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Gebiet der
Erfindung
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Die
Erfindung betrifft einen Verriegelungsmechanismus zum Verriegeln
und Entriegeln einer Fahrzeugtür.
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Technischer
Hintergrund
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Verriegelungssysteme
von Fahrzeugtüren sind
aus dem Stand der Technik wohlbekannt. Üblicherweise besitzt eine Fahrzeugtür eine Klinke
zum Einrasten und Verklinken an einem Anschlagbolzen. Die Fahrzeugtür selbst
weist üblicherweise
innere und äußere, manuell
bewegbare Ausklinkgriffe auf, die funktionsfähig mit inneren und äußeren Ausklinkhebeln
an der Klinke verbunden sind. Die Verbindung zwischen solchen Ausklinkhebeln
und einer Klinke ist häufig
mechanischer Natur. Da solche Systeme oft mechanisch sind, neigen
sie dazu, eine beträchtliche Menge
an Platz, vor allem in der Fahrzeugtür, zu beanspruchen. Aus verschieden
Gründen,
insbesondere aus Sicherheitsgründen,
ist es wünschenswert,
für mehr
Platz in der Fahrzeugtür
für andere
Anwendungen zu sorgen.
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Die
DE 39 09 480 A1 beschreibt
eine mechanische Vorrichtung, bei der es sich um eine Sperrklinke
handelt, welche ein Element besitzt, das unter Verwendung eines
sogenannten Gedächtnisstellelements
("Memory-Stellelement") zwischen zwei Endpositionen
beweglich ist. Bei dieser Vorrichtung ist ein System vorgesehen,
in dem eine Sperrklinke mit Unterstützung eines solchen "Memory-Stellelements" zwischen zwei Positionen
betätigbar
und mechanisch mit einem Türgriff
verbunden ist. Eine Sperrklinke mit einer mechanischen Verbindung
gemäß dem oben
genannten Stand der Technik beansprucht erheblichen Platz in der
Fahrzeugtür.
Das Problem, für
mehr Platz in einer Fahrzeugtür
zu sorgen, muß bei
solchen Vorrichtungen noch gelöst
werden.
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Ferner
sind bereits Formgedächtnislegierungen
vorgeschlagen worden, die als Betätigungsglieder in Verriegelungsvorrichtungen
wirken. Die
DE 38 20
877 A1 (Hugo Kern und Liebers GmbH & Co. Platinen- und Federnfabrik)
beschreibt eine Verriegelungsvorrichtung für z.B. Fahrzeuge, bei welcher
der Einsatz von Formgedächtnislegierungen
als Betätigungsglied
vorgesehen ist. Gemäß der Lehre
der
DE 38 20 877 A1 soll
das Betätigungsglied
in verschiedene Arten von Verriegelungsvorrichtungen eingebaut werden
können,
ohne deren Bauform zu verändern. Die
besagte Verriegelungsvorrichtung ist an eine Energieversorgung angeschlossen
und umfasst ein Betätigungsglied,
das mit einem Ausklinkhebel wirkverbunden ist; das Betätigungsglied
besteht im Wesentlichen aus einer Formgedächtnislegierung und ist zum
Antrieb durch die Energieversorgung ausgebildet.
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Weiterhin
ist der nicht vorveröffentlichten
europäischen
Patentanmeldung
EP 01830503.7 eine Verriegelungsvorrichtung
zum Verriegeln und Entriegeln einer Fahrzeugtür zu entnehmen, deren Betätigungsglied
im Wesentlichen aus einer Formgedächtnislegierung besteht, wobei
das Betätigungsglied
mit der Verriegelungsklinke wirkverbunden ist.
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Gleichwohl
bestehen hohe Anforderungen an Verriegelungssysteme von Fahrzeugtüren z.B.
im Hinblick auf Alterungsbe ständigkeit,
Robustheit, Funktionssicherheit, Einbruchssicherheit und Funktionsfähigkeit
während
extremer Belastungen, welchen nach wie vor begegnet werden muss.
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Ein
weites Problem gegenwärtiger
Verriegelungssysteme besteht darin, dass sie oft viele Teile umfassen,
was eine komplexe Bauweise mit sich bringt. Bei energiebetriebenen
Verriegelungssystemen werden energiebetriebene Betätigungsglieder eingesetzt,
um die Verriegelung zu verriegeln und entriegeln. Diese Systeme
können
elektrische Motoren mit Untersetzungsgetrieben umfassen. Solche energiebetriebenen
Verriegelungssysteme neigen dazu, komplex und teuer ausgebildet
zu sein.
