EP2636860A1 - Vorrichtung zur Nockenwellenverstellung einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Vorrichtung zur Nockenwellenverstellung einer Brennkraftmaschine Download PDF

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EP2636860A1
EP2636860A1 EP13171054.3A EP13171054A EP2636860A1 EP 2636860 A1 EP2636860 A1 EP 2636860A1 EP 13171054 A EP13171054 A EP 13171054A EP 2636860 A1 EP2636860 A1 EP 2636860A1
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EP
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unit
camshaft
control groove
plunger
tappet
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Thomas Schiepp
Thomas Golz
Werner Janisch
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ETO Magnetic GmbH
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    • F01L1/02—Valve drive
    • F01L1/04—Valve drive by means of cams, camshafts, cam discs, eccentrics or the like
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    • F01L1/053—Camshafts overhead type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L13/00—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations
    • F01L13/0015—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque
    • F01L13/0036—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque the valves being driven by two or more cams with different shape, size or timing or a single cam profiled in axial and radial direction
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Definitions

  • the present invention relates to a device for adjusting the camshaft of an internal combustion engine according to the preamble of the main claim. Furthermore, the present invention relates to a method for camshaft adjustment, in particular method for operating such a generic device.
  • a device is from the DE 196 11 641 C1 known.
  • This document describes the background and context of the invention, including the constructive realization of the camshaft, their storage and their interaction with the internal combustion engine, which is not discussed in detail in the present application.
  • this known device describes how an actuating element (plunger or actuating pin) by cooperation with a cam associated Hubprofil can cause an axial, predetermined adjustment of the camshaft, such as with the purpose to provide a cam different cam tracks switchable.
  • the known device typically requires several plungers (confirmation pins), such as the FIG. 2 of the DE 196 11 641 C1 , it can be seen, so that, depending on the axial displacement position of the Hubprofilan extract, each engage a suitably opposing pin and can cause the respective intended axial displacement.
  • This is structurally complex and requires a corresponding amount of installation space at the site.
  • Object of the present invention is to simplify a controlled by plunger, superordinate device constructive, in particular the provision of multiple, axially spaced ram (actuating pins) to make unnecessary and to increase reliability and ease of maintenance.
  • the two different penetration depths according to the invention make it possible to provide the tappet unit at a (single) axial mounting location, which, depending on the set activation (penetration depth and / or width of the engagement portion of the tappet), Accordingly, the control grooves (grooves) can selectively select and depart, which then the intended respective axial displacement of the camshaft is effected upon rotation of the Hubprofilelements.
  • the first and second control grooves are designed so that the camshaft can be adjusted by means of the first axial movement and the second axial movement from a starting position to a first axially displaced position and back to the starting position by the action of the plunger unit controlling the control unit, and the Hubprofilelement a third control groove adjacent and / or partially overlapping with the first and the second control groove and the third control groove describes a third axial movement of the camshaft, wherein the third control groove is formed and / or arranged such that by the action of the plunger unit controlling the control camshaft from the starting position or the first axially displaced position in a second axially displaced position, which is different from the starting position and the first axially displaced position, can be moved.
  • the plunger is designed in several parts by means of plunger elements (inner / outer plunger) guided into one another, advantageously in the form of an associated electromagnetic actuating device, which assigns each plunger to an armature unit which is preferably driven or moved separately from one another.
  • Figures 1 to 4 illustrate how the control grooves (in the manner of webs) in the Hubprofilelement shown (cam piece) run; as in this context, in particular the FIGS. 9 to 11 can recognize, the plunger unit has a (a narrow engaging portion 11 forming) inner plunger 10 and a surrounding sleeve-shaped outer plunger 12, wherein, in the manner to be described below, both plungers are actuated independently by electromagnetic control independently.
  • the inner tappet makes it possible to realize a greater penetration depth (in conjunction with a narrower groove profile, Figure 3 . 4 ), the wider outer tappet (hollow tappet) can not fully penetrate into the depth of such a narrow bottom region forming groove.
  • the present invention makes it possible by means of an example in the Fig. 9 to 11 shown two-piece ram unit to realize a total of relative movement (axial displacement) of the Hubprofilelementes between three positions (with the effect that a single - multi-part - ram unit must be mounted and accordingly no additional axial installation space with corresponding additional effort is needed).
