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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
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Diese Anmeldung beruht auf der vorläufigen US-Patentanmeldung 61/681,737, die am 10. August 2012 eingereicht wurde, den Titel ”Charge Cord Locking/Unlocking Actuator” trägt und durch Bezugnahme hiermit vollständig mit aufgenommen ist, und beansprucht den Nutzen des Datums der Einreichung desselben.
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verriegelungsmechanismus zum Befestigen eines Steckers in einer Ladesteckdose und insbesondere zum Befestigen eines Steckers in einer Ladesteckdose eines Elektrofahrzeugs.
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HINTERGRUND
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Elektrofahrzeuge werden zumindest teilweise durch ein System mit wiederaufladbaren Batterien mit Leistung versorgt. Die Batterien können beispielsweise durch eine Ladeeinheit aufgeladen werden, die mit einer externen Stromversorgung verbunden ist. Die Ladeeinheit enthält eine Basiseinheit, einen Wandstecker, der ausgestaltet ist, um die Basiseinheit mit einer Stromversorgung zu verbinden, und ein Ladekabel, das ausgestaltet ist, um die Basiseinheit mit dem Elektrofahrzeug zu verbinden. Ein Ende des Ladekabels ist mit der Basiseinheit verbunden und ein weiteres Ende des Ladekabels enthält einen Stecker, der zur Kopplung mit dem Elektrofahrzeug ausgestaltet ist.
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Das Elektrofahrzeug enthält typischerweise eine Steckdose, die zur Aufnahme des Steckers der Ladeeinheit und zur Kopplung damit ausgestaltet ist. Die Schnittstelle zwischen der Steckdose des Fahrzeugs und dem Stecker kann eine beliebige Standardkonfiguration sein, die ermöglicht, dass elektrischer Strom von der Ladeeinheit an das Fahrzeug und die Batterien überfragen wird.
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In öffentlichen Ladebereichen besteht das Risiko einer nicht autorisierten Verwendung der elektrischen Ladeeinheit. Zum Beispiel kann eine nicht autorisierte Person den Stecker aus der Steckdose eines Fahrzeugs entfernen, das gerade aufgeladen wird, um ihr eigenes Fahrzeug aufzuladen. Als Folge kann es sein, dass das ursprüngliche Fahrzeug keine vollständige Ladung empfängt. Zudem kann durch das Entfernen des Steckers aus der Steckdose während einer Aufladeoperation aufgrund des Stroms, der gerade durch die Schnittstelle hindurchfließt, eine Beschädigung am Fahrzeug oder am Stecker auftreten.
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Um diese Probleme anzusprechen, kann ein Elektrofahrzeug einen Verriegelungsmechanismus enthalten, der ausgestaltet ist, um den Stecker gegen ein Entfernen aus der Steckdose zu sichern. Diese Verriegelungsmechanismen enthalten einen Verriegelungsstift, der von einem Aktor linear bewegt werden kann, um ihn in die entsprechende Öffnung des Steckers auszufahren. Ein derartiger Verriegelungsstift unterliegt jedoch hohen Reibungsschwankungen, die zu einer Blockade des Verriegelungsstifts während der Betätigung führen können. Außerdem können zusätzliche Komponenten wie etwa eine Rückstellfeder notwendig sein, um eine Bewegung des Verriegelungsstifts in zwei Richtungen zu ermöglichen.
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Entsprechend ist es wünschenswert, einen Verriegelungsmechanismus zum Festhalten eines Ladesteckers in einer Ladesteckdose eines Elektrofahrzeugs bereitzustellen, der hohen Reibungsschwankungen nicht unterliegt, die zu einer Blockade des Verriegelungsstifts während der Betätigung führen können und der keine zusätzlichen Komponenten (wie etwa eine Rückstellfeder) benötigt, um eine Bewegung des Verriegelungsstifts in zwei Richtungen zu ermöglichen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Bei einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Verriegelungsmechanismus zum Befestigen eines Steckers eines Ladekabels in einer Ladesteckