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Die Erfindung betrifft eine Anordnung für ein elektrisches Schaltelement wie ein Relais oder ein Schütz, mit einem Stellglied, das zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position hin und her bewegbar ist, und mit einem Dämpfungsglied, wobei das Stellglied bei einer Bewegung von der ersten Position in die zweite Position kraftübertragend mit dem Dämpfungsglied gekoppelt und bei einer Bewegung von der zweiten Position in die erste Position wenigstens abschnittsweise von dem Dämpfungsglied unabhängig beweglich ist, und wobei das Dämpfungsglied durch ein Schwungrad gebildet ist. Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zum Betrieb eines elektrischen Schaltelements wie ein Relais oder ein Schütz mit einem durch eine Betätigungskraft in eine Schaltposition und durch eine Rückstellkraft in eine Ausgangsposition bewegbaren Stellglied, wobei das Dämpfungsglied durch ein Schwungrad gebildet ist.
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Elektrische Schaltelemente wie Relais oder Schütze sind im Stand der Technik bekannt. Diese weisen in der Regel ein Stellglied auf, welches zwischen einer ersten und einer zweiten Position hin und her bewegbar ist. Bekannte Stellglieder sind beispielsweise Klappanker von Relais oder Zuganker von Schützen. Diese Stellglieder werden in der Regel durch eine Magnetkraft in einer Richtung und einer Federkraft in die entgegengesetzte Richtung bewegt, um einen Schaltvorgang wie zum Beispiel Öffnen und Schließen von Kontakten auszulösen. Bei der Bewegung des Stellglieds werden häufig laute Geräusche erzeugt, beispielsweise wenn ein Anker auf einen Magnetkern oder ein anderes Element schlägt. In vielen Bereichen ist es erwünscht, diese Geräusche zu eliminieren oder auf ein erträgliches Maß zu minimieren.
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Bei bekannten Schaltelementen wird eine Geräuschminderung häufig dadurch erreicht, dass Dämpfungsglieder in das Schaltelement eingebaut werden. Beispielsweise können Elastomere zwischen einem Anker und einem Kern angebracht werden, um das Aufschlagen des Ankers zu dämpfen. Diese Lösung hat allerdings den Nachteil, dass so ein Abstandshalter zwischen Anker und Kern eingefügt wird, wodurch der Bewegungsspielraum für den Anker eingeschränkt wird und die Magnetkraft einer Spule nicht die volle Wirkung auf den Anker ausüben kann.
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Weitere bekannte Methoden zur Geräuschreduktion bestehen darin, das Stellglied in seiner Bewegung zu behindern. Dies kann beispielsweise durch Federelemente, Reibflächen oder eine erhöhte Masse des Stellglieds selbst erfolgen. All diese Methoden weisen allerdings den Nachteil auf, dass das Stellglied sowohl beim Öffnen als auch beim Schließen von Kontakten in seiner Bewegung behindert wird. Dies kann beispielsweise dann von Nachteil sein, wenn das Stellglied in einer Richtung durch eine Magnetspule und in der entgegengesetzten Richtung durch eine Feder bewegt wird. Dann müssen beide Antriebselemente für das Stellglied ausreichend stark sein, um das Stellglied noch bewegen zu können. Auch kann es wünschenswert sein, dass das Stellglied in einer Richtung schneller bewegt werden kann als in der anderen Richtung. Dies kann insbesondere bei sicherheitsrelevanten Anwendungen von Bedeutung sein.
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Beispielsweise ist aus der
GB 762 913 A ein Schaltelement zum wiederholten Ein- und Ausschalten eines Fahrtrichtungsanzeigers bekannt, welches über ein Schwungrad verfügt, das wiederum direkt durch ein Stellglied in Rotation versetzt werden kann. Aus den Druckschriften
DE 197 26 495 A1 und
DE 199 51 116 A1 sind Relais für Kraftfahrzeuganlasser bekannt, welche eine Schaltstange in lineare Bewegung versetzen, die dann entweder in Richtung ihrer Linearbewegung einen Schalter betätigt oder mit Hilfe eines Umlenkhebels auf eine Ritzeleinrückvorrichtung wirkt. Nachteile der bekannten Vorrichtungen sind jedoch, dass diese aufwändig im Design und in der Herstellung und/oder platzraubend sind. Ein weiterer Nachteil ist der, dass die bekannten Vorrichtungen in der Regel im Betrieb eine unbefriedigend hohe Geräuschentwicklung aufweisen.
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Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung und ein Verfahren bereit zu stellen, mit denen ein leises elektrisches Schaltelement realisiert werden kann, die ein ausreichend schnelles und sicheres Schalten erlauben und zudem eine kompakte Bauform ermöglichen.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird für die Anordnung für ein elektrisches Schaltelement dadurch gelöst, dass zwischen dem Stellglied und dem Dämpfungsglied ein durch eine Pleuelstange gebildetes Kupplungselement angeordnet ist, das an einem als Antriebsende der Pleuelstange ausgebildeten ersten Ende unverlierbar mit dem Stellglied verbunden ist und an einem als Abtriebsende der Pleuelstange ausgebildeten zweiten Ende ein Schubelement zur Kraftübertragung an ein oder von einem Gegenschubelement aufweist. Für das erfindungsgemäße Verfahren wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass zwischen dem Stellglied und dem Dämpfungsglied ein durch eine Pleuelstange gebildetes Kupplungselement angeordnet ist, das an einem als Antriebsende der Pleuelstange ausgebildeten ersten Ende unverlierbar mit dem Stellglied verbunden ist und an einem als Abtriebsende der Pleuelstange ausgebildeten zweiten Ende ein Schubelement zur Kraftübertragung an ein oder von einem Gegenschubelement aufweist, und das Stellglied wenigstens bei einer Beschleunigung durch die Betätigungskraft einen Teil der Betätigungskraft an ein Dämpfungsglied überträgt und bei einer Bewegung durch die Rückstellkraft wenigstens abschnittsweise von dem Dämpfungsglied ungehindert in die Ausgangsposition bewegt wird.
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Die erfindungsgemäße Lösung bietet den Vorteil, dass das Stellglied, welches bevorzugt ein Anker ist, bei einer Bewegung von der ersten Position in die zweite Position einen Teil seines Impulses bzw. der Kraft, mit der das Stellglied angetrieben wird, an das Dämpfungsglied abgibt. Bei der Bewegung von der ersten Position in die zweite Position wird das Stellglied also gebremst, wodurch eine leise Bewegung möglich ist. Bei der Bewegung von der zweiten Position in die erste Position kann sich das Stellglied jedoch wenigstens abschnittsweise bewegen, ohne von dem Dämpfungsglied verlangsamt zu werden. Dies kann die Sicherheit erhöhen, wenn beispielsweise ein schnelles Öffnen oder Schließen von Kontakten erforderlich ist.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist der, dass das Stellglied nur bei einer Bewegung bzw. Beschleunigung gedämpft wird. Es kann also ein Teil der Betätigungskraft, welche dynamisch auf das Stellglied wirkt, auf das Dämpfungsglied übertragen werden. Eine statische Haltekraft des Stellglieds, beispielsweise die Haltekraft, die einen Anker an einem Kern hält, wird durch die Erfindung nicht beeinträchtigt. Würde das Stellglied beispielsweise direkt mit einer Zusatzmasse beaufschlagt werden, würde diese zwar auch die Bewegung des Stellglieds dämpfen, eine direkt auf dem Stellglied beaufschlagte Zusatzmasse hätte jedoch gravierende Nachteile. Bei Bewegungen der Schaltelemente, wie zum Beispiel Vibrationen, könnte die Zusatzmasse so stark beschleunigt werden, dass das Stellglied bewegt und ein unerwünschter Schaltvorgang ausgelöst wird. Die erfindungsgemäße Lösung besitzt durch Koppelung in nur einer Richtung diese Nachteile nicht.
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Zwischen dem Stellglied und dem Dämpfungsglied ist ein Kupplungselement angeordnet, das an einem ersten Ende unverlierbar mit dem Stellglied oder mit dem Dämpfungsglied verbunden ist. Auf diese Weise kann eine besonders gute Kraftübertragung zwischen Stellglied und Dämpfungsglied erreicht werden. Ebenso ist das Kupplungselement von Vorteil, um eine kompakte Bauform zu ermöglichen und/oder Vorgaben hinsichtlich der Bauform einzuhalten, da das Stellglied und das Dämpfungsglied nicht in einem direkten Kontakt miteinander stehen müssen.
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Das Kupplungselement weist an einem zweiten Ende ein Schubelement zur Kraftübertragung an ein oder von einem Gegenschubelement auf. Wenn das Schubelement an dem Gegenschubelement anliegt, können zwischen diesen Elementen Kräfte übertragen werden. Ist beispielsweise das Kupplungselement mit seinem ersten Ende unverlierbar mit dem Stellglied verbunden und weist an seinem zweiten Ende das Schubelement auf, so kann das Gegenschubelement beispielsweise am Dämpfungsglied befestigt oder ein Teil dessen sein. Bei einer Bewegung des Stellglieds von der ersten Position in die zweite Position kann das Schubelement auf das Gegenschubelement treffen und wenigstens einen Teil der Kraft, mit der das Stellglied bewegt wird, an das Dämpfungsglied übertragen. Alternativ dazu ist es möglich, dass das Kupplungselement unverlierbar mit dem Dämpfungsglied verbunden ist. Dann ist das Gegenschubelement fest mit dem Stellglied verbunden oder ein Teil dessen. Bei einer Bewegung des Stellglieds von der ersten in die zweite Position kann dann das Gegenschubelement auf das Schubelement am Kupplungselement stoßen und eine Kraft in das Dämpfungsglied leiten.
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Das Kupplungselement ist durch eine Pleuelstange gebildet, die an einem Antriebsende unverlierbar mit dem Stellglied verbunden ist und an einem Abtriebsende das Schubelement aufweist. Bei dieser Ausgestaltung ist das Antriebsende der Pleuelstange mit dem ersten Ende des Kupplungselements und das Abtriebsende mit dem zweiten Ende des Kupplungselements identisch.
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Um eine besonders kompakte Bauform zu erhalten, ist das Dämpfungsglied durch ein Schwungrad gebildet. Das Schwungrad kann also bei einer Bewegung des Stellglieds von der ersten in die zweite Position Bewegungsenergie des Stellglieds aufnehmen, wodurch es in Rotation versetzt wird. Bei einer Ausgestaltung als Schwungrad wird das Dämpfungsglied bei einer Bewegung des Stellglieds von der ersten in die zweite Position durch Rotation aus seiner Ausgangsposition heraus bewegt. Die Ausführung als Schwungrad bietet außerdem den Vorteil, dass die Schock- und Vibrationsfestigkeit des Stellglieds weiter verbessert wird. Im Gegensatz zu einer linear auslenkbaren Masse kann ein Schwungrad durch eine Krafteinwirkung von außen nicht in seiner Gesamtheit ausgelenkt werden. Ein ungewollt ausgelöster Schaltvorgang kann dadurch vermieden werden.
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Die erfindungsgemäße Lösung kann durch verschiedene, jeweils für sich vorteilhafte, beliebig miteinander kombinierbare Ausgestaltungen weiter verbessert werden. Auf diese Ausführungsformen und die mit ihnen verbundenen Vorteile ist im Folgenden eingegangen.
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Das Gegenschubelement kann als ein Zapfen und das Schubelement kann als zweizinkige Gabel gebildet sein, in der der Zapfen wenigstens teilweise aufnehmbar ist, oder umgekehrt. Die Kombination von Zapfen und Gabel erlaubt einen besonders sicheren Betrieb, da der Zapfen wenigstens teilweise zwischen den Zinken der Gabel geführt sein kann. Dadurch kann ein seitliches Abrutschen senkrecht zur Bewegungsrichtung des Schubelements oder des Gegenschubelements vermieden werden. Die Ausgestaltung als Gabel erlaubt es zudem, dass eine Kraftübertragung zwischen Zapfen und Gabel nur dann stattfindet, wenn der Zapfen in der Gabel aufgenommen ist und diese beiden Elemente aneinander stoßen und eines auf das andere zu bewegt wird. Bewegen sich die beiden Elemente voneinander weg, so kann der Zapfen die Gabel ungehindert verlassen bzw. sich ungehindert zwischen deren Zinken bewegen. Bevorzugt ist der Zapfen in der Gabel aufgenommen, wenn das Stellglied von der ersten Position in die zweite Position bewegt wird. Dann sind die beiden Elemente kraftübertragend miteinander gekoppelt. Bei einer Bewegung des Stellglieds von der zweiten in die erste Position kann sich der Zapfen aus der Gabel heraus bewegen bzw. die Gabel vom Zapfen weg bewegen, wodurch das Stellglied nicht kraftübertragend mit dem Dämpfungsglied gekoppelt ist.