  • the settlements of the Fig. 5 to 8 The respective Nutenbahnverincome (control grooves) are symbolized by thick black bars or bar sections (ie wide groove) and dashed / dotted Nutenbahnverstructure (narrow groove), deepened in overlapping even within a wide groove narrow groove. Furthermore, the two-part pestle is symbolized by a black dot ( Fig. 1 . Fig. 8 , Activation by the inner tappet), and a circle or ring as a symbol ( Fig. 6 . Fig. 7 ), corresponding to the sleeve-shaped hollow or outer plunger.
  • the Fig. 5 illustrates first how, as shown by engagement of the extended inner tappet 10 in the deep groove shown (arrow 20 of the Fig. 5 ) a right shift of the scenery is effected, up to the position of Fig. 6 (The plunger position remains unchanged in all examples).
  • the outer tappet would describe the broad groove track described with arrows 22, so that then the backdrop shown is moved from the right position back to the basic position (center position).
  • Fig. 7 shows how a left shift is effected from the middle position, by means of the outer sleeve;
  • Fig. 8 illustrates the reset from the left position to the basic position (center position) by means of inner tappets.
  • the groove or track courses of Fig. 5 to 8 Insofar serve to further clarify the structural design of the Hubprofilelements according to embodiment of the Fig. 1 to 4 ,
  • Fig. 9 to 11 show in schematic form the constructive realization of the actuator as an electromagnetic actuator with two anchors; an inner tappet 10, which has a permanent magnet 14 for cooperation with a (stationary) core 13, and a second armature 12, which merges into the hollow tappet.
  • the flat armature (thus the hollow tappet 12) is moved downward.
  • the permanent magnet 14 of the inner tappet 10 ensures that in this operation, the inner tappet on the core 13 and thus in the in Fig. 9 shown, retracted position remains.
  • Fig. 10 shows the hollow rams extended in this way; a mark "X" of one of the coils symbolizes the energized state.
  • the permanent magnet has to be wound by a coil I (reference 18) (surrounding the core 13). be repelled (with appropriate energization of the coil I).
  • the hollow tappet (by means of the flat armature) is automatically pulled in the plane of the drawing up, so that the hollow tappet can not be extended, it results in the operating condition of Figure 11 ,

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Abstract

Es betrifft eine Vorrichtung zur Nockenwellenverstellung einer Brennkraftmaschine mit einem axial verschieblich gelagerten Hubprofilelement, wobei eine Steuereinheit eine zum steuerbaren Eingreifen in das Hubprofilelement ausgebildete Stößeleinheit (10, 12) aufweist, wobei das Hubprofilelement eine erste Steuernut ausbildet, welche zum Zusammenwirken mit der Stößeleinheit in einer ersten Eindringtiefe zum Beschreiben einer ersten Axialbewegung des Hubprofilelements ausgebildet ist, das Hubprofilelement eine zweite Steuernut ausbildet, mit einer zweiten, von der ersten Eindringtiefe verschiedenen Eindringtiefe zum Beschreiben einer zweiten, Axialbewegung des Hubprofilelements und das Hubprofilelement eine dritte Steuernut benachbart und/oder teilweise überlappend mit der ersten und der zweiten Steuernut aufweist und die dritte Steuernut eine dritte Axialbewegung der Nockenwelle beschreibt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Nockenwellenverstellung einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Nockenwellverstellung, insbesondere Verfahren zum Betreiben einer derartigen, gattungsgemäßen Vorrichtung.
  • Eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs ist aus der DE 196 11 641 C1 bekannt. Diese Druckschrift beschreibt den Erfindungshintergrund und -kontext, eingeschlossen die konstruktiven Realisierung der Nockenwelle, deren Lagerung sowie deren Zusammenwirken mit der Brennkraftmaschine, worauf in der vorliegenden Anmeldung nicht detailliert eingegangen wird.
  • Konkret beschreibt diese bekannte Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff, wie ein Betätigungselement (Stößel oder Betätigungsstift) durch Zusammenwirken mit einem dem Nocken zugeordneten Hubprofil eine axiale, vorbestimmte Verstellung der Nockenwelle bewirken kann, etwa mit dem Zweck, einem Nocken verschiedene Nockenbahnen umschaltbar anzubieten.
