DE19525083A1 - Elektrischer Sperrschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Sperrschalter gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein Gesichtspunkt der Erfindung bezieht sich auf elektrische Schalter. Ein anderer Gesichtspunkt der Erfindung bezieht sich auf elektrische Magnetspulen. Beide Gesichtspunkte der Erfindung werden in Verbindung mit einem bestimmten Problem beschrieben. Dabei ist die Erfindung jedoch nicht in ihrer Anwendung einge­ schränkt und andere Anwendungen können dem Leser leicht einfal­ len.

Es ist notwendig, den Motor eines Fahrzeugs mit Automatikgetrie­ be davor zu bewahren, gestartet zu werden, wenn sich das Getrie­ be im Fahrbetrieb befindet. Wird der Motor gestartet, wenn das Getriebe im Fahrbetrieb steht, kann es dazu führen, daß das Fahrzeug unkontrolliert davonrast. Daher ist es erwünscht, den Schlüssel so lange vor dem Entfernen aus dem Zündschloß zu si­ chern, bis das Getriebe auf Parkstellung geschaltet ist. Es wird vorgeschlagen, die Sperre durch das Mittel einer Magnetspule zu betreiben. Jedoch ist die Kraft, die durch eine Magnetspule erzeugt werden kann, begrenzt. Die Konstruktion der Sperre wäre vorzugsweise derart, daß eine vorzeitige Betätigung des Zünd­ schlüssels nicht die begrenzte Kraft, die durch die Magnetspule aufgebracht wird, übersteigt.

Vor diesem Hintergrund, in Übereinstimmung mit einem Aspekt der Erfindung, ist ein elektrischer Schalter vorgesehen, der ein Betriebselement aufweist, das in eine erste Richtung zur Betäti­ gung des Schalters beweglich ist; ein erstes Stoppelement ist fest zur Bewegung mit dem Betriebselement montiert und ist im allgemeinen quer zur ersten Richtung angebaut; ein zweites Stoppelement ist so eingebaut, daß es sich im allgemeinen quer zur ersten Richtung bewegt, ausgehend von einer ersten Position, in der das zweite Stoppelement frei vom ersten Stoppelement ist, in eine zweite Position, bei der das zweite Stoppelement sich in der Bahn des ersten Stoppelements befindet, so daß die Bewegung des ersten Stoppelements vorbei am zweiten Stoppelement verhin­ dert wird; und ein Nockenelement, welches verhindert, daß sich das zweite Stoppelement aus seiner ersten Position in seine zweite Position bewegt, indem eine Nockenoberfläche in eine angrenzende Oberfläche des zweiten Stoppelements greift und in eine zweite Richtung im allgemeinen quer zur Bewegungsrichtung des zweiten Stoppelements beweglich ist. Der Fachmann weiß, wie eine Nocke und ein Nockenarm konstruiert sind, so daß die auf den Nockenarm wirkenden Kräfte unwesentliche Kräfte in der Bewe­ gungsrichtung der Nocke bewirken. Das Nockenelement kann auf diese Weise ohne große Gefahr, daß eine vorzeitige Betätigung des Schalterbetriebselements, zum Beispiel durch einen Zünd­ schlüssel, die durch die Magnetspule verfügbaren Kräfte über­ schreitet.

Es wäre wünschenswert, daß eine vorzeitige Betätigung des Schaltelements, zum Beispiel durch einen Zündschlüssel, eine Seitenbelastung an dem Nockenelement und/oder an der Magnetspu­ le, die diese betätigt, verursacht, so daß der Mechanismus der­ art gestört wird, daß die begrenzt verfügbare Kraft der Magnet­ spule zu gering ist, um den Mechanismus zu betätigen.

Um ein derartiges potentielles Problem zu lindern, weisen entweder die Nockenoberfläche und/oder die Nockenarmfläche eine Rolle auf.

Ein Stützelement ist vorzugsweise auf der anderen Seite des zweiten Stoppelements montiert, um das Nockenelement gegen die Last, die durch das zweite Stoppelement aufgebracht wird, in Richtung seiner zweiten Position in seine erste Position abzu­ stützen.