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Ein
anderes Problem hängt
mit der Ansprechzeit der Verriegelungsvorrichtung zusammen, insbesondere
bei elektrisch betätigten
Systemen. Aus Sicherheits- und Komfortgründen ist es nicht erwünscht, dass
das Verriegelungssystem eine lange Ansprechzeit hat. Daher ist es
aus vielen Gründen wünschenswert
für eine
einfache Bauweise eine solche Art von Systemen zu sorgen, die eine
hohe Funktionssicherheit bietet.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Verriegelungsvorrichtung
vorzuschlagen, welche die vorgenannten löst, gleichwohl einfach und sicher
ist und nur begrenzten Platz benötigt.
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Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Verriegelungsvorrichtung
mit schneller Ansprechzeit vorzuschlagen.
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Weiterhin
ist es wünschenswert,
eine Verriegelungsvorrichtung mit hohen Standards in Bezug auf Alterungsbeständigkeit,
Robustheit, Funktionssicherheit, Einbruchsicherheit und Funktionssicherheit bei
extremer Belastung zu gewährleisten.
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Diese
und andere Ziele werden von einer Verriegelungsvorrichtung gemäß dem Anspruch
1 gelöst.
Bevorzugte Ausführungen
der Erfindung sind in den nachfolgenden abhängigen Ansprüchen wiedergegeben.
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Die
Erfindung betrifft eine Verriegelungsvorrichtung zum Ver- und Entriegeln
einer Fahrzeugtür. Die
Verriegelungsvorrichtung ist mit einer Energieversorgung verbunden
und umfasst eine Kralle, die um eine mit der Vorrichtung verbundene
Krallenachse schwenkbar angeordnet ist, um eine Schwenkbewegung
der Kralle zwischen wenigstens einem geöffneten und einem geschlossenen
Betriebszustand zu ermöglichen,
eine Klinke, die schwenkbar um eine Klinkenachse in der Vorrichtung
angeordnet ist, sowie ein Betätigungsglied,
das mit der Klinke wirkverbunden ist. Die Kralle ist mit der Klinke
wirkverbunden und das Betätigungsglied
besteht im Wesentlichen aus Formgedächtnislegierung(en) (Shape
Memory Alloy (SMA)) und ist derart ausgebildet, durch die Energieversorgung
mit Energie versorgt zu werden.
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Eine
solche Anordnung ermöglicht
ein Öffnen
der Fahrzeugtür
ohne mechanische Verbindung zwischen einem Türgriff und einer Sperrklinke.
Folglich sorgt die vorliegende Erfindung demgegenüber für einen
nur begrenzten Platzbedarf in einer Fahrzeugtür. Die stabile Bauweise mit
nur wenigen Bauteilen macht eine erfindungsgemäße Verriegelung sowohl betriebssicher
als auch robust und ist ferner auf einfache Weise herstellbar und
in einem Fahrzeug installierbar.
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Erfindungsgemäß weist
die Kralle der Verriegelung im Wesentlichen zwei Schenkel auf, die
sich von der Krallenachse ausgehend in verschiedene Richtungen von
dieser Achse erstrecken, mit jeweils wenigstens einem Endabschnitt
und einem Mundstück
an einem der Endabschnitte, zum Aufnehmen und Ergreifen eines Anschlagbolzens,
wobei die Kralle mit der Klinke an dem Endabschnitt wirkverbunden
ist, wobei die Kralle im Wesentlichen einen ersten Hebel von der
Klinke zur Krallenachse und einen zweiten Hebel von einem Teil des
Mundstücks, wobei
das Teil des Mundstücks
vorgesehen ist, um in einem verriegelten Zustand der Verrieglungsvorrichtung
mit Anschlagbolzen in Eingriff zu treten, zur Krallenachse bildet,
wobei das Längenverhältnis zwischen
dem ersten und zweiten Hebel wenigstens 3:1 beträgt.
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Eine
erfindungsgemäße Verriegelungsvorrichtung
erfährt
im Vergleich zu Sperrklinken gemäß dem Stand
der Technik eine geringe Reibung. Aufgrund der extrem geringen Reibung
in der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist es möglich,
in einer Verriegelungsvorrichtung dünne Betätigungsglieder einzusetzen,
da die zur Betätigung
der Verriegelung erforderliche Kraft gering ist. Durch die Verwendung dünner Betätigungsglieder
besitzt die Verriegelungsvorrichtung eine schnelle Ansprechzeit
beim Ver- und Entriegeln der Verriegelungsvorrichtung. Ein weiterer Vorteil
der Vorrichtung besteht darin, dass der Energieverbrauch der Verriegelungsvorrichtung
auf ein Minimum beschränkt
werden kann, so dass von dem Verriegelungssystem eines Fahrzeugs
weniger Energie verbraucht wird.
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Vorzugsweise
ist die Verriegelungsvorrichtung einschließlich des Betätigungsglieds
in ein Gehäuse
eingepasst, was zu einem begrenzten Platzverbrauch führt. Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist in dem Gehäuse
eine Energieversorgung vorgesehen, was eine leichte Handhabung und
Installation der Verriegelungsvorrichtung, beispielsweise in einem
Fahrzeug, ermöglicht.