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Das Gegenschubelement kann als Zapfen gebildet sein und das Schubelement einen Schlitz aufweisen, in dem der Zapfen wenigstens teilweise aufnehmbar ist, oder umgekehrt. Umgekehrt bedeutet in diesem Fall, dass das Gegenschubelement den Schlitz aufweist und das Schubelement als Zapfen gebildet ist. Die Ausgestaltung als Schlitz ermöglicht es, dass, wie bei einer Ausgestaltung als Gabel, das Dämpfungsglied kraftübertragend mit dem Stellglied gekoppelt ist, wenn letztes von der ersten Position in die zweite Position bewegt wird. Der Zapfen liegt dann an einem Ende des Schlitzes an, so dass Schubelement und Gegenschubelement kraftübertragend gekoppelt sind. Bei einer Bewegung in die entgegengesetzte Richtung kann sich der Zapfen in Abhängigkeit der Schlitzlänge zunächst frei im Schlitz bewegen, so dass eine Bewegung des Stellglieds unabhängig vom Dämpfungsglied erfolgen kann. Ist die Schlitzlänge kürzer als eine Bewegungsstrecke des Stellglieds bzw. des Kupplungselements, so greift der Zapfen, nachdem die Schlitzlänge überstrichen ist, am entgegen gesetzten Ende des Schlitzes an, so dass wieder eine Kraftübertragung, diesmal bei der Bewegung des Stellglieds von der zweiten Position in die erste Position stattfinden kann. Diese Ausgestaltung ist dann von Vorteil, wenn sowohl eine schnelle Bewegung des Stellglieds von der zweiten Position in die erste Position gewünscht ist, das Stellglied jedoch wenigstens teilweise bei dieser Bewegung gedämpft werden. Die Strecke, in der sich der Zapfen frei im Schlitz bewegen kann, kann als Beschleunigungsstrecke bezeichnet werden.
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Es ist auch möglich, die Pleuelstange unverlierbar mit dem Dämpfungsglied zu verbinden. In diesem Fall wäre die Pleuelstange mit ihrem Abtriebsende am Dämpfungselement angeordnet und wiese an ihrem Antriebsende das Schubelement auf. In dieser alternativen Ausgestaltung ist das Antriebsende der Pleuelstange mit dem zweiten Ende des Kupplungselements und das Abriebsende mit dem ersten Ende des Kupplungselements identisch.
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Um eine besonders effektive Dämpfung zu erhalten, kann das Dämpfungsglied durch eine Bewegung des Stellglieds von dessen erster Position in die zweite Position aus einer Ausgangsposition heraus bewegbar sein. Das Dämpfungsglied kann also durch eine Masse gebildet sein, welche Impuls vom Stellglied aufnehmen kann. Durch die Trägheit des Dämpfungsglieds wird die Bewegung des Stellglieds gehindert bzw. verzögert. Eine besonders kompakte Bauform und ein besonders einfacher Aufbau kann dadurch erhalten werden, wenn das Dämpfungsglied parallel zu einer Bewegungsrichtung des Stellglieds vom Stellglied bewegbar ist. Das Stellglied kann insbesondere direkt oder über das Kupplungselement auf das Dämpfungsglied einwirken und dieses bei einer Bewegung von der ersten in die zweite Position beschleunigen.
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Das Gegenschubelement oder das Schubelement kann auf einer Flanke des Schwungrads angeordnet sein. Dadurch können eine besonders gute Kraftübertragung und ein einfacher Aufbau ermöglicht sein. Das Gegenschubelement kann beispielsweise als von der Flanke des Schwungrads hervorspringender Zapfen gebildet sein, welcher in einer Gabel oder einem Schlitz des Schubelements am Kupplungselement aufnehmbar ist. Alternativ dazu kann das Gegenschubelement auch als Gabel oder halbkreisförmige Struktur auf der Flanke des Schwungrads ausgebildet sein. Ebenso ist es denkbar, dass im Schwungrad ein Schlitz vorhanden ist, der das Gegenschubelement bildet. Das Schubelement am Kupplungselement kann dann als ein vom Kupplungselement vorspringender Zapfen gebildet sein, welcher in den Schlitz hineinragt oder in der Gabel aufnehmbar ist. Der Zapfen kann dann vorteilhaft senkrecht von einer Bewegungsrichtung des Kupplungselements von diesem vorspringen, so dass er im Gegenschubelement aufnehmbar ist.
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Um die Dämpfung durch das Schwungrad weiter zu verbessern, kann das Gegenschubelement weniger als einen halben Schwungradradius von einer Drehachse des Schwungrades entfernt sein. Dadurch wirkt ein niedriges Drehmoment auf das Schwungrad, so dass besonders viel Kraft vom Stellglied aufgenommen werden kann. Auf diese Weise kann zudem auf ein Getriebe zur Bewegung des Schwungrades verzichtet werden. Alternativ sind jedoch auch Ausgestaltungsformen möglich, bei denen die Bewegung des Stellglieds und/oder des Kupplungselements über ein Getriebe an das Schwungrad geleitet werden. Dabei würde das Gegenschubelement am Getriebe angeordnet sein und eine Bewegung des Stellglieds über das Getriebe an das Schwungrad weiterleiten.
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Das Dämpfungsglied kann durch wenigstens ein Rückstellelement in die Ausgangsposition zurück bewegbar sein. Auf diese Weise kann die Funktion des Dämpfungsglieds bei wiederholten Schaltvorgängen genutzt werden.
