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Die Erfindung betrifft einen Magnetaktor, ein Ventil und eine Sperrvorrichtung. Hierbei ist jeweils ein Druckübersetzer vorgesehen, welcher eine lineare Bewegung eines Ankers in eine lineare Bewegung eines Betätigungselements überträgt, beispielsweise ins Langsame oder ins Schnelle.
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Aufgabe der Erfindung ist es, den Stand der Technik zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Hauptansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen davon sind den abhängigen Ansprüchen entnehmbar. Demnach werden ein Magnetaktor und ein Ventil und eine Sperrvorrichtung vorgeschlagen.
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Der Magnetaktor verfügt über eine elektrische Spule und einen Anker, der durch ein von der Spule erzeugtes Magnetfeld relativ zur Spule in einem Ankerraum linear bewegbar ist, sowie über ein linear bewegliches Betätigungselement. Hierbei ist ein Druckübersetzer vorgesehen, der mittels eines Fluids im Ankerraum die lineare Bewegung des Ankers in eine lineare Bewegung des Betätigungselements überträgt, d. h. er ist hierzu ausgeführt. Dabei ist der Anker radial innerhalb der Spule angeordnet. Auch eine Abdichtung für das Fluid ist radial innerhalb der Spule vorgesehen. Dadurch kann eine Abdichtung außerhalb der Spule entfallen. Somit wird beispielsweise axialer Bauraum gespart.
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Bei dem Fluid für den Druckübersetzer handelt es sich insbesondere um eine Flüssigkeit. Eine Flüssigkeit ist im Vergleich zu einem Gas wenig kompressibel. Bei der Flüssigkeit kann es sich beispielsweise um eine Hydraulikflüssigkeit handeln. Bei dem Druckübersetzer kann es sich daher insbesondere um einen hydraulischen Druckübersetzer handeln.
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Vorzugsweise verfügt der Magnetaktor über die genannte Spule als einzige Spule. Es sind dann also keine weiteren Spulen zur Bewegung des Ankers vorgesehen. Alternativ können jedoch eine oder mehrere weitere Spulen zur Bewegung des Ankers vorgesehen sein.
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Der Druckübersetzer wandelt die Bewegung des Ankers in eine Bewegung des Betätigungselements um. Der Anker und das Betätigungselement übernehmen vorliegend die Funktionen von linear beweglichen Kolben. Zwischen diesen ist das Fluid vorgesehen. Somit besteht keine feste mechanische Koppelung zwischen Anker und Betätigungselement, lediglich die fluidische Koppelung über das Fluid. Eine Übersetzung wird dabei durch unterschiedlich große wirksame Oberflächen von Anker und Betätigungselement hervorgerufen. Vorliegend sind dies insbesondere die wirksamen Oberflächen einer Stirnseite des Ankers und einer gegenüberliegenden Stirnseite des Betätigungselements. Das grundlegende Prinzip des Druckübersetzers ist aus den genannten Dokumenten zum Stand der Technik bekannt. Es bedarf daher keiner näheren Erläuterung.
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Die Abdichtung kann insbesondere innerhalb eines Spalts zwischen dem Anker und einem Spulenkörper, der die Spule trägt, angeordnet sein. Beispielsweise kann ein Radialkolbenring oder ein O-Ring innerhalb des Spalts angeordnet sein. Insbesondere kann die Abdichtung durch den Spalt selbst gebildet sein. Durch die relativ große Länge des Spalts zwischen Anker und Spulenkörper wird dies ermöglicht. Der Spalt ist hierzu möglichst schmal ausgeführt. Es sollte jedoch noch ein gewisses Spiel vorhanden sein, damit sich der Anker leichtgängig innerhalb des Spulenkörpers bewegen lässt. Vorzugsweise liegt also eine Spielpassung zwischen Anker und Spulenkörper vor, die nahe an einer Übergangspassung ist, oder alternativ eine Übergangspassung, die nahe an einer Spielpassung ist. Bei dem Spulenkörper kann es sich um ein Kunststoffelement, beispielsweise ein hülsenförmiges, handeln, auf das die Spule aufgewickelt ist oder innerhalb dessen die Spule eingebettet ist, wie beispielsweise eine Kunststoffumspritzung der Spule. Oder bei dem Spulenkörper handelt es sich um ein Magnetjoch. Das Magnetjoch leitet das von der Spule bei einer elektrischen Bestromung erzeugte Magnetfeld. Die dabei auf den Anker wirkende Magnetkraft wird zur Ankerbewegung genutzt.