  • Die bekannte Vorrichtung erfordert dabei typischerweise mehrere Stößel (Bestätigungsstifte), wie etwa der Figur 2 der DE 196 11 641 C1 , zu entnehmen ist, damit, je nach axialer Verschiebeposition der Hubprofilanordnung, jeweils ein geeignet gegenüberstehender Stift eingreifen und die jeweils beabsichtigte Axialverschiebung bewirken kann. Dies ist konstruktiv aufwendig und verlangt entsprechend viel Einbauraum am Einsatzort.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine mittels Stößel gesteuerte, oberbegriffliche Vorrichtung konstruktiv zu vereinfachen, insbesondere das Vorsehen mehrerer, axial beabstandeter Stößel (Betätigungsstifte) unnötig zu machen und Betriebssicherheit sowie Wartungsfreundlichkeit zu erhöhen.
  • Die Aufgabe wird durch die Vorrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs sowie des unabhängigen Verfahrensanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
  • Erfindungsgemäß vorteilhaft ermöglichen die erfindungsgemäßen zwei verschiedenen Eindringtiefen (weiterbildungsgemäß in Verbindung mit einem mehrteiligen Stößel), dass an einem (einzigen) axialen Montageort die Stößeleinheit vorgesehen sein kann, die, je nach eingestellter Aktivierung (Eindringtiefe und/oder Breite des Einriffsabschnitts des Stößels), entsprechend die Steuernuten (Nutenbahnen) selektiv auswählen und abfahren kann, womit dann bei Drehung des Hubprofilelements die beabsichtigte jeweilige Axialverstellung der Nockenwelle bewirkt wird.
  • Erfindungsgemäß sind die erste und die zweite Steuernut so ausgebildet, dass durch Wirkung der die Stößeleinheit ansteuernden Steuereinheit die Nockenwelle mittels der ersten Axialbewegung sowie der zweiten Axialbewegung aus einer Ausgangsstellung in eine erste axial verschobene Stellung und zurück in die Ausgangsstellung verstellt werden kann, und das Hubprofilelement eine dritte Steuernut benachbart und/oder teilweise überlappend mit der ersten und der zweiten Steuernut aufweist und die dritte Steuernut eine dritte Axialbewegung der Nockenwelle beschreibt, wobei die dritte Steuernut so ausgebildet und/oder eingerichtet ist, dass durch Wirkung der die Stößeleinheit ansteuernden Steuereinheit die Nockenwelle aus der Ausgangsstellung oder der ersten axial verschobenen Stellung in eine zweite axial verschobene Stellung, welche verschieden von der Ausgangsstellung und der ersten axial verschobenen Stellung ist, bewegt werden kann.
  • In bevorzugten Ausführungsformen ist der Stößel mehrteilig durch ineinander geführte Stößelelemente (Innen-/Außenstößel) ausgebildet, vorteilhaft weiterbildungsgemäß in Verbindung mit einer zugeordneten elektromagnetischen Stellvorrichtung, welche jedem Stößel eine -- weiter bevorzugt separat voneinander antreib- bzw. bewegbare -- Ankereinheit zuordnet.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird Schutz beansprucht für jegliches der in den Anmeldungsunterlagen beanspruchten Merkmale, wobei ergänzend der Offenbarungsgehalt der DE 196 11 641 im Hinblick auf die konstruktive Realisierung der verschiebbar gelagerten Nockenwelle sowie des Brennkraftmaschinenkontexts als zur Erfindung gehörig in die vorliegende Anmeldung einbezogen gelten soll.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden kurzen Beschreibung der Ausführungsbeispiele sowie aus den Zeichnungen; diese zeigen in
    • Fig. 1 bis Fig. 4:
    verschiedene perspektivische bzw. seitliche Ansichten eines Hubprofilelementes, gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung wie es zum Bewirken der Nockenwellenverstellung an bzw. auf einer Nockenwelle drehfest vorgesehen sein kann;
    Fig. 5 bis Fig. 7:
    vier mögliche Stellvorgänge, wie sie im ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung möglich sind, in der Form einer abgewickelt gezeigten Nutenführung im Hubprofilelement der Fig. 1 bis 4;
    Fig. 9 bis Fig. 11:
    Längsschnitte durch eine elektromagnetische Stellvorrichtung, welche endseitig einen mehrgeteilten Stößel zur Realisierung der Stößeleinheit ausbildet.
  • Die Abbildungen 1 bis 4 verdeutlichen, wie die Steuernuten (in der Art von Bahnen) im gezeigten Hubprofilelement (Nockenstück) verlaufen; wie in diesem Zusammenhang insbesondere die Figuren 9 bis 11 erkennen lassen, weist die Stößeleinheit einen (einen schmalen Eingriffsbereich 11 ausbildenden) Innenstößel 10 sowie einen diesen umgebenden, hülsenförmigen Außenstößel 12 auf, wobei, in nachfolgend zu beschreibender Weise, beide Stößel separat durch elektromagnetische Ansteuerung unabhängig voneinander betätigbar sind. Der Innenstößel ermöglicht dabei das Realisieren einer größeren Eindringtiefe (in Verbindung mit einem schmaleren Nutenprofil, Abbildung 3, 4), der breitere Außenstößel (Hohlstößel) kann nicht vollständig in die Tiefe einer einen derartigen schmalen Bodenbereich ausbildenden Nut eindringen.
  • Erfindungsgemäß vorteilhaft ermöglicht es die vorliegende Erfindung, mittels einer exemplarisch in den Fig. 9 bis 11 gezeigten zweigeteilten Stößeleinheit, insgesamt eine Relativbewegung (Axialverschiebung) des Hubprofilelementes zwischen drei Positionen zu realisieren (mit der Wirkung, dass ein einziges -- mehrteiliges -- Stößelaggregat montiert werden muss und entsprechend kein zusätzlicher axialer Einbauraum mit entsprechenden Zusatzaufwand nötig ist).
  • Die Abwicklungen der Fig. 5 bis 8 der jeweiligen Nutenbahnverläufe (Steuernuten) sind dabei symbolisiert durch dicke schwarze Striche bzw. Strichabschnitte (d.h. breite Nut) sowie gestrichelte/gepunktete Nutenbahnverläufe (schmale Nut), bei Überlappen auch innerhalb einer breiten Nut vertieft verlaufende schmale Nut. Weiterhin wird der zweigeteilte Stößel symbolisiert durch einen schwarzen Punkt (Fig. 1, Fig. 8, nämlich Aktivierung durch den Innenstößel), sowie einen Kreis bzw. Ring als Symbol (Fig. 6, Fig. 7), entsprechend dem hülsenförmigen Hohl- bzw. Außenstößel.
  • Die Fig. 5 verdeutlicht zunächst, wie durch Eingriff des ausgefahrenen Innenstößels 10 in die gezeigte tiefe Nut (Pfeilverlauf 20 der Fig. 5) eine Rechtsverschiebung der Kulisse bewirkt wird, bis zur Position der Fig. 6 (die Stößelposition verbleibt bei allen Beispielen unverändert). In der Position der Fig. 6 würde, mit dem Zweck eines Zurückführens in eine Grundstellung (Mittelstellung), der Außenstößel die mit Pfeilen 22 beschriebene breite Nutenbahn beschreiben, so dass dann die gezeigte Kulisse von der rechten Position zurück in die Grundstellung (Mittelstellung) verschoben wird.
  • Fig. 7 zeigt dann, wie aus der Mittelstellung eine Linksverschiebung bewirkt wird, mittels der Außenhülse; Fig. 8 verdeutlicht das Zurücksetzen aus der linken Position in die Grundstellung (Mittelstellung) mittels Innenstößel. Die Nut- bzw. Bahnverläufe der Fig. 5 bis 8 dienen insoweit zur weiteren Verdeutlichung des konstruktiven Aufbaus des Hubprofilelements gemäß Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bis 4.
  • Die Fig. 9 bis 11 zeigen in schematischer Form die konstruktive Realisierung der Betätigungsvorrichtung als elektromagnetische Stellvorrichtung mit zwei Ankern; einem Innenstößel -(-anker) 10, welcher zum Zusammenwirken mit einem (stationären) Kern 13 einen Permanentmagneten 14 aufweist, und einem zweiten Anker 12, welcher in den Hohlstößel übergeht.
  • Durch Bestromen einer Spule II (Bezugszeichen 16) wird der Flachanker (damit der Hohlstößel 12) abwärts bewegt. Der Permanentmagnet 14 des Innenstößels 10 sorgt dagegen dafür, dass bei diesem Betriebsvorgang der Innenstößel am Kern 13 und damit in der in Fig. 9 gezeigten, eingeschobenen Stellung verbleibt.
  • Fig. 10 zeigt den auf diese Weise ausgefahrenen Hohlstößel; eine Markierung "X" einer der Spulen symbolisiert den bestromten Zustand.
  • Zum Ausfahren des Innenstößels muss der Permanentmagnet von einer (den Kern 13 umgebenden) Spule I (Bezugszeichen 18) abgestoßen werden (bei entsprechender Bestromung der Spule I). Hierbei wird automatisch der Hohlstößel (mittels des Flachankers) in der Zeichnungsebene nach oben gezogen, so dass der Hohlstößel nicht ausgefahren werden kann, es ergibt sich der Betriebszustand der Abbildung 11.