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Eine
bevorzugte Ausführung
der Verriegelungsvorrichtung umfasst ein Betätigungsglied, das aus wenigstens
einem Glied aus einer Formgedächtnislegierung
(Shape Memory Alloy, SMA) besteht. Dieses Glied aus einer Formgedächtnislegierung
besitzt einen Querschnittsdurchmesser zwischen 10 μm und 5 mm,
vorzugsweise zwischen 10 μm
und 100 μm.
Der dünne
Querschnitt und der einfache Aufbau des Betätigungsglieds aus einer Formgedächtnislegierung
ermöglichen
eine schnelle Ansprechzeit unter normalen Bedingungen. Die schnelle
Ansprechzeit ergibt sich aus der Möglichkeit einer schnellen Erwärmung und
Abkühlung
des Formgedächtnislegierungsglieds.
Es ist erkennbar, dass eine große
Oberfläche
eines Formgedächtnisglieds
einen besonders schnellen Abkühlungsschritt
ermöglicht.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführung
weist das Betätigungsglied
aus einer Formgedächtnislegierung
(SMA) wenigstens ein Rückstellglied
zum Bereitstellen einer zusätzlichen
Kraft unter Extrembedingungen auf. Das Sicherheitselement besitzt
eine vorzugsweise zwischen 4 und 25 mal größere Querschnittsfläche als
ein Formgedächtnislegierungsglied
in der jeweiligen Verriegelungsvorrichtung. Diese Anordnung ermöglicht eine
betriebssichere und leistungsstarke Verriegelung, die selbst unter
extremer Belastung, z.B. wenn die Verriegelungsvorrichtung Gewalteinwirkungen
ausgesetzt ist, ver- und entriegelt werden kann.
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Um
die auf die Kralle wirkenden Kräfte,
insbesondere in Normalrichtung bezüglich der Kralle gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführung
der Verriegelungsvorrichtung, zu minimieren, ist in dem Gehäuse eine
zusätzliche
Rasteinrich tung, zur Aufnahme eines zusätzlichen Anschlagbolzens vorgesehen, um
für eine
Abstützung
für die
Kräfte
vorzugsweise in Normalrichtung bezüglich einer Ebene, in der die Kralle
verschwenkbar ist, zu sorgen. Die Verriegelungsvorrichtung gemäß der weiteren
bevorzugten Ausführung
entlastet die Kralle von in Normalrichtung zur Schwenkebene der
Kralle wirkenden Kräfte,
so dass die Schwenkeigenschaften der Kralle auf eine sicherere Art
und Weise aufrechterhalten werden. Der Verriegelungsvorrichtung
wird zusätzliche
Robustheit und Betriebssicherheit im Vergleich zu Vorrichtungen
gemäß Stand
der Technik verliehen, ohne viel Platz zu erfordern.
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Vorzugsweise
ist das Betätigungsglied
der Verriegelungsvorrichtung durch eine Steuereinheit aktivierbar
ausgebildet. Es ist erkennbar, dass die Verriegelungsvorrichtung
für den
Einsatz in Verbindung mit einer breiten Vielfalt an erwünschten
logischen Ver- und Entriegelungslösungen gut geeignet ist. Die
Verriegelungsvorrichtung ist in diesem Fall vorzugsweise mit einer
Steuereinheit ausgestattet, welche einen Empfänger aufweist, der auf ein
von einem Schlüssel übertragenes
Signal reagiert. Die Ver- und Entriegelungslogik ist in diesem Fall
zumindest teilweise in dem Schlüssel
vorgesehen. Es ist erkennbar, dass die Ver- und Entriegelungslogik
auch zumindest teilweise in der Steuereinheit vorgesehen sein kann.
Die Steuereinheit ist derart ausgebildet, um auf der Grundlage der
von dem Signal übertragenen
Informationen zu entscheiden, ob das Betätigungsglied aktiviert werden
soll oder nicht. Das Signal wird von der Verriegelungsvorrichtung
erfasst, um die Verrieglung zu entriegeln oder verriegeln. Die Steuereinheit
der Verriegelungsvorrichtung ist somit, wenn sie aktiviert ist,
in der Lage, dem Betätigungsglied
Energie von der Energiequelle zur Verfügung zu stellen. Die Verriegelungsvorrichtung
ist somit z.B. mittels eines Türgriffs
beispielsweise von einem verriegelten in einen entriegelten Zustand
betätigbar. Die
Verbindung zwischen dem Türgriff
und der Verriegelungsvorrichtung kann vorzugsweise ohne mechanische
Verbindung und höchst
vorzugsweise drahtlos sein.