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Vorzugsweise weist der Magnetaktor eine Rückstellfeder auf. Diese dient dazu, den Anker selbstständig in eine Ausgangsstellung zurückzubewegen, beispielsweise wenn kein Magnetfeld durch die Spule erzeugt wird und dadurch keine Magnetkraft auf den Anker wirkt. Die Rückstellfeder ist daher so angeordnet, dass sie bei einer durch die Magnetkraft bedingten Hinbewegung des Ankers gespannt wird, beispielsweise gedehnt oder komprimiert, und dass sie diese Spannung für die Rückbewegung einsetzt. Vorzugsweise ist die Rückstellfeder in dem Ankerraum angeordnet. Auch dadurch kann Bauraum gespart werden. Insbesondere ist das Betätigungselement radial innerhalb der Rückstellfeder angeordnet. Somit wird der verfügbare Bauraum optimal ausgenutzt. Bei der Rückstellfeder handelt es sich daher insbesondere um eine Schraubenfeder. Sie kann jedoch auch vorzugsweise als Wellfeder oder Tellerfeder(packet) ausgebildet sein.
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Bevorzugt ist ein Anschlag für den Anker, also zur Begrenzung eines Stellwegs des Ankers in zumindest eine Bewegungsrichtung, radial innerhalb der Spule angeordnet. Auch dadurch kann Bauraum gespart werden. Der Anschlag kann beispielsweise als Stufe ausgebildet sein, an der der Anker, der beispielsweise zylinderförmig ausgeführt ist, anschlägt, wenn er seinen maximalen Stellweg in diese Richtung erreicht hat.
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Für das Betätigungselement ist bevorzugt ein erster Anschlag, also zur Begrenzung eines Stellwegs des Betätigungselements in eine erste Bewegungsrichtung, durch einen Kopf des Betätigungselements gebildet. Dieser kann dazu beispielsweise verbreitert gegenüber einem Körper des Betätigungselements ausgeführt sein. Alternativ oder zusätzlich ist ein zweiter Anschlag für das Betätigungselement, also zur Begrenzung eines Stellwegs des Betätigungselements in eine zweite Bewegungsrichtung, durch eine dem Betätigungselement zugewandte Stirnseite des Ankers gebildet. Die Anschläge für das Betätigungselement werden somit durch ohnehin vorhandene Elemente gebildet. Damit können Bauraum, Bauteile und Kosten gespart werden.
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Das vorgeschlagene Ventil ist insbesondere ein Hydraulik- oder Pneumatikventil. Es verfügt über ein Schließelement, das in eine Öffnungsposition und eine Schließposition bewegbar ist. Eine Durchflussöffnung des Ventils ist in der Schließposition mittels des Schließelements verschlossen. In der Öffnungsposition ist die Durchflussöffnung hingegen geöffnet. Dementsprechend dient das Ventil zum wahlweise Öffnen und Sperren eines Fluiddurchflusses durch das Ventil. Gegebenenfalls sind eine oder mehrere oder beliebig viele Zwischenpositionen einstellbar, in denen die Durchflussöffnung durch das Schließelement lediglich teilweise verschlossen bzw. geöffnet ist. Dadurch kann ein Druckabfall und/oder der Volumenstrom durch das Ventil gezielt eingestellt werden.
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Das vorgeschlagene Ventil ist auch aufweisend einen Magnetaktor zur Bewegung des Schließelements. Dieser verfügt über eine elektrische Spule und einen Anker. Der Anker ist durch ein von der Spule erzeugtes Magnetfeld relativ zur Spule in einem Ankerraum linear bewegbar. Ein ebenfalls linear bewegliches Betätigungselement ist einerseits mit dem Anker gekoppelt und andererseits mit dem Schließelement gekoppelt, um das Schließelement in die Öffnungsposition und/oder die Schließposition zu bewegen. Beispielsweise kann der Magnetaktor ausgeführt sein, das Schließelement in eine von Öffnungsposition und Schließposition zu bewegen, und es kann eine Rückstellfeder vorgesehen sein, um die Rückbewegung des Schließelements in die andere von Öffnungsposition und Schließposition zu bewirken.