Um die Reibung in einer derartigen Anordnung weiter zu verrin­ gern, weisen eines oder beide Stützelemente und das zweite Stoppelement vorzugsweise eine Rolle auf, die jeweils auf das Teil wirkt. Um die Wahrscheinlichkeit zu reduzieren, daß der Mechanismus durch Reibung zwischen dem ersten und zweiten Stopp­ element klemmt, die durch vorzeitige Betätigung des Schaltbe­ triebselements verursacht wird, weist das erste Stoppelement vorzugsweise eine Stufe in der, mit dem Betriebselement bewegli­ chen Fläche auf und das zweite Stoppelement beinhaltet vorzugs­ weise eine Rolle, die auf der Oberfläche abrollt und zu klein ist, um über die Stufe zu rollen.

Im Betrieb, z. B. durch einen Schlüssel, ist das Betriebselement vorzugsweise wie beschrieben durch Rotation bewegbar.

Herkömmliche Magnetspulen erfordern zur Krafterzeugung eine kontinuierliche Spannungsversorgung. In der beispielhaften An­ wendung ist dies nicht erwünscht. Bevorzugt wird eine Anordnung, in der jeweils Spannungsimpulse die Sperre zuverlässig verrie­ geln, wenn die Gangschaltung aus der Parkposition bewegt wird, und die Sperre lösen, wenn die Gangschaltung in die Parkposition zurückgestellt wird.

Vor diesem Hintergrund betrifft ein zweiter Aspekt der Erfindung eine Magnetspule, die aufweist:
eine Armatur, die in Längsrichtung in zwei geteilten länglichen Wicklungen und zwischen zwei ferromagnetischen Endanschlägen bewegbar ist, die mit jeweils einer der Wicklungen verbunden sind; das ferromagnetische Joch verursacht ferromagnetische Felder, die aus einer Position in der Nähe der Armatur und zwi­ schen den Wicklungen zu einer der beiden Stoppenden verlaufen, und so zwei magnetische Kreise bilden, von denen jeder einen Teil der Armatur, einen Teil des Jochs und jeweils ein Stoppende einschließen, und beinhaltet magnetisierende Mittel, die unab­ hängig von besagten Wicklungen zur Magnetisierung der magneti­ schen Kreise dienen, so daß die Armatur an dem einen oder dem anderen Stoppende verriegelt, auch wenn keine Spannung an einer der Wicklungen angelegt wird.

Um die Armatur von einem Stoppende zum anderen zu bewegen, muß hinreichend Spannung an die Wicklung gelegt werden, die mit dem anderen Stoppende verbunden ist, um die Armatur an das andere Stoppende zu ziehen. Wenn sich die Armatur einmal zu dem anderen Stoppende bewegt und Kontakt damit hat, ist das magnetische Mittel ausreichend, um die Armatur dort zu halten, wenn auch mit weniger Kraft, als durch die Verwendung der Wicklungen verfügbar wäre. Besonders in der beispielhaften Anwendung ist das magneti­ sche Mittel vorzugsweise ein Permanentmagnet.

Um die Bewegung der Armatur zu übertragen, ist eine unmagneti­ sche Welle mit der Armatur verbunden, die vorzugsweise durch eine Öffnung in dem einen oder beiden der Stoppenden gehalten wird.

In einer bevorzugten Anordnung beinhaltet das ferromagnetische Joch einen U-förmigen Rahmen und ein Element, das die Arme des U schließt. In dieser Anordnung ist das eine Stoppelement vor­ zugsweise in der Basis des U und das andere auf dem Element, das die Arme des U schließt, montiert.

Eine Ausführung beider Aspekte dieser Erfindung, die nur auf dem Wege des Beispiels ausgeführt sind, werden im folgenden mit Bezug auf die beiligenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 bildhafte Sicht einer, die Erfindung verkörpernde Sper­ re eines Zündschalters, die teilweise auseinandergebro­ chen wurde, um das Innere zu zeigen;

Fig. 2 eine bildhafte Sicht der Sperre ohne ihr Gehäuse, be­ trachtet aus der linken Seite der Fig. 1;

Fig. 3 einen Aufriß der Teile der Sperre, betrachtet aus der rechten Seite der Fig. 1;

Fig. 4 eine bildhafte Sicht der Magnetspule der Sperre aus Fig. 1, bei der die Armatur in einer Position gezeigt wird; und

Fig. 5 die Armatur in einer anderen Position.

