DE19525083A1 - Elektrischer Sperrschalter - Google Patents
Elektrischer SperrschalterInfo
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- F16H61/00—Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing
- F16H61/22—Locking of the control input devices
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- Magnetically Actuated Valves (AREA)
- Arrangement Or Mounting Of Control Devices For Change-Speed Gearing (AREA)
- Gear-Shifting Mechanisms (AREA)
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.
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.
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