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Ein besonders einfach aufgebautes Rückstellelement kann dadurch erhalten werden, dass das Rückstellelement durch eine Feder gebildet ist.
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Das Rückstellelement kann durch eine Drehfeder gebildet sein. Drehfedern erlauben einen besonders kompakten Aufbau, da diese besonders flach ausgestaltet sein können.
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Für einen kompakten Aufbau bei Verwendung eines Schwungrades ist es ebenso von Vorteil, wenn die Drehfeder radial außen am Schwungrad angeordnet ist, beispielsweise um das Schwungrad herum verläuft. Die Drehfeder kann beispielsweise mit einem Ende am Schwungrad und mit dem anderen Ende an einem Gehäuseteil oder einem anderen feststehenden Teil des elektrischen Schaltelements verbunden sein. Alternativ dazu kann die Drehfeder auch oberhalb oder unterhalb des Schwungrads angeordnet sein und mit diesem und mit einem feststehenden Teil verbunden sein.
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Das eingangs genannte Verfahren kann dadurch weiter verbessert werden, dass das Stellglied bei einer Bewegung durch die Rückstellkraft nach Zurücklegen eines Beschleunigungsabschnittes, in dem es sich unabhängig von dem Dämpfungsglied bewegt, einen Teil seiner Bewegungsenergie an das Dämpfungsglied abgibt. Auf diese Weise kann gleichzeitig eine schnelle Bewegung des Stellglieds als auch eine zumindest teilweise Dämpfung des Stellglieds erreicht werden.
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Im Folgenden ist noch einmal eine bevorzugte Variante des Verfahrens beschrieben. Das Stellglied eines Schaltelements befindet sich zunächst in einer Ausgangsposition. Das Stellglied kann beispielsweise ein Anker eines Schützes, eines Relais oder eines anderen Schaltelement sein. Das Stellglied kann direkt oder indirekt mit Kontakten des Schaltelements verbunden sein. Zum Erreichen einer Schaltposition, wodurch beispielsweise Kontakte geöffnet oder geschlossen werden, wird das Stellglied durch eine Betätigungskraft in die Schaltposition bewegt. Die Betätigungskraft kann beispielsweise durch eine Magnetkraft erzeugt werden. Bei der Bewegung in die Schaltposition gibt das Stellglied einen Teil der Betätigungskraft an ein Dämpfungsglied ab. Das Dämpfungsglied kann beispielsweise wie in der voranbeschriebenen Anordnung ein Schwungrad sein und die Kraftübertragung kann über ein zuvor beschriebenes Kupplungselement stattfinden. Wenn die Betätigungskraft nicht mehr wirkt, beispielsweise durch Abschalten einer Magnetspule, so wird das Stellglied durch eine Rückstellkraft, beispielsweise eine Federkraft, in seine Ausgangsposition bewegt. Dabei bewegt es sich zumindest ein Stück weit unabhängig von dem Dämpfungsglied. Je nach Ausgestaltung kann sich das Stellglied bei der Bewegung in die Ausgangsposition vollständig unabhängig vom Dämpfungsglied bewegen. Sobald das Stellglied in die Ausgangsposition zurückgekehrt ist, kann auch das Dämpfungsglied in einen Ausgangszustand zurückkehren, so dass es erneut einen Teil der Betätigungskraft vom Stellglied bei einer Bewegung in die Schaltposition aufnehmen kann. Ist das Dämpfungsglied als Schwungrad ausgestaltet, so kann das Schwungrad wieder in eine Ausgangsposition zurückgedreht werden. Dies kann wie mit Bezug auf die Anordnung beschrieben beispielsweise durch ein Rückstellelement wie eine Drehfeder erfolgen. Je nachdem wie stark das Rückstellelement für das Dämpfungsglied und wie stark die Rückstellkraft, welche auf das Stellglied wirkt, ist, kann das Stellglied bei einer Bewegung in die Ausgangsposition dem Dämpfungsglied vorauseilen. Es ist jedoch auch denkbar, dass das Dämpfungsglied durch das Rückstellelement zusätzlich zur Rückstellkraft auf das Stellglied wirkt und dieses mit in die Ausgangsposition antreibt.
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Im Folgenden ist die Erfindung beispielhaft anhand vorteilhafter Ausführungsformen mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Die bei den Ausführungsformen beispielhaft dargestellten Merkmalskombinationen können nach Maßgabe der obigen Ausführungen entsprechend der für einen bestimmten Anwendungsfall notwendigen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Anordnung durch weitere Merkmale ergänzt werden. Auch können, ebenfalls nach Maßgabe der obigen Ausführungen, einzelne Merkmale bei den beschriebenen Ausführungsformen weggelassen, wenn es auf die Wirkung dieses Merkmals in einem konkreten Anwendungsfall nicht ankommt.
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In den Zeichnungen werden für Elemente gleicher Funktion und/oder gleichen Aufbaus stets dieselben Bezugszeichen verwendet.
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Es zeigen:
- 1 ein Relais mit einer erfindungsgemäßen Anordnung;
- 2 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung;
- 3 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung;
- 4 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kupplungselements;
- 5 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kupplungselements;
- 6 eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kupplungselements;
- 7 eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kupplungselements;
- 8 eine Ausführungsform eines als Schwungrad ausgestalteten erfindungsgemäßen Dämpfungsgliedes in einer Aufsicht;
- 9 eine frontale Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung 1 an einem elektrischen Schaltelement 3, in diesem Fall ein Relais. Die Anordnung 1 besitzt ein Stellglied 5, welches in der gezeigten Ausführungsform durch einen Anker gebildet ist. Gezeigt ist das Stellglied 5 in einer ersten Position A. Das Stellglied 5 ist entlang der Betätigungsrichtung 7 in eine zweite Position B (nicht gezeigt) bewegbar. Bevorzugt weist das elektrische Schaltelement 3 dazu eine Magnetspule mit einem Kern (nicht gezeigt) in seinem Inneren auf, durch die das Stellglied 5 von der ersten Position A, die im gezeigten Beispiel mit der Ausgangsposition A' zusammenfällt, in die zweite Position B, welche im gezeigten Beispiel identisch mit der Schaltposition B' ist, bewegbar. Eine Rückstellkraft zur Bewegung des Stellglieds 5 von der zweiten Position B in die erste Position A kann durch eine mit dem Stellglied 5 verbundene Stellgliedfeder 9 erzeugt werden. Das Stellglied 5 kann direkt oder indirekt mit Kontakten (nicht gezeigt) verbunden sein, die durch das Stellglied 5 geöffnet oder geschlossen werden können.