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Ein
Fahrzeug kann mit wenigstens einer erfindungsgemäßen Verriegelungsvorrichtung
ausgestattet sein.
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Jede
Fahrzeugtür
eines solchen Fahrzeugs kann mit einer Verriegelungsvorrichtung
ausgestattet werden. Ein Fahrzeug, das mit einem erfindungsgemäßen Verriegelungssystem
ausgestattet ist, weist mehr Platz für notwendige Sicherheitsausstattungen auf
und bietet dem Fahrzeug ferner eine robuste, zuverlässige und
sichere Verriegelungsfunktion. Die Verriegelungsvorrichtung ist
in Bezug auf seine Position in der Fahrzeugtür flexibel. Die dünnen Elemente aus
dem Material einer Formgedächtnislegierung führen zu
einem schnellen Ansprechverhalten des Betätigungsglieds auf den zugeführten Strom,
was ein betriebssicheres Verriegeln von beispielsweise einer Tür des Fahrzeugs
ermöglicht.
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Die
Verriegelungsvorrichtung ist insbesondere für Fahrzeugtüren vorgesehen ist, aber aufgrund ihrer
stabilen Bauweise und ihres beschränkten Platzbedarfs auch für andere
Arten von Schlössern geeignet.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Nachstehend
ist eine gegenwärtig
bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
näher erläutert. Dabei
zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Verriegelungsvorrichtung gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung;
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2a eine
Draufsicht auf den Querschnitt einer Verriegelungsvorrichtung gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung;
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2b eine
Draufsicht auf den Querschnitt einer Verriegelungsvorrichtung, die
durch einen Schlüssel
betätigbar
ist, gemäß derselben
Ausführung
der Erfindung;
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2c eine
Draufsicht auf den Querschnitt einer Verriegelungsvorrichtung gemäß derselben Ausführung der
Erfindung nach weiterer Betätigung; und
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3 eine
perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Fahrzeugs,
das für
eine Verriegelungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung geeignet ist.
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Detaillierte
Beschreibung bevorzugter Ausführungen
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Nachstehend
ist eine erste Ausführungsform der
Erfindung, die sich auf eine Verriegelungsvorrichtung bezieht, unter
Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
näher erläutert. Bezugnehmend
auf 1 wird zunächst
die Funktionsweise der einzelnen Komponenten erläutert, die eine erste Ausführung der
Verriegelungsvorrichtung 1 bilden. Die Verriegelungsvorrichtung 1 ist
in ein Gehäuse 11 eingepasst
und mit einer Energieversorgung 16 verbunden. Eine Kralle 2 ist
um eine Krallenachse 9 schwenkbar an dem Gehäuse 11 angeordnet,
um sich zwischen wenigstens einem geöffneten und einem geschlossenen
Zustand zu verschwenken. Die Kralle 2 ist um die Krallenachse 9 angeordnet,
wobei sich von der Krallenachse 9 die beiden Schenkel der Kralle 2 mit
jeweils wenigstens einem Endabschnitt ausbreiten. Einer der Endabschnitte
weist ein Mundstück 8 auf,
um einen Anschlagbolzen 7a aufzunehmen und mit diesem in
Eingriff zu treten. Das Mundstück 8 erstreckt
sich weiter in die Kralle, wobei es an jeder Seite von einem unteren
und einem oberen Rand umgeben ist. Der untere Rand 22 ist
derart ausgebildet, einen Führungspfad
für den
Anschlagbolzen 7a zu beschreiben, um den Anschlagbolzen
in die gänzlich
verriegelte Position zu führen.
Der obere Rand 23 besitzt in Erstreckungsrichtung vorzugsweise
eine Klaue 24, um im Falle einer nicht ordnungsgemäßen Verrieglung
für eine
Sicherheitsposition für den
Anschlagbolzen zu sorgen. Das Mundstück 8 ist an seinem
offenen Ende breit und verjüngt
sich ferner in einen Abschnitt, der zum Einpassen des Anschlagbolzens 7a ausgebildet
ist, wenn sich die Verriegelung in einer gänzlich verriegelten Position
befindet.
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Der
zweite Schenkel der Kralle 2 ist an dem anderen Endabschnitt
der Kralle 2 entlang einem Führungspfad 14 in der
Klinke 4 bewegbar mit der Klinke 4 verbunden.
Ein Lager 13 ist vorzugsweise so angeordnet, dass die Klinke 4 mit
dem Endabschnitt des Krallenschenkels in Eingriff kommt, um die
Reibung zu vermindern. Der Klinkenführungspfad 14 besitzt
eine Form, die der Rotationsbewegung der Kralle 2 folgt,
um die Kraftstöße zwischen
den beiden Elementen zu verringern. Das reibungsvermindernde Lager 13 ist
vorzugsweise an der Kralle 2 angeordnet. Die Kralle 2 ist
an eine Rückholfeder 3 angebracht.
Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ist
auch die Klinke 4 mit einer Rückstellfeder 5 ausgestattet.
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Des
weiteren ist ein Betätigungsglied 6 mit der
Klinke 4 wirkverbunden und derart ausgebildet, durch eine
Energieversorgung angetrieben zu werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird
ein lokaler Akkumulator als Energieversorgung verwendet. Die lokale
Energieversorgung ist vorzugsweise im Leerraum 16 in dem
Gehäuse 11 der Verriegelungsvorrichtung
angeordnet. Dem Fachmann ist ohne weiteres ersichtlich, dass zur
Versorgung der Verriegelungsvorrichtung 1 eine zentrale Energieversorgung
eingesetzt wer den kann. Selbstverständlich ist für die Verriegelungsvorrichtung
die Bildung eines zuverlässigen
Energieversorgungssystems von großer Bedeutung, welches ein
zentrales und lokales Energieversorgungssystem umfasst, die in einer
für die
vorliegende Erfindung geeigneten Weise zusammenwirken. Die genaue
Art und Weise der Versorgung der Verriegelungsvorrichtung mit Energie
ist jedoch für
den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung nicht von Bedeutung.
Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
ist eine gänzlich
elektrische Verriegelung vorgesehen, bei der mechanische Rückstellungen
nicht erforderlich sind.
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Das
Betätigungsglied 6 ist
im Wesentlichen aus einer Formgedächtnislegierung (Shape Memory Alloy,
SMA) gefertigt. Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
weist das Betätigungsglied 6 eine Mehrzahl
an SMA-Elementen auf. Je nach den auf die Verriegelung und das eingesetzte
SMA-Element wirkenden Kräften
ist klar ersichtlich, dass unterschiedliche Durchmesser in Betracht
kommen. Zum Einsatz in einer Fahrzeugtür unter Normalbedingungen ist
ein Dickenbereich des als Betätigungsglied verwendeten
SMA-Elements zwischen 10 μm
und 100 μm
geeignet. Mit dieser Dicke wird eine angemessene Ansprech- und Durchlauf
zeit erzielt, was für
diese Anwendungsart von essentieller Bedeutung ist. Aus diesem Grund
ist die Verwendung zusätzlicher
SMA-Elemente zur Verstärkung
von Klinke 4 und Kralle 2 einer größeren Dimensionierung
eines einzelnen SMA-Elements vorzuziehen. Bei der Verriegelungsvorrichtung
wird eine Durchlauf zeit von weniger als 1 Sekunde erreicht. Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
handelt es sich bei dem verwendeten SMA-Element um einen dünnen Draht
mit einem im Wesentlichen runden Querschnitt. Ferner sind auch andere
Formen für
den Querschnitt des SMA-Elements möglich.
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Fahrzeuge
sind manchmal erheblicher Gewaltwirkung ausgesetzt, was zu einer
extremen Belastung zumindest von Teilen des Fahrzeugs führt. Um
die Verrieglung unter extremen Bedingungen zu steuern, besitzt die
Verriegelungsvorrichtung 1 wenigstens ein Rückstellglied,
um unter extremen Bedingungen eine zusätzliche Verstärkung zu
bieten. Das Rückstellglied
weist eine Querschnittsfläche
auf, die vorzugsweise zwischen 4 und 25 mal größer ist als ein Formgedächtnislegierungsglied
der jeweiligen Verriegelungsvorrichtung. Dieses Rückstellglied
erfordert bei Aktivierung natürlich
mehr Energie um die Verriegelungsvorrichtung zu betätigen, trägt aber auch
maßgeblich
zur Verstärkung
im Vergleich zu normalen Betriebsbedingungen bei, so dass extreme Steuerbedingungen
erzielt werden können.
Die Ansprechzeit der Verriegelungsvorrichtung 1 unter extremen
Steuerbedingungen ist länger
als unter normalen Steuerbedingungen.
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Wegen
der großen
Bedeutung der Ansprechzeit der Verriegelungsvorrichtung bestand
ein Ziel der vorliegenden Erfindung darin, für ein verlässliches und belastbares Schloss
mit extrem geringer Reibung und effizienter Kraftumwandlung in der
Verrieglungsvorrichtung zu sorgen. Unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Schwenkkralle
kann eine Verriegelungsvorrichtung mit geringer innerer Reibung
erzielt werden. Um die Reibung weiter zu verringern und eine optimale
Kraftübertragung
zu erzielen, weist Kralle 2 in der Verrieglungsvorrichtung
eine spezifische Bauform auf. Die Kralle 2 umfasst im Wesentlichen
zwei Schenkel, die sich von der Krallenachse 9 erstrecken
und von der Achse 9 in verschiedene Richtungen verlaufen.