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Bei dem Magnetaktor ist außerdem ein bzw. der Druckübersetzer vorgesehen. Dieser überträgt mittels eines Fluids die lineare Bewegung des Ankers in eine übersetzte lineare Bewegung des Betätigungselements. Bevorzugt handelt es sich bei dem Druckübersetzer um den vorgeschlagenen Druckübersetzer. Durch den Druckübersetzer kann, je nach Wahl der Übersetzung eine große Kraft oder ein großer Stellweg auf das Schließelement übertragen werden.
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Die ebenfalls vorgeschlagene Sperrvorrichtung dient zum formschlüssigen Sperren einer Bewegung zwischen zwei Bauteilen. Die Sperrvorrichtung verfügt über ein Sperrelement, das in eine Öffnungsposition und eine Sperrposition bewegbar ist. In der Sperrposition sind die beiden Bauteile miteinander formschlüssig gekoppelt. In der Öffnungsposition ist dieser Formschluss zwischen den Bauteilen hingegen aufgelöst. Dementsprechend dient die Sperrvorrichtung zum wahlweisen Öffnen und Sperren einer Relativbewegung zwischen den beiden Bauteilen. Die Sperrvorrichtung kann hier beispielsweise auf einem der beiden Bauteile angeordnet sein. Das Sperrelement greift in seiner Sperrposition zwischen die Bauteile, wodurch diese formschlüssig durch das Sperrelement verbunden bzw. gekoppelt sind. Mit anderen Worten liegt also jeweils eines der Bauteile formschlüssig an dem Sperrelement an, wodurch beide Bauteile im Endeffekt fest miteinander gekoppelt sind. Das Sperrelement kann ein separates Bauelement sein, beispielsweise ein Sperrzylinder. Es kann jedoch auch ein Bestandteil des ersten oder zweiten Bauteils sein, beispielsweise eine elastische Zunge.
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Die vorgeschlagene Sperrvorrichtung weist analog zum vorgeschlagenen Ventil einen Magnetaktor auf. Dieser dient hier zur Bewegung des Sperrelements und verfügt über eine elektrische Spule und einen Anker. Der Anker ist durch ein von der Spule erzeugtes Magnetfeld relativ zur Spule in einem Ankerraum linear bewegbar. Ein ebenfalls linear bewegliches Betätigungselement ist einerseits mit dem Anker gekoppelt und andererseits mit dem Sperrelement gekoppelt, um das Sperrelement in die Öffnungsposition und/oder die Sperrposition zu bewegen. Beispielsweise kann der Magnetaktor ausgeführt sein, das Sperrelement in eine von Öffnungsposition und Sperrposition zu bewegen, und es kann eine Rückstellfeder vorgesehen sein, um die Rückbewegung des Sperrelements in die andere von Öffnungsposition und Sperrposition zu bewirken.
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Bei dem Magnetaktor des Ventils ist außerdem ein bzw. der Druckübersetzer vorgesehen. Dieser überträgt mittels eines Fluids die lineare Bewegung des Ankers in eine übersetzte lineare Bewegung des Betätigungselements. Bevorzugt handelt es sich bei dem Druckübersetzer um den vorgeschlagenen Druckübersetzer. Durch den Druckübersetzer kann, je nach Wahl der Übersetzung eine große Kraft oder ein großer Stellweg auf das Sperrelement übertragen werden.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert, aus welchen weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung entnehmbar sind. Die Figuren zeigen dabei in schematischer Darstellung:
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1 einen Magnetaktor in einer ersten Stellposition,
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2 den Magnetaktor aus 1 in einer zweiten Stellposition,
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3 ein Ventil mit einem Magnetaktor,
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4 eine Sperrvorrichtung mit einem Magnetaktor.