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Am Stellglied 5 befindet sich ein Verbindungsteil 11, das das Stellglied 5 mit dem Kupplungselement 13 verbindet. Das Verbindungsteil 11 kann als Teil des Stellglieds 5 gebildet sein bzw. monolithisch mit diesem gebildet sein oder als separates Teil am Stellglied 5 angebracht sein. Das Verbindungsteil 11 springt senkrecht zur Betätigungsrichtung 7 vom Stellglied 5 vor. An seinem vom Stellglied 5 weg weisenden Ende 15 ist das Verbindungsteil 11 mit einem ersten Ende 16 des Kupplungselements 13 verbunden. Das Kupplungselement 13 kann dabei schwenkbar am Verbindungsteil 11 gelagert sein. Bevorzugt ragt das vom Anker weg weisende Ende 15 des Verbindungsteils 11 durch eine komplementär ausgestaltete Öffnung 17 am ersten Ende 16 des Kupplungselements 13.
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Das Kupplungselement 13 ist im Wesentlichen länglich und hat die Form einer Pleuelstange 67. Eine Längsrichtung L des Kupplungselements 13 verläuft parallel zur Betätigungsrichtung 7 des Stellglieds 5. An seinem zweiten Ende 19 weist das Kupplungselement 13 ein Schubelement 21 auf. Das Schubelement 21 kann als zweizinkige Gabel 23 gebildet sein. Die Gabelzinken 25 weisen im Wesentlichen in Längsrichtung L vom Kupplungselement 13 weg. Bei der gezeigten Ausführungsform ist das Antriebsende 68 der Pleuelstange 67 identisch mit dem ersten Ende 16 des Kupplungselements 13. Das Abtriebsende 70 der Pleuelstange 67 ist identisch mit dem zweiten Ende 19 des Kupplungselements 13.
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In der ersten Position A ist der Zapfen 27 in der Gabel 23 aufgenommen. Der Zapfen stellt das Gegenschubelement 29 dar und ist fest mit dem Dämpfungsglied 31 verbunden. In der ersten Position A kann der Zapfen 27 an einem Grund 33 der Gabel 23 anliegen. Eine Bewegung des Stellglieds 5 in der Betätigungsrichtung 7 führt zu einer Bewegung des Kupplungselements 13 entlang der Kraftwirkungsrichtung K, welche parallel zur Betätigungsrichtung 7 ist. Der Zapfen 27 bleibt dann am Grund 33 der Gabel 23 anliegen und wird von der Gabel 23 entlang der Kraftwirkungsrichtung K bewegt. Die Gabelzinken 25 verhindern dabei, dass das Kupplungselement 13 und der Zapfen 27 quer zur Kraftwirkungsrichtung K aneinander vorbei rutschen.
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Das Dämpfungsglied 31 ist durch ein Schwungrad 35 gebildet. Das Dämpfungsglied 31 ist in 1 in seiner Ausgangsposition 36 gezeigt. Das Schwungrad 35 ist drehbar um eine Schwungradachse 37 gelagert. Das Schwungrad 37 ist bevorzugt auf einer Abdeckung 39 angeordnet, welche einen Innenraum (nicht gezeigt) des elektrischen Schaltelements 3 abdeckt. In der gezeigten Ausführungsform ist das Stellglied 5 ein Kippanker, der um eine Kippachse 41 kippbar ist. Bevorzugt verläuft die Schwungradachse 37 parallel zur Kippachse 41. So kann eine Bewegung des Stellglieds 5 in der Betätigungsrichtung 7 ohne Umlenkeinheiten über das Kupplungselement 13 auf das Dämpfungsglied 31 wirken. Zudem ermöglicht diese Bauart eine kompakte Bauform. Bevorzugt ist auch die Längsachse 43 des Verbindungsteils 11 parallel zur Schwungradachse 37 und zur Kippachse 41 angeordnet. Auch dies trägt zur kompakten Bauform bei.
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Am Dämpfungsglied 31 ist das Rückstellelement 45 angebracht. Das Rückstellelement 45 ist durch eine Drehfeder 47 gebildet. Die Drehfeder 47 verläuft radial außen um das Schwungrad 35. Die Drehfeder 47 ist mit einem Befestigungselement 49 an der Abdeckung 39 angebracht. Das Befestigungselement 49 befindet sich neben dem Schwungrad 35. Vom Befestigungselement 49 ausgehend erstreckt sich die Drehfeder 47 spiralförmig um das Dämpfungsglied 31 und ist mit diesem verbunden. Weitere Details zum Dämpfungsglied sind mit Bezug auf die 8 und 9 beschrieben.
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2 zeigt eine schematische Darstellung der Kupplung zwischen Stellglied 5 und Dämpfungsglied 31, welche im Wesentlichen der Kupplung zwischen diesen Gliedern bei der mit Bezug auf die 1 beschriebenen Ausführungsform entspricht. Das Stellglied 5 ist mit dem ersten Ende 16 des Kupplungselements 13 unverlierbar verbunden. An seinem zweiten Ende 19 besitzt das Kupplungselement 13 das Schubelement 21. Ein Gegenschubelement 29 ist fest dem Dämpfungsglied 31 verbunden.
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Im Folgenden ist die Funktion der Anordnung kurz erläutert. Befindet sich das Stellglied 5 in der ersten Position (nicht gezeigt), so liegen das Schubelement 21 und das Gegenschubelement 29 bevorzugt aneinander an. Die Elemente 21 und 29 können jedoch auch zumindest ein Stück weit voneinander beabstandet sein. Bei einer Bewegung des Stellglieds 5 entlang der Betätigungsrichtung bewegt sich auch das Kupplungselement 13 entlang der Kraftwirkungsrichtung K. Die beiden Richtungen sind bevorzugt parallel zueinander. Durch die Bewegung des Kupplungselements 13 entlang der Kraftwirkungsrichtung K wird das Schubelement 21 auf das Gegenschubelement 29 gedrückt. Die Kraft, mit der das Stellglied 5 bewegt wird, wird also zumindest teilweise in das Dämpfungsglied 31 eingeleitet. Wird nun das Stellglied 5 gegen die Betätigungsrichtung 7 in die erste Position zurückbewegt, so kann sich das Stellglied 5 ungehindert vom Dämpfungsglied 31 bewegen, da das Schubelement 21 vom Gegenschubelement 29 entgegen die Kraftwirkungsrichtung K zurückgezogen wird. Diese Situation entspricht der in 2 gezeigten Darstellung. Das Dämpfungsglied 31 kann über ein Rückstellelement 45 (nicht gezeigt) ebenfalls gegen die Kraftwirkungsrichtung K zurück bewegt werden, so dass das Schubelement 21 und das Gegenschubelement 29 wieder aneinander stoßen oder nahe beieinander liegend angeordnet sind, so dass eine Kraftübertragung vom Stellglied 5 auf das Dämpfungsglied 31 wieder erfolgen kann, sobald das Stellglied 5 in Kraftwirkungsrichtung K bewegt wird.
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3 zeigt eine zweite mögliche Ausgestaltung der Kopplung zwischen Stellglied 5 und Dämpfungsglied 31. An dieser Stelle wird nur auf die Unterschiede zur mit Bezug auf die 2 beschriebene Ausführungsform eingegangen. Das Kupplungsglied 13 ist mit seinem ersten Ende 16 fest mit dem Dämpfungsglied 31 verbunden. An seinem zweiten Ende 19 weist es das Schubelement 21 auf. Das Gegenschubelement 29 ist unverlierbar mit dem Stellglied 5 verbunden. Bei einer Bewegung des Stellglieds 5 in Betätigungsrichtung 7 stößt das Gegenschubelement 29 auf das Schubelement 21, so dass eine Kraft in das Dämpfungsglied 31 eingeleitet werden kann. Bei einer Bewegung des Stellglieds 5 entgegen der Betätigungsrichtung 7 kann sich das Stellglied 5 unabhängig bzw. ungehindert vom Dämpfungsglied 31 bewegen, da Schubelement 21 und Gegenschubelement 29 nicht mehr aneinander stoßen.
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4 zeigt eine erste Ausführungsform eines Paares von Schubelement 21 und Gegenschubelement 29. Das Schubelement 21 ist als zweizinkige Gabel 23 ausgestaltet in die das Gegenschubelement 29, welches als Zapfen 27 ausgestaltet ist, aufnehmbar ist. Bei einer Kraftübertragung vom Schubelement 21 auf das Gegenschubelement 29 liegt der Zapfen 27 am Grund 33 der Gabel 23 an. Die Gabelzinken 25 verhindern ein Abrutschen der beiden Elemente voneinander. Wie bereits mit Bezug auf die 2 und 3 beschrieben kann das Gegenschubelement 29 entweder am Dämpfungsglied 31 und das Schubelement 21 über das Kupplungselement 13 am Stellglied 5 angebracht sein oder umgekehrt das Gegenschubelement 29 am Stellglied 5 und das Schubelement 21 über das Kupplungselement 13 am Dämpfungsglied 31.
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Durch die Ausgestaltung des Schubelements 21 als zweizinkige Gabel 23 ist es möglich, dass das Schubelement 21 und das Gegenschubelement 29 voneinander weg bewegt werden, ohne dass sie sich gegenseitig beeinflussen. D.h. das Stellglied 5 kann von seiner zweiten Position B in die erste Position A zurückkehren, ohne dass eine Kraftübertragung auf das Dämpfungsglied 31 wirkt.
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5 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Paares von Schubelement 21 und Gegenschubelement 29, die ebenfalls eine unabhängige Bewegung voneinander ermöglicht, sofern sich das Schubelement 21 und das Gegenschubelement 29 voneinander weg bewegen. Im Gegensatz zu der mit Bezug auf die 4 beschriebenen Ausführungsform ist hier das Schubelement 21 als Zapfen 27 und das Gegenschubelement 29 als zweizinkige Gabel 23 gebildet. Alternativ dazu kann das Schubelement 21 auch als Kugelkopf gebildet sein. Die Funktionsweise dieser Ausführungsform entspricht der mit Bezug auf die 4 beschriebene Ausführungsform.
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Die 6 und 7 zeigen zwei Ausführungsformen eines Paares von Schubelement 21 und Gegenschubelement 29, durch die eine Bewegung des Stellglieds 5 von der zweiten Position B in die erste Position A nur abschnittsweise ungehindert erfolgen kann.
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6 zeigt eine Ausführungsform, bei der das Kupplungselement 13 an seinem zweiten Ende 19 ein Schubelement 21 mit einem Schlitz 51 aufweist. Der Schlitz 51 erstreckt sich im Wesentlichen entlang der Längsrichtung L des Kupplungselements 13. Das Gegenschubelement 29 ist als Zapfen 27 ausgebildet und in dem Schlitz 51 aufnehmbar. Die Länge 53 des Schlitzes ist dabei größer als der Durchmesser 55 des Zapfens 27. Die Schlitzbreite 57 ist bevorzugt so ausgestaltet, dass sie eine Bewegung des Zapfens 27 entlang der Längsrichtung L erlaubt. Die Schlitzbreite 57 ist daher gleich groß oder größer als der Zapfendurchmesser 55.