Bezogen auf die Zeichnungen beinhaltet ein Schalterkasten 2 auf seiner rechten Seite ein Drehschloß 4, auf seiner linken Seite ein Zündschloßmechanismus 6, der durch die Rotation des Schließ­ zylinders betrieben wird, und zwischen diesen beiden ein erstes Stoppelement 10, das drehbar mit dem Schloß und dem Schalter befestigt ist, durch das Mittel einer Lasche 8, die aus dem Schloß durch eine Aussparung 3 herausragt.

Das erste Stoppelement 10 hat die generelle Form einer Scheibe, die in ihrer Peripherie eine Stufe 12 aufweist. Ein zweites Stoppelement 14 hat die Form eines Armes, der drehbar an dem Punkt 16 befestigt ist, um sein Ende 18 in und aus der Bahn der Stufe 12 zu bewegen. Wenn es sich in dem Pfad der Stufe 12 be­ findet, verhindert das Stoppelement 14, daß der Schließzylinder in einer Position rotiert, aus der der Schlüssel abgezogen wer­ den kann.

Die Position des Endes 18 ist festgelegt durch ein Nockenelement 20, das in der Art eines Klingelhebels beweglich am Punkt 22 befestigt ist. Das Nockenelement hat eine stufige Nockenober­ fläche 24 (siehe Fig. 3), um mit einem Nockenstößel des Stoppelementes 14 zusammenzuwirken, wobei der Stößel die Form einer Rolle 26 hat. So wird bewußt gemacht, daß die drehbare Bewegung des Nockenelements im Uhrzeigersinn das Ende 18 des Stoppelementes in die Bahn der Stufe 12 drängt. Die Bewegung des Nockenelementes 20 in eine Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn erlaubt es dem Stoppelement 16, sich aus dem Pfad der Stufe 12 unter dem Einfluß, der durch eine Feder (nicht gezeigt) bereit­ gestellt wird, zurückzuziehen.

Um das Ende 18 des Armes 14 gegen irgendeinen Stoß radial zur Scheibe zu unterstützen, der bei einem vorzeitigen Versuch den Schließzylinder zu drehen, um den Schlüssel abzuziehen, durch die Stufe 12 übetragen werden könnte, ist eine Stütze in Form einer Rolle 28 vorgesehen. Die Rolle 28 ist auf der Rückseite, die Rolle 26 auf der anderen Seite des Nockenelementes 20 posi­ tioniert. Auch wenn ein vorzeitiger Versuch, den Schließzylinder zu bedienen, zu einem Stoß führt, der über das Stoppelement und das Nockenelement auf die Rolle 28 wirkt, liefern die Rollen eine derart geringe Reibung, so daß nur eine geringe Kraft er­ forderlich ist, wenn die Gangschaltung (nicht gezeigt) korrekt in Parkstellung gestellt wird, das Nockenelement so zurückzube­ wegen, daß das Stoppelement zurückgezogen wird. Das Nockenele­ ment wird dann zuverlässig zurückgezogen, auch wenn der Bediener vorzeitig versucht, den Schlüssel aus dem Schloß zu ziehen und dann die Gangschaltung in die Parkstellung zu bewegen.

Um Reibung durch Ineinanderhaken des Stoppelementes 14 mit der Stufe 12 zu verhindern, falls der Bediener versucht, das Zünd­ schloß vorzeitig zu drehen, trägt das Ende 18 des Armes eine Rolle 30, die in die Stufe 12 eingreift. Die Rolle 30 ist dabei zu schmal, um über die Stufe 12 zu rollen, falls der Arm voll­ ständig durch die Nockenoberfläche 24 ausgestreckt ist.

Kräfte radial zu der Scheibe 10, die durch die Stufe 12 auf das Stoppelement 14 übetragen werden können, führen zu einer ver­ gleichsweise geringen Kraft, die versucht, das Nockenelement 20 entgegen dem Uhrzeigersinn zu drehen, in Abhängigkeit der Nei­ gung der Nockenoberfläche 24, wie bereits ausreichend beschrie­ ben wurde. Falls die Steigung der Nockenoberfläche in der Posi­ tion, in der das Stoppelement 14 vollständig ausgestreckt ist, Null ist, dann wird theoretisch keine Kraft, die versucht das Nockenelement 20 entgegen dem Uhrzeigersinn zu drehen, durch das Stoppelement 14 übertragen. Der Sperrmechanismus ist daher teil­ weise geeignet, durch eine Magnetspule betrieben zu werden, durch die nur eine begrenzte Kraft erhalten werden kann. Tat­ sächlich kann der Mechanismus durch eine selbst verriegelnde Magnetspule betrieben werden, bei der Spannung nicht mehr erfor­ derlich ist, sobald die Position ihrer Armatur umgeschaltet wur­ de.

Eine zweifach wirkende Magnetspule ist bei 32 ohne das Innere gezeigt. Die Armatur 34 ist durch einen nicht-magnetischen Schaft 36 mit einem Ende 38 des anderen Arms 40 des Klingelhe­ bels verbunden, um so die Position der Nockenoberfläche zu kon­ trollieren. Das Unterstromsetzen einer Spule 42 positioniert die Armatur 43 nach links, wie in Fig. 1 zu sehen ist, so daß das Nockenelement 20 sich dreht, um das Stoppelement 40 in die Bahn der Stufe 12 zu bringen. Das umgekehrte Unterstromsetzen der Spule 44 positioniert die Armatur derart, daß das Stoppelement 40 aus der Bahn der Stufe 12 zurückgezogen wird. Spannungsimpul­ se werden über elektrische Kontakte 46, 48 und 50 wahlweise an die Windungen gelegt.

Die Magnetspule ist detaillierter in den Fig. 4 und 5 ge­ zeigt. Die beiden Wicklungen 42 und 44 sind auf die jeweiligen Rollen 52 und 54 gewickelt. Diese werden durch ein Messingrohr 56 gehalten. Die Armatur 34 ist in dem Rohr 56 verschiebbar. Ein Weicheisenmaterial umfaßt ein U-förmiges Teil und eine Platte 62, die die Arme der U-Form schließt. Die Basis 64 des U und die Platte 62 haben beide zentrierte Öffnungen 66. Ein generell zylindrisches Stoppende 68 ist in jeder Öffnung 66 befestigt. Eine im Inneren der Platte 62 oder der Basis 64 befindliche Schulter 70 verhindert, daß das Stoppende durch die Öffnung gestoßen wird. Jedes Stoppende besitzt eine Bohrung, die teil­ weise zylindrisch und teilweise konisch ist. Der konische Teil 72 der Bohrung liegt in diesen beiden Halterungen. Die Enden 74 der Armatur sind jeweils mit einem Absatz 76 versehen, um ein Ende 78 des Endanschlags 68 festzukeilen und einen konischen Abschnitt 80 an den konischen Teil 72 der Bohrung zu kuppeln.

Permanentmagnete 82 und 84 bilden magnetische Kreise, die zwi­ schen den Windungen durch das Joch zu beiden Endanschlägen und über die Armatur 34 und einen Luftspalt 86 zu den Magneten ver­ laufen. Wenn ein Ende der Armatur von ihrem Endanschlag erfaßt wird, wird einige Kraft erforderlich sein, um diese Kombination von magnetischer Anziehungskraft zwischen der Armatur und dem Endanschlag und der Reibung zwischen dem konischen Abschnitt 80 und der konischen Bohrung 72 zu überwinden, um die Armatur zu bewegen. Auf diese Weise bleibt die Armatur stabil verriegelt in einer Position, ohne die Anwendung von Spannung auf eine der Windungen, und kann zuverlässig mit irgendeiner Kraft, die über das Nockenelement aufgrund einer vorzeitigen Betätigung des Schließzylinders übertragen werden kann, widerstehen.

Um die Armatur zu bewegen und auf diese Weise das Nockenelement zurückzusetzen, wird ein Spannungsimpuls auf die entsprechende Windung gegeben. Auf diese Weise bewegt sich die Armatur aus der Position in Fig. 4 in die in Fig. 5 gezeigte, wobei ein Impuls auf die Windung, die auf die Rolle 52 gewickelt ist, gegeben wird, damit eine große Anziehungskraft zwischen der Armatur und den Endanschlägen 72 entsteht. Die Armatur wird in ihrer neuen Position verriegelt. Genauso wird, um die Armatur aus der Posi­ tion wie sie in Fig. 5 gezeigt ist, in die Position wie sie in Fig. 4 gezeigt ist, ein Impuls auf die Windung auf der Rolle 54 gegeben.