Der erste Schenkel der Kralle 2 bildet im Wesentlichen
einen ersten Hebel von der Klinke 4 zu der Krallenachse 9.
Der zweite Schenkel der Kralle bildet im Wesentlichen einen zweiten
Hebel zwischen der Krallenachse und einem Teil des Mundstücks 8,
wobei das Teil des Mundstücks 8 vorgesehen
ist, um in einem verrie gelten Zustand der Verriegelungsvorrichtung 1 mit
dem Anschlagbolzen 7a in Eingriff zu treten. Der erste
und zweite Hebel weisen ein Längenverhältnis von
wenigstens 3:1 auf. Höchst
vorzugsweise beträgt
das Längenverhältnis zwischen
dem ersten und zweiten Hebelarm zwischen 3:1 und 20:1. Am besten
ist ein Längenverhältnis zwischen
dem ersten und zweiten Hebel von etwa 10:1 geeignet. Die Ausgestaltung
einer Kralle mit diesen Längenverhältnissen
führt zu
einer Verriegelungsvorrichtung mit der notwendigen Stärke, um
die Kralle um den Schlagbolzen zu betätigen. Weiterhin kann so die
von dem Betätigungsglied 6 auf
die Klinke 4 wirkende Kraft minimal gehalten werden, was
den Einsatz von dünnen
SMA-Elementen als Betätigungsglied
ermöglicht,
was wiederum zu einer schnellen Ansprechzeit unter normalen Arbeitsbedingungen
führt.
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Es
gibt mindestens zwei Faktoren, die SMA-Elemente für den Einsatz
als Betätigungsglied geeignet
machen. In einem relativ kleinen Temperaturbereich erfahren sie
eine Phasendeformierung, welche die kristalline Struktur des Materials
von der Martensit-Phase zur Austenit-Phase ändert. Ein SMA-Element kann sich
an seinen vorhergehenden Zustand "erinnern", nachdem es plastisch verformt worden
ist. Wenn eine Probe, die sich in ihrer Niedertemperaturphase (Martensit)
befindet, plastisch in eine neue Gestalt verformt ist, kehrt sie
zu ihrer ursprünglichen
Form zurück,
wenn sie in ihre Hochtemperaturphase (Austenit) erhitzt wird. Da
der Elastizitätsmodul
und die Streckspannung in der Austenit-Phase viel höher sind, kehrt sie nicht nur
in ihre Originalform zurück,
sondern erzeugt dabei auch eine viel höhere als zur Deformation benötigte Kraft. Die
Differenz zwischen Deformations- und Rückstellkraft kann für die Betätigung genutzt
werden. Der ursprüngliche
Zustand wird dem Material, durch Formen und Fixieren in dem gewünschten
Zustand "gelehrt", gefolgt von einer
Erwärmung
auf eine Temperatur, die deutlich höher ist als jegliche normale
Betriebstemperatur. Normalerweise erfolgt eine hinreichende Hitzebehandlung
zur Formgedächtnis-"Belehrung" bei etwa 500°C und dauert
einige Minuten. Wie bereits erwähnt,
verändern
sich die Eigenschaften von SMA-Elementen dramatisch, wenn die Temperatur
erhöht
wird. Bei den zur Betätigung
geeigneten Materialien ist der Elastizitätsmodul in der Regel mehr als
verdoppelt und die Streckspannung mehr als 4 mal so hoch, wenn das
Material über
seine Transformationstemperatur erhitzt wird. Die Veränderungen
sind reversibel und gänzlich
reproduzierbar. Die Erhitzung des SMA-Elements erfolgt üblicherweise
durch ohmsche Erhitzung, d.h. indem dem Material Strom zugeführt wird,
wobei der elektrische Widerstand des Materials einen Temperaturanstieg
bewirkt.
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Es
gibt verschiedene Formgedächtnislegierungen,
die zur Verwendung in einer Ausführungsfom gemäß der vorliegenden
Erfindung geeignet sind. Nitinol ist ein Beispiel einer solchen
Formgedächtnislegierung.
Nitinol ist eine korrosionsbeständige,
superelastische Nickel-Titan-Legierung. Superelastisch bedeutet,
dass Nitinol um bis zu 10% gestreckt werden kann, ohne zu reißen. Beim
Kontrahieren kann es eine Aktivierungsspannung von mehr als 600
MPa in Extremfällen
erzeugen, sollte aber unter normalen Umständen nicht mehr als 170 MPa
ausgesetzt werden. Weiterhin ist Nitinol bei einer Dehnung um weniger
als 5% auch ermüdungsresistent.
Für die
Energieversorgung wird in der Regel ein elektrisches Potential von
einigen Volt benötigt.