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Werden das Kupplungselement 13 und das Gegenschubelement 29 aufeinander zu bewegt, so entspricht die Funktionsweise der mit Bezug auf die 4 beschriebenen Ausführungsform. Das als Zapfen 27 ausgebildete Gegenschubelement 29 stößt an den Grund 33 des Schubelements 21 an, so dass eine Kraftübertragung zwischen diesen Elementen möglich ist. In der entgegengesetzten Richtung ist eine Bewegung des Kupplungselements 13 und des Gegenschubelements 29 nur solange ungehindert möglich, bis der Zapfen 27 am zweiten Grund 59 des Schubelements 21 anstößt. Der zweite Grund 59 ist dem Grund 33 gegenüber liegend angeordnet und bildet ein Ende des Schlitzes 51. Hat das Stellglied 5 seine zweite Position erreicht und ist der Zapfen 27 am Grund 33 angeordnet, so entspricht die Länge des Beschleunigungsabschnitts 60, in der sich das Stellglied 5 von der zweiten in die erste Position zurück bewegen kann, ohne von dem Dämpfungsglied 31 gehindert zu werden, der Schlitzlänge 53 abzüglich des Zapfendurchmessers 55.
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7 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Paares von Schubelement 21 und Gegenschubelement 29 mit einem Schlitz 51. An dieser Stelle ist nur auf die Unterschiede zu der mit Bezug auf die 6 beschriebene Ausführungsform eingegangen. Bei dieser Ausführungsform ist das Schubelement 21, das am zweiten Ende 19 des Kupplungselements 13 angeordnet ist, als Zapfen 27 ausgebildet. Das Gegenschubelement 29 weist den Schlitz 51 auf. Das Gegenschubelement 29 kann beispielsweise als ovaler Ring ausgebildet sein. Ist das Gegenschubelement 29 beispielsweise auf einem Schwungrad (nicht gezeigt) angeordnet, so kann der Schlitz auch direkt in dem Schwungrad gebildet sein. Das Gegenschubelement 29 ist dann das Schwungrad selbst. Das Kupplungselement 13 ragt quer zur Längsrichtung L über das Gegenschubelement 29. Der Zapfen 27 ragt vom Kupplungselement 13 ausgehend in den Schlitz 51 hinein, so dass dieser wie bei dem mit Bezug auf die 6 beschriebenen Beispiel am Grund 33 oder am zweiten Grund 59 im Schlitz 51 zur Kraftübertragung anliegen kann. Alternativ dazu kann das Kupplungselement 13 auch durch das Gegenschubelement 29 ragen, sofern der Zapfendurchmesser 55 größer ist als eine Öffnung im Schubelement 21, durch die das Kupplungselement 13 ragt. Auch dann kann eine Bewegung zwischen Kupplungselement 13 und Gegenschubelement 29 möglich sein und der Zapfen 27 kann trotzdem kraftübertragend am Grund 33 oder am zweiten Grund 59 anliegen.
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Die mit Bezug auf die 6 und 7 beschriebenen Ausführungsformen können dazu genutzt werden, dass das Stellglied 5 bei einer Bewegung von der zweiten Position in die erste Position zunächst beschleunigt werden kann, dann aber kurz vor Erreichen der zweiten Position vom Dämpfungsglied 31 abgebremst werden können, um eine Geräuschemission bei Erreichen der zweiten Position zu verringern.
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8 zeigte eine Aufsicht auf ein als Schwungrad 35 gebildetes Dämpfungsglied 31, wobei die Blickrichtung parallel zur Schwungradachse 37 verläuft. Die in 8 gezeigte Anordnung entspricht im Wesentlichen der mit Bezug auf die 1 gezeigten Anordnung. Das Dämpfungsglied 31 befindet sich in seiner Ausgangsposition 36. Ein Gegenschubelement 29, welches durch einen Zapfen 27 gebildet ist, springt von einer Flanke 61 des Schwungrades 35 vor. Der Abstand 63 eines Zapfenmittelpunkts 65 ist dabei kleiner als der Schwungradradius R, bevorzugt kleiner als die Hälfte des Schwungradradius R. Durch diese Anordnung kann auf ein Getriebe zwischen Kupplungselement 13 und Schwungrad 35 verzichtet werden.
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Das Schubelement 21 ist als zweizinkige Gabel 23 ausgebildet, in der der Zapfen 27 aufnehmbar ist. Das Kupplungselement 13 bildet eine Pleuelstange 67, die eine Verbindung zwischen dem Stellglied 5 und dem Dämpfungsglied 31 herstellen kann. An seinem ersten Ende 16 ist das Kupplungselement unverlierbar mit dem Verbindungsteil 11 verbunden. Das Verbindungsteil 11 ist entweder fest mit dem Stellglied 5 verbunden oder als ein Teil dessen geformt. Das Kupplungselement 13 kann wenigstens teilweise schwenkbar um die Längsachse 43 des Verbindungsteils 11 gelagert sein. Dadurch können Bewegungen des Zapfens 27 ausgeglichen werden, wenn der Zapfen 27 mit der Gabel 23 gekoppelt ist und sich das Schwungrad 35 dreht.
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Im Folgenden ist noch einmal kurz die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Anordnung 1 anhand der 8 beschrieben. Das Stellglied 5, welches sich in der ersten Position A befindet, kann in seine zweite Position B bewegt werden. Die zweite Position B ist für das Stellglied 5 durch die gestrichelten Linien und stark übertrieben dargestellt. Bei einer Bewegung von der ersten Position A in die zweite Position B bewegt sich das Stellglied 5 entlang der Betätigungsrichtung 7. Die Bewegung des Stellglieds 5 kann beispielsweise durch eine Magnetkraft erzeugt werden. Die Bewegung des Stellglieds 5 wird über das Verbindungsteil 11 an das als Pleuelstange 67 ausgebildete Kupplungselement 13 übertragen, so dass sich dieses in der Kraftwirkungsrichtung K bewegt. Wenn sich das Stellglied 5 in der ersten Position A befindet, kann der Zapfen 27 des Schwungrads 35 bereits in der Gabel 23 des Schubelements 21 aufgenommen sein. Spätestens aber durch die Bewegung des Stellglieds 5 entlang der Betätigungsrichtung 7 und die damit einhergehende Bewegung des Kupplungselements 13 in der Kraftwirkungsrichtung K wird der Zapfen 27 in der Gabel 23 aufgenommen und liegt an deren Grund 33 an. Dadurch ist das Stellglied 5 kraftübertragend mit dem Dämpfungsglied 31 zumindest in der Kraftwirkungsrichtung K gekoppelt. Der Zapfen 27 wird nun entlang der Kraftwirkungsrichtung K bewegt, was zu einer Rotation des Schwungrads 35 um die Schwungradachse 37 führt. In dem in 8 gezeigten Beispiel rotiert das Schwungrad 35 dabei gegen den Uhrzeigersinn. Durch die Trägheit des Schwungrads 35 wird die Bewegung des Stellglieds 5 verzögert bzw. verlangsamt. Dadurch kann eine Geräuschemission bei dem Erreichen der zweiten Position B des Stellglieds 5 verringert sein, da sich das Stellglied 5 langsamer bewegt als bei einer Ausgestaltung ohne Dämpfungsglied 31. Die zweite Position B kann beispielsweise dann erreicht sein, wenn ein als Anker ausgebildetes Stellglied 5 auf den Metallkern einer Magnetspule trifft oder auf ein Halte- bzw. Stoppelement eines elektrischen Schaltelements, welches den Weg für das Stellglied 5 begrenzt. Ebenso kann die Position dann erreicht sein, wenn Kontakte des elektrischen Schaltelements aufeinander treffen.
