drehen verbunden. Das Teil 411 ist bei Benutzung mit dem Riegel der Tür verbunden. An dem Teil 410 ist eine Nockenplatte 412 befestigt, die eine Ausnehmung 413 aufweist, in die ein Hebel 417 eingreifen kann, der einen Anker 415 eines Elektromagneten 414 trägt.
Eine Torsionsfeder 416 spannt den Hebel 417 in Kontakt mit der Platte 412 vor. Die Platte 412 weist Umfangsabschnitte 412a, 412b mit gleichem Radius auf bei den Seiten der Ausnehmung 413 auf. Die Ausnehmung 413 ist so, daß beim Eingriff durch den Hebel 417 die Drehung entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn der Platte 412, wie sie in Fig. 4 zu sehen wäre, verhindert ist, und auch so, daß eine Drehung im Uhrzeigersinne von der gezeigten Position dem Hebel 417 ermöglicht, auf dem Abschnitt 412b aufzuliegen. Die Teile 410, 411 müssen entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn über die in Fig. 11 gezeigte Position hinaus gedreht werden, damit die Tür entriegelt wird.
Eine weitere Torsionsfeder 418 drückt eine Anschlagfläche 419 der Platte 412 zu einem Anschlag 420, wobei im Ruhezustand des Mechanismus der Hebel 417 auf dem Abschnitt 412b aufliegt und der Anker 415 in Kontakt mit einem Kern des Elektromagneten 414 steht.
Der Elektromagnet wird durch eine von einer Lithiumschwefeldioxid-Batterie 422 angetriebenen elektrischen Schaltung 421 erregt, wenn ein geeignetes Schlüsselelement in das Eingabeteil 410 eingeführt wird. Bei diesem Umstand wird der Hebel 417 so in einer Position entsprechend dem Ruhezustand des Mechanismus gehalten, während die Teile 410, 411 und die Platte 412 gedreht werden zum Bringen des Hebels 417 in Kontakt mit dem Abschnitt 412a, wodurch der Türriegel freigegeben wird.
Somit wird elektromagnetische Kraft nicht zum Bewegen des Hebels 417 benötigt, sondern nur um ihn in einer Position zu halten, an der Effektivität des Elektromagneten 414 am höchsten ist.

Claims

1. Elektromagnetisch aktivierter Mechanismus, mit einem mechanischen Eingabeteil (110, 210, 310, 410), einem mechanischen Ausgabeteil (111, 211, 311, 411), einem Elektromagnet (114, 214, 314, 414), einem bewegbaren Teil (115,215, 315, 415), das einer Anziehung durch den Elektromagnet unterliegt, wenn der letztere erregt ist, wobei der Mechanismus einen Ruhezustand aufweist, in dem ein Spalt zwischen dem Elektromagnet und dem bewegbaren Teil ein Minimum beträgt, gekennzeichnet durch ein auf dem Eingabeteil angebrachtes profiliertes Teil (112, 212, 312, 412), das ein Nockenprofil zum Versetzen des bewegbaren Teiles zu dem Elektromagnet hin, während das Eingabeteil zu seiner Ruheposition bewegt wird, und Feststellmittel, das in Eingriff mit dem bewegbaren Teil gebracht werden kann, wenn das Eingabeteil aus seiner Ruheposition bewegt wird, während der Elektromagnet nicht erregt ist, aufweist, damit eine weitere Versetzung des Eingabeteiles verhindert wird, wobei der Elektromagnet, wenn er erregt ist, die Versetzung des bewegbaren Teiles verhindert.

2. Mechanismus nach Anspruch 1, bei dem das Eingabe- und Ausgabeteil zum gemeinsamen Bewegen miteinander verbunden sind.

3. Mechanismus nach Anspruch 2, bei dem das Eingabeteil drehbar ist und das profilierte Teil (212, 312, 412) in der Form einer Scheibe vorliegt, wobei das Nockenprofil und das Feststellmittel in dem Umfang der Scheibe gebildet sind.

4. Mechanismus nach Anspruch 3, bei dem das bewegbare Teil in der Form einer schwenkbaren Klinke (315 oder 415, 417) vorliegt.

5. Mechanismus nach Anspruch 4, bei dem die Klinke in Eingriff mit dem Umfang der Scheibe federgespannt ist.

6. Mechanismus nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei dem die Scheibe ebenfalls eine Anschlagfläche (419) aufweist, die mit einem festen Anschlag (420) zum Bestimmen der Ruheposition zusammenwirkt.

7. Mechanismus nach Anspruch 6, bei dem die Scheibe in die Ruheposition federgespannt ist.