Die Temperaturbedingungen zur Phasenumwandlung hängen stark vom Verhältnis der
enthaltenen Legierungskomponenten ab. Es gibt zusätzlich zu
verschiedenen Arten von Nitinol beispielsweise auch Fe-basierte
und Cu-basierte Formgedächtnislegierungen.
Angesichts obiger Ausführungen
ist dem Fachmann auf dem Gebiet von Verriegelungsvorrichtungen klar
ersichtlich, dass die Länge
der SMA-Elemente ein wichtiges Ausgestaltungs merkmal darstellt,
um eine langlebige und verlässliche
Verriegelungsvorrichtung zu bilden. In 1 ist eine
Einrichtung 15 gezeigt, um welche das Betätigungsglied 6 angeordnet
ist. Bei solchen oder ähnlichen
Anordnungen kann der Verriegelungsmechanismus 1 klein gehalten
und kann gleichwohl ein geeignetes Betätigungsglied 6 nahezu
längenunabhängig angepasst
werden.
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Wie
weiterhin aus 1 ersichtlich, besitzt die Verriegelungsvorrichtung 1 gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung einen Anschlagbolzen 7a, der zum Eingriff
mit der Kralle 2 im inneren Abschnitt des Krallenmundstücks 8 geeignet ist.
Um den Anschlagbolzen 7a aufzunehmen, weist das Gehäuse 11 eine
Rasteinrichtung 12a auf, die vorzugsweise in Form eines
Schlitzes in dem Gehäuse 11 ausgebildet
ist, in welchen der Anschlagbolzen 7a von der Seite her
eingeführt
werden kann. Die Ränder
des Schlitzes können
ebenfalls dazu genutzt werden, den Kräften standzuhalten, die auf
den Verriegelungsmechanismus in eine zur langen Seite des Verriegelungsmechanismus' 1 kolineare
Richtung wirken. Die Schwenkkralle 2 vermag diese kolinearen
Kräfte
nur schwer aufzunehmen. Die Schwenkkralle 2, die im geschlossenen
Zustand den Anschlagbolzen 7a umgreift, hält gemäß einer
bevorzugten Ausführung
der Erfindung in erster Linie den Kräften in Normalrichtung, bezüglich der
langen Seite des Verriegelungsmechanismus 1, stand. Zur
Gewährleistung
einer Abstützung
auch gegen äußere Kräfte, die
auf den Verriegelungsmechanismus in der Normalrichtung bezüglich der
Schwenkebene des Verriegelungsmechanismus' wirken, ist eine zusätzliche
Rasteinrichtung 12b in dem Gehäuse 11 vorgesehen,
um einen zusätzlichen
Anschlagbolzen 7b aufzunehmen. Vorzugsweise weisen die
Rasteinrichtungen 12 einen Schlitz in dem Gehäuse 11 auf,
in welchen der Anschlagbolzen 7a in verriegeltem Zustand
des Verriegelungsmechanismus' eingepasst ist.
Der zusätzliche
Schlagbolzen 7b ist in geeigneter Weise mit einem oberen
Abschnitt ausgestattet, der zum Anliegen gegen das Gehäuse ausgebildet
ist, um äußeren Kräften zu
widerstehen, die auf den Verriegelungsmechanismus in Normalrichtung
bezüglich der
Schwenkebene des Verriegelungsmechanismus' wirken.
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Im
Folgenden ist die Funktionsweise der Verriegelungsvorrichtung unter
Bezugnahme auf 2a bis 2c beschrieben. 2a zeigt
den Verriegelungsmechanismus 1 in einer gänzlich geschlossenen
Position. Wenn das Betätigungsglied 6 Strom ausgesetzt
ist, schrumpft dieses aufgrund des Temperaturanstiegs in dem SMA-Element.
Wie bereits erläutert,
verursacht diese Verformung eine Kraft, die in einer Bewegung der
Klinke 4 resultiert. Die Bewegung der Klinke 4 wiederum
setzt den Endabschnitt des ersten Schenkels der Kralle 2 aus
der Eingriffstellung in der gänzlich
verriegelten Position frei. Die eingeleitete Bewegung der Kralle 2 wird
durch den zugeordneten Pfad in der Klinke 4 weitergeleitet. Während der
Schwenkbewegung der Kralle, deren Bewegungsrichtung in 2b durch
einen Pfeil gekennzeichnet ist, löst sich auch der Anschlagbolzen 7a aus
dem Eingriff mit dem Krallenmundstück 8. Während dieses
Vorgangs wird die Verriegelungsvorrichtung gänzlich entriegelt, wie es in 2c wiedergegeben
ist. Von dieser entriegelten Position kann eine Tür, die mit
einer solchen Verriegelungsvorrichtung 1 ausgestattet ist,
geschlossen werden und die Verriegelungsvorrichtung 1 kann
verriegelt werden, indem die Tür
in eine leichte Schwingbewegung versetzt wird. Wird eine nicht hinreichende
Kraft aufgebracht und erreicht die Tür in diesem Fall die Sicherheitsposition
nicht vollständig,
so stellt sich zumindest ein halbverriegelter Zustand ein. Diese
Position ist im Wesentlichen die gleiche wie die gemäß 2b.