In einer anderen Anordnung wird die dem Endanschlag angrenzende und mit der Armatur gekoppelte Windung so unter Strom gesetzt, daß diese Schaltung entmagnetisiert wird, um auf diese Weise die Armatur freizumachen, damit sie sich durch die Anziehungskraft des anderen Endanschlags bewegt.

Claims (12)

1. Ein elektrischer Schalter mit einem Betriebselement, das in eine erste Richtung beweglich ist, um den Schalter zu betä­ tigen; einem ersten Stoppelement, das zur Bewegung mit dem Betriebselement fest ist und im allgemeinen quer zu der ersten Richtung montiert ist; einem zweiten Stoppelement, das so eingebaut ist, daß es sich im allgemeinen quer zur ersten Richtung aus einer ersten Position heraus bewegt, in der das erste Stoppelement frei vom zweiten Stoppelement ist, in eine zweite Position, in der sich das zweite Stopp­ element in der Bahn des ersten Stoppelements befindet, um so die Bewegung des ersten Stoppelementes hinter das zweite Stoppelement zu verhindern; und mit einem Nockenelement mit einer Nockenoberfläche, die mit einer Stößelfläche des zwei­ ten Stoppelements zusammenwirkt und in eine zweite Richtung im allgemeinen quer zur Bewegungsrichtung des zweiten Stopp­ elementes bewegbar ist, um das zweite Stoppelement aus sei­ ner ersten Position in seine zweite Position zu bewegen.

2. Schalter nach Anspruch 1, bei dem die Nockenoberfläche und/ oder die Stößelfläche eine Rolle aufweist.

3. Schalter nach Anspruch 1 oder 2, mit Stützelementen, die auf der Rückseite des zweiten Stoppelements montiert sind, um das Nockenelement gegen eine Last zu stützen, die durch das zweite Stoppelement in einer Richtung entgegengesetzt zur besagten ersten Richtung aufgebracht wird.

4. Schalter nach Anspruch 3, bei dem eines der oder beide Stüt­ zelemente und das zweite Stoppelement eine Rolle aufweisen, um aufeinander einzuwirken.

5. Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein erstes Stoppelement eine Stufe in einer mit dem Be­ triebselement beweglichen Oberfläche aufweist, während das zweite Stoppelement eine Rolle besitzt, um auf die Oberflä­ che einzuwirken, wobei die Rolle zu klein ist, um über die Stufe zu rollen.

6. Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Betriebselement durch Rotation beweglich ist.

7. Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Magnetspule zur Bewegung des Nockenelements.

8. Magnetspule mit: einer Armatur, die in Längsrichtung in zwei geteilten, länglichen Wicklungen und zwischen zwei ferroma­ gnetischen Endanschlägen bewegbar ist; ferromagnetischen Jocheinrichtungen, die einen ferromagnetischen Pfad aus einer Position in der Nähe der Armatur und zwischen den Windungen zu jeder der beiden Endanschläge einrichten und so zwei magnetische Kreise liefern, von denen jeder einen Teil der Armatur, ein Teil der Jocheinrichtung und jeweils einen Endanschlag einschließt, und mit magnetischen Mitteln, die von den Spulen getrennt sind, um die magnetischen Kreise zu magnetisieren, so daß die Armatur mit dem einen oder dem anderen Endanschlag verriegelt wird, wenn keine Spannung an eine der Spulen angelegt ist.

9. Magnetspule nach Anspruch 8, bei der das magnetische Mittel einen Permanentmagnet umfaßt.

10. Magnetspule nach Anspruch 8 oder 9, bei der ein nicht-magne­ tischer Schaft, der mit der Armatur verbunden ist, aus einer Öffnung in einem oder beiden der Endanschläge herausragt.

11. Magnetspule nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei der die ferromagnetische Jocheinrichtung einen U-förmigen Rahmen und ein Element, das die Arme des U′s schließt, umfaßt.

12. Magnetspule nach Anspruch 11, bei der ein Stoppelement in der Basis des U′s und das andere auf dem Element, das den Arm des U′s schließt, montiert ist.