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In den Figuren sind gleiche oder zumindest funktionsgleiche Bauteile/Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die 1 und 2 stellen denselben Magnetaktor dar, wobei lediglich der zugehörige Anker 3 und das Betätigungselement 4 unterschiedliche Positionen einnehmen.
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Gemäß 1 und 2 verfügt ein Magnetaktor über eine elektrische Spule 1 und einen Anker 3, der durch ein von der Spule 1 erzeugtes Magnetfeld relativ zur Spule 1 in einem Ankerraum 2 linear entlang einer Längsachse L des Aktors bewegbar ist. Der Magnetaktor verfügt auch über ein linear entlang der Längsachse L bewegliches Betätigungselement 4. Die Spule 1 ist vorliegend zylinderförmig ausgeführt. Ebenso ist der Anker 3 zylinderförmig ausgeführt. Das Betätigungselement 4 ist ebenfalls zylinder- bzw. stiftförmig ausgeführt. Spule 1, Anker 3 und Betätigungselement 4 liegen koaxial zueinander.
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Darüber hinaus ist bei dem Magnetaktor ein Druckübersetzer 5 vorgesehen. Dieser übersetzt mittels eines Fluids im Ankerraum 2 die lineare Bewegung des Ankers 2 in eine lineare Bewegung des Betätigungselements 4. Das Fluid ist möglichst inkompressibel und daher insbesondere eine Flüssigkeit, wie beispielsweise eine Hydraulikflüssigkeit. Der Druckübersetzter 5 ist vorliegend in einem Magnetjoch 6, das die Spule 1 trägt, angeordnet. Der Druckübersetzer 5 übersetzt die Bewegung vorliegend beispielhaft von einer kurzhubigen Bewegung des Ankers 3 in eine langhubige Bewegung des Betätigungselements 4. Dies ist in 1 durch entsprechend lange Pfeile angedeutet. Alternativ kann auch eine umgekehrte Übersetzung realisiert werden, d. h. von einer langhubigen Ankerbewegung in eine kurzhubige Betätigungselementbewegung. Die Betätigungskräfte werden dementsprechend ebenfalls übersetzt. Das Prinzip des Druckübersetzers 5 ist aus dem Stand der Technik bekannt und bedarf an sich keiner weiteren Erläuterung.
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Der Anker 2 ist radial innerhalb der Spule 1 angeordnet. Eine Abdichtung für das Fluid am Anker 3 ist radial innerhalb der Spule 1 vorgesehen. Im Detail wird hier die Abdichtung durch den Spalt 7 zwischen dem Anker 3 und Magnetjoch 6 gebildet. Es kann auch ein dazu vorgesehenes Dichtelement in dem Spalt 7 vorgesehen sein, wie beispielsweise ein O-Ring etc. Dadurch kann das Fluid nicht aus dem Magnetaktor bzw. an einem dem Druckübersetzer 5 gegenüberliegenden Ende des Ankers 3 entweichen. Dieses Ende ist beispielsweise belüftet, d. h. es steht mit einem Umgebungsdruck in Verbindung.
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Die Abdichtung für das Fluid am Betätigungselement 4 ist am Betätigungselement 4 selbst vorgesehen. Beispielsweise wird die Abdichtung durch den Spalt zwischen dem Betätigungselement 4 und dem Magnetjoch 6 selbst gebildet oder innerhalb dieses Spalts ist ein Dichtelement vorgesehen, wie beispielsweise ein O-Ring etc.
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Es ist eine Rückstellfeder 7 für den Anker 3 in dem Ankerraum 2 angeordnet. Diese ist beispielhaft als Schraubenfeder ausgeführt. Das Betätigungselement 4 ist hier radial innerhalb der Rückstellfeder 7 angeordnet.
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Ein Anschlag 9 für den Anker 3 zur Begrenzung eines Stellwegs des Ankers 3 in eine erste Bewegungsrichtung ist radial innerhalb der Spule 1 angeordnet. Ein gegenüberliegender zweiter Anschlag für den Anker 3 zur Begrenzung des Stellwegs des Ankers 3 in eine zweite Bewegungsrichtung kann durch einen auf das Magnetjoch 6 aufgesetzten Deckel 10 gebildet sein.
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Ein erster Anschlag für das Betätigungselement 4 ist durch einen (verbreiterten) Kopf 4A des Betätigungselements 4 gebildet. Dieser stößt beim Erreichen des maximal möglichen Stellwegs in die erste Bewegungsrichtung, wie in 1 gezeigt, an dem Magnetjoch 6 an. Ein zweiter Anschlag für das Betätigungselement 4 ist durch die dem Betätigungselement 4 zugewandte Stirnseite 3A des Ankers 3 gebildet. Der Kopf 4A des Betätigungselements 4 stößt beim Erreichen des maximal möglichen Stellwegs in die zweite Bewegungsrichtung, wie in 2 gezeigt, an dieser Stirnseite 3A des Ankers 3 an.
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1 zeigt den Magnetaktor in einer ersten Stellposition. In dieser ist die Rückstellfeder 7 gespannt. Die Spule 1 ist elektrisch bestromt. Dadurch hat sich im Ankerraum 2 ein Magnetfeld ausgebildet, welches eine auf den Anker 3 wirkende Magnetkraft erzeugt. Der Anker 3 hat sich hierdurch gegen die Rückstellkraft der Rückstellfeder 7 in Richtung Betätigungselement 4 bewegt (in 1 und 2 nach links). Dabei wurde das Fluid im Druckübersetzer 5 komprimiert und dessen Druck ist angestiegen. Dieser Druck hat das Betätigungselement 4 aus dem Druckübersetzer 5 hinausgetrieben (in 1 und 2 ebenfalls nach links). Wie oben erläutert, wurde dabei der relativ kurze Hub des Ankers 3 in einen langen Hub des Betätigungselements 4 übersetzt. Entsprechend wurden die Kräfte übersetzt (von relativ groß am Anker 3 zu relativ klein am Betätigungselement 4). Eine umgekehrte Übersetzung ist durch eine entsprechende Veränderung der Durchmesser des Ankers 3 und des Betätigungselements 4 möglich.
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Um von der in 1 gezeigten ersten Stellposition in die in 2 gezeigte zweite Stellposition zu gelangen, wird die elektrische Bestromung der Spule 1 beendet. Das im Ankerraum 2 bestehende Magnetfeld bricht dann zusammen und es wirkt keine Magnetkraft mehr auf den Anker 3. Dadurch wird der Anker 3 durch die Rückstellkraft der Rückstellfeder in die in 2 gezeigte Position zurückbewegt. Durch die Rückbewegung des Ankers 3 bildet sich im Druckübersetzer 5 ein gewisser Unterdruck im Fluid aus. Dieser zieht das Betätigungselement 4 zurück, sodass dieses letztlich die in 2 gezeigte Position einnimmt. Unterstützend kann auch eine extra Rückstellfeder am Betätigungselement 4 vorgesehen sein, die dieses zurückbewegt. Alternativ kann die Rückstellfeder auch ausschließlich am Betätigungselement 4 vorgesehen sein und dieses entsprechend zurückstellen. Auf die in 1 und 2 gezeigte Rückstellfeder am Anker 3 kann dann verzichtet werden.
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Der Magnetaktor gemäß 1 und 2 benötigt durch die gezeigten Maßnahmen wenig Bauraum, d. h. er ist kompakt, und er kann vielfältig eingesetzt werden. Die Bewegung des Betätigungselements 4 kann daher auf eine beliebige Vorrichtung angewandt werden, beispielsweise um diese zu betätigen oder zu bewegen. Die 3 und 4 zeigen bevorzugte Einsatzgebiete eines solchen Magnetaktors.
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Gemäß 3 wird der Magnetaktor aus 1 und 2 zur Betätigung eines Ventils 11 eingesetzt. Bei dem Ventil 11 kann es sich um ein Kraftfahrzeugfluidventil handeln.