Claims (11)

  1. Vorrichtung zur Nockenwellenverstellung einer Brennkraftmaschine mit
    einem auf oder an einer axial verschieblich gelagerten Nockenwelle drehfest vorgesehenen, eine Steuernut anbietenden Hubprofilelement und einer Steuereinheit zum Bewirken einer vorbestimmten Axialverschiebung der Nockenwelle, wobei die Steuereinheit eine bevorzugt radial zur Nockenwelle bewegliche, zum steuerbaren Eingreifen in das Hubprofilelement ausgebildete Stößeleinheit aufweist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Hubprofilelement eine erste Steuernut ausbildet, welche zum Zusammenwirken mit der Stößeleinheit in einer ersten Eindringtiefe zum Beschreiben einer ersten Axialbewegung der Nockenwelle ausgebildet ist,
    das Hubprofilelement eine zweite Steuernut ausbildet, welche zum Zusammenwirken mit der Stößeleinheit in einer zweiten, von der ersten Eindringtiefe verschiedenen Eindringtiefe zum Beschreiben einer zweiten, von der ersten Axialbewegung verschiedenen zweiten Axialbewegung der Nockenwelle ausgebildet ist, die erste und die zweite Steuernut so ausgebildet sind, dass durch Wirkung der die Stößeleinheit ansteuernden Steuereinheit die Nockenwelle mittels der ersten Axialbewegung sowie der zweiten Axialbewegung aus einer Ausgangsstellung in eine erste axial verschobene Stellung und zurück in die Ausgangsstellung verstellt werden kann, und das Hubprofilelement eine dritte Steuernut benachbart und/oder teilweise überlappend mit der ersten und der zweiten Steuernut aufweist und die dritte Steuernut eine dritte Axialbewegung der Nockenwelle beschreibt,
    wobei die dritte Steuernut so ausgebildet und/oder eingerichtet ist, dass durch Wirkung der die Stößeleinheit ansteuernden Steuereinheit die Nockenwelle aus der Ausgangsstellung oder der ersten axial verschobenen Stellung in eine zweite axial verschobene Stellung, welche verschieden von der Ausgangsstellung und der ersten axial verschobenen Stellung ist, bewegt werden kann.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Steuernut einander benachbart in einem gemeinsamen und/oder einstückig ausgebildeten Hubprofilelement vorgesehen sind.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Steuernut im Hubprofilelement zumindest bereichsweise ineinander übergehen.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stößeleinheit so ausgebildet ist, dass die Stößeleinheit zum Eingreifen in die erste und die zweite Steuernut eingriffsseitig zwischen der ersten und der zweiten Eindringtiefe umschaltbar und/oder zum Ausbilden eines in der Breite veränderlichen Eingriffsabschnitts einstellbar oder umschaltbar ist.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stößeleinheit eingriffsseitig eine Anordnung mit einem Innenstößel und einem bevorzugt diesen konzentrisch umgebenden, hülsenartigen Außenstößel aufweist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenstößel und der Außenstößel der ersten bzw. der zweiten Steuernut und/oder der ersten bzw. der zweiten Eindringtiefe zugeordnet sind.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenstößel und der Außenstößel unabhängig voneinander ansteuer- und/oder betreibbar ausgebildet sind.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste, zweite und dritte Steuernut so ausgebildet ist, dass die Nockenwelle durch Wirkung der die Stößeleinheit einsteuernden Steuereinheit beliebig zwischen drei voneinander verschiedenen axialen Verschiebepositionen verstellt werden kann.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Stößeleinheit mittels einer elektromagnetischen Stellvorrichtung angetrieben wird, wobei die Stößeleinheit mit einer als Reaktion auf eine Bestromung einer bevorzugt stationären Spuleneinheit bewegbaren Ankereinheit der elektromagnetischen Stellvorrichtung zusammenwirkt.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankereinheit entsprechend einer mehrteilig und unabhängig voneinander ansteuerbar realisierten Stößeleinheit mehrteilig mit einem ersten und einem zweiten Anker aufgebaut ist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Anker zum Zusammenwirken mit einer bevorzugt stationären Kerneinheit eine Permanentmagneteinheit aufweist, die so eingerichtet ist, dass als Reaktion auf eine Bewegung des anderen Ankers die Permanentmagneteinheit das Bewegen des einen Ankers verhindert.
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