Wie wiederum aus 1 ersichtlich, besitzt die Klinke 4 eine
Anschlageinrichtung 21, die zum Anschlag des Krallenendabschnitts
in dieser Sicherheitsposition aus gebildet ist. Auch das Krallenmundstück 8 ist
derart ausgebildet, dass es mit dem Anschlagbolzen 7a in
der entsprechenden, in 2b dargestellten Sicherheitsposition
in Eingriff tritt. Von dieser Sicherheitsposition aus kann die Tür geöffnet und
geschlossen werden. Die durch die Klinkenrückstellfeder 5 und
die Form der Klinke 4 erhaltene Zwangsführung der Klinke 4 macht
es möglich,
die Tür
alsbald zu schließen,
ohne abwarten zu müssen, bis
sich die Elemente aus der Formgedächtnislegierung (SMA) abgekühlt haben.
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Da
die Verriegelungsvorrichtung den Vorteil aufweist, dass sie ein
gänzlich
elektrisches System zulässt,
ist offensichtlich, dass das Betätigungsglied 6 einwandfrei
zu Aktivierung über
eine Steuereinheit 17 ausgebildet ist. Die Verriegelungsvorrichtung
ist in diesem Fall vorzugsweise, wenn auch nicht notwendigerweise,
mit einer Steuereinheit 17 ausgestattet, die über einen
Empfänger
verfügt,
der auf ein von einem Schlüssel
oder einer Schlüsselkarte 18 übertragenes
Signal reagiert. Die Ver- und Entriegelungslogik ist in diesem Fall
zumindest teilweise im Schlüssel
oder in der Schlüsselkarte 18 vorgesehen.
Die Steuereinheit 17 ist zur Steuerung ausgebildet, ob das
Betätigungsglied 6 auf
der Grundlage der von dem Signal übertragenen Informationen aktiviert
wird oder nicht. Das Signal wird von der Verriegelungsvorrichtung 1 erfasst,
um die Verriegelung zu ver- oder entriegeln.
Die Steuereinheit 17 der Verriegelungsvorrichtung ist dann
in aktiviertem Zustand in der Lage, dem Betätigungsglied 6 Energie
von der Energieversorgung 16 bereitzustellen. Die Verriegelungsvorrichtung 1 ist
in diesem Fall beispielsweise mittels eines Türgriffs z.B. von einem verriegelten
in einen entriegelten Zustand betätigbar. Die Steuereinheit 17 weist
zweckmäßig eine
drahtlose Verbindung mit einem Schlüssel oder einer Schlüsselkarte 18 und
gegebenenfalls einem Türgriff
oder dergleichen auf. Ferner kön nen
andere Einrichtungen zur Verriegelung und Betätigung der Verriegelungsvorrichtung 1 eingesetzt
werden, da die erfindungsgemäße Verriegelungsvorrichtung 1 im
Hinblick auf die Betätigung des
Betätigungsglieds 6 nicht
auf einen speziellen Prozeß beschränkt ist.
Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung umfasst die Steuereinheit 17 wenigstens einen
Teil der Ver- und Entriegelungslogik.
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Ein
mit dem System einer erfindungsgemäßen Verriegelungsvorrichtung 1 ausgestattetes
Fahrzeug 20 bietet hinreichend Platz für Sicherheitsausstattungen
in den Fahrzeugseiten, zuverlässige
Verriegelungseigenschaften und eine schnelle Ansprechzeit der Verriegelung,
etc. Ein Fahrzeug 20, das für eine Verriegelungsvorrichtung
gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung geeignet ist, ist in 3 abgebildet.
Die Verriegelungsvorrichtungen des Fahrzeugs sind einwandfrei an
den Einsatz in einem Zentralverriegelungssystem angepasst.
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Die
vorliegende Erfindung darf nicht auf die oben beschriebene, bevorzugte
Ausführungsform beschränkt erachtet
werden, sondern schließt
sämtliche
möglichen Änderungen
mit ein, die unter den Schutzbereich gemäß den beigefügten Patentansprüchen fallen.
Dem Fachmann ist ohne weiteres ersichtlich, dass die genaue Ausgestaltung
der Komponenten und Elemente der Verriegelungsvorrichtung 1 veränderbar
ist, um alternative Ausführungsformen der
Erfindung zu erhalten, wie sie durch die beigefügten Patentansprüche bestimmt
ist.