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Ist die zweite Position B des Stellglieds 5 erreicht, wird keine Kraft mehr vom Stellglied 5 auf das Dämpfungsglied 31 übertragen. Die Bewegung des Zapfens 27 in der Kraftwirkungsrichtung K kommt dann entweder zum Erliegen oder wird durch den Schwung des Schwungrades 35 zumindest noch ein Stück weiter fortgesetzt. Das als Drehfeder 47 ausgestaltete Rückstellelement 45 übt nun eine Rückstellkraft auf das Dämpfungsglied 31 aus, wodurch das Schwungrad 35 im Uhrzeigersinn in seine Ausgangsposition zurück strebt. Die durch das Rückstellelement 45 erzeugte Federkraft ist dabei so dimensioniert, dass auch ein Druck des Zapfens 27 auf die Gabel 23 gegen die Kraftwirkungsrichtung K das Stellglied 5 nicht aus seiner zweiten Position B heraus bewegen kann. Der Zapfen 27 kann beispielsweise mit leichtem Druck gegen die Gabel 23 am Grund 33 dieser anliegen.
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Wird nun das Stellglied 5 aus der zweiten Position B zurück in die erste Position A bewegt, beispielsweise durch Wirken einer Stellgliedfeder 9, so bewegt sich das Kupplungselement 13 gegen die Kraftwirkungsrichtung K. Da aufgrund der offenen Ausgestaltung der Gabel 23 das Dämpfungsglied 31 keine in die Kraftwirkungsrichtung K wirkende Gegenkraft auf das Kupplungselement 13 ausüben kann, kann sich das Kupplungselement 13 und damit das Stellglied 5 vom Dämpfungsglied 31 ungehindert in die erste Position A bewegen. Ist die Drehfeder 47 ausreichend stark dimensioniert, kann diese die Bewegung des Stellglieds 5 von der zweiten Position B in die erste Position A sogar unterstützen, wobei der Zapfen 27 einen Druck auf die Gabel 23 entgegen der Kraftwirkungsrichtung K ausübt, wenn das Schwungrad 35 in seine Ausgangsposition 36 zurückkehrt.
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9 zeigt schematisch die erfindungsgemäße Anordnung 1 in einer Frontalansicht mit Blick auf das Stellglied 5 und senkrecht zur Schwungradachse 37. Die mit Bezug auf die 9 beschriebene Anordnung entspricht im Wesentlichen der mit Bezug auf die 1 beschriebenen Anordnung. Das Stellglied 5 ist als ein um die Kippachse 41 kippbarer Anker ausgestaltet. Lediglich beispielhaft ist mit gestrichelter Linie eine magnetische Antriebseinheit 69, die den Anker zumindest in Betätigungsrichtung 7 antreiben kann, gezeigt. Vom Stellglied 5 erstreckt sich parallel zur Kippachse 41 das Verbindungsteil 11. Die Längsachse 43 des Verbindungsteils 11 ist parallel zur Kippachse 41 angeordnet. Das vom Stellglied 5 weg weisende Ende 15 des Stellglieds 5 ragt durch die Öffnung 17 am ersten Ende 16 des Kupplungselements 13. Das Ende 15 des Verbindungsteils 11 erstreckt sich dabei über die Flanke 61 des Schwungrads 35 hinaus, damit das Kupplungselement 13 einen auf der Flanke 61 angeordneten Zapfen 27 erreichen kann. Die Schwungradachse 37 ist bevorzugt parallel zur Kippachse 41 und zur Längsachse 43 des Verbindungsteils 15 angeordnet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Anordnung
- 3
- elektrisches Schaltelement
- 5
- Stellglied
- 7
- Betätigungsrichtung
- 9
- Stellgliedfeder
- 11
- Verbindungsteil
- 13
- Kupplungselement
- 15
- vom Anker weg weisendes Ende
- 16
- erstes Ende
- 17
- Öffnung
- 19
- zweites Ende
- 21
- Schubelement
- 23
- Gabel
- 25
- Gabelzinken
- 27
- Zapfen
- 29
- Gegenschubelement
- 31
- Dämpfungsglied
- 33
- Grund
- 35
- Schwungrad
- 36
- Ausgangsposition des Dämpfungsgliedes
- 37
- Schwungradachse
- 39
- Abdeckung
- 41
- Kippachse
- 43
- Längsachse des Verbindungsteils
- 45
- Rückstellelement
- 47
- Drehfeder
- 49
- Befestigungselement
- 51
- Schlitz
- 53
- Schlitzlänge
- 55
- Zapfendurchmesser
- 57
- Schlitzbreite
- 59
- zweiter Grund
- 60
- Beschleunigungsabschnitt
- 61
- Flanke
- 63
- Abstand
- 65
- Zapfenmitte
- 67
- Pleuelstange
- 68
- Antriebsende
- 69
- Antriebseinheit
- 70
- Abtriebsende
- A
- erste Position
- A'
- Ausgangsposition
- B
- zweite Position
- B'
- Schaltposition
- K
- Kraftwirkungsrichtung
- L
- Längsrichtung
- R
- Schwungradradius