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Das Ventil 11 ist beispielhaft als 2/2-Wegeventil ausgeführt. Das Ventil 11 kann auch andersartig ausgeführt sein, beispielsweise als 3/2-Wegeventil. Das Ventil 11 dient zum wahlweise Sperren oder Öffnen eines Fluiddurchflusses. Hierzu verfügt das Ventil 11 über ein in einem Ventilgehäuse angeordnetes und bewegbares Schließelement 11A. Dieses ist vorliegend beispielhaft als Ventilschieber ausgeführt. Das Schließelement 11A kann in eine Öffnungsposition und in eine Schließposition bewegt werden. Eine Durchflussöffnung des Ventils 111 ist in der Schließposition mittels des Schließelements 11A verschlossen. In der Öffnungsposition ist die Durchflussöffnung geöffnet.
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Zur Bewegung des Schließelements 11A ist der Magnetaktor gemäß 1 und 2 vorgesehen. Dazu ist dessen Betätigungselement 4 mit dem Schließelement 11A bevorzugt mechanisch gekoppelt. Der Magnetaktor arbeitet vorzugsweise gegen das Federelement 11B, das als Rückstellfeder des Schließelements 11A dient. Dieses sorgt also für die Rückstellung des Schließelements 11A und gegebenenfalls des Betätigungselements 4. Auf die Rückstellfeder 8 im Magnetaktor kann bei dieser Anwendung daher verzichtet werden.
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Gemäß 3 wird der Magnetaktor aus 1 und 2 zur Betätigung einer Sperrvorrichtung eingesetzt. Diese dient zum formschlüssigen Sperren einer Bewegung zwischen zwei Bauteilen 12, 13. Im ungesperrten Zustand sind diese Bauteile 12, 13 linear zueinander beweglich. In 4 ist dies durch einen Doppelpfeil am Bauteil 12 angedeutet. Die Sperrvorrichtung weist ein Sperrelement 14 auf. Dieses ist in eine Öffnungsposition und eine Sperrposition linear bewegbar. Dies ist in 4 durch einen Doppelpfeil am Sperrelement 14 angedeutet. Das Sperrelement 14 ist mit dem Anker 3 des Magnetaktors über den Druckübersetzer 5 gekoppelt. Dazu ist es mit dem Betätigungselement 4 bevorzugt mechanisch verbunden. Das Betätigungselement 4 ist wiederum, wie oben erläutert, mit dem Anker 3 über den Druckübersetzer 5 fluidisch gekoppelt. Somit wird das Sperrelement 14 bei einer Bewegung des Ankers 3 mitbewegt. Für eine Rückbewegung des Sperrelements 14 kann eine Rückstellfeder 12B daran vorgesehen sein. Auf die Rückstellfeder 8 im Magnetaktor kann bei dieser Anwendung daher auch verzichtet werden.
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In der Sperrposition koppelt das Sperrelement 14 die beiden Bauteile 12, 13 formschlüssig. In der Öffnungsposition ist der Formschluss aufgelöst. Dazu verfügen die Bauteile 12, 13 beispielhaft je über eine Aussparung 12A, 13A. In diese kann das Sperrelement 14 in der Sperrposition eingreifen. Dadurch liegt jedes der Bauteile 12, 13 an dem Sperrelement 14 formschlüssig an und der Formschluss ist hergestellt. Die Relativbewegung zwischen den Bauteilen 12, 13 ist dann also gesperrt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Spule
- 2
- Ankerraum
- 3
- Anker
- 3A
- Stirnseite des Ankers 3
- 4
- Betätigungselement
- 4A
- Kopf des Betätigungselements 4
- 5
- Druckübersetzer
- 6
- Magnetjoch
- 7
- Spalt
- 8
- Rückstellfeder
- 9
- Anschlag
- 10
- Deckel
- 11
- Ventil
- 11A
- Schließelement
- 11B
- Federelement, Rückstellfeder
- 12
- Bauteil
- 12A
- Aussparung
- 12B
- Rückstellfeder
- 13
- Bauteil
- 13A
- Aussparung
- 14
- Sperrelement
- L
- Längsachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19938656 A1 [0002]
- DE 102013202412 A1 [0002]
- DE 102008000425 A1 [0002]
- DE 19703230 A1 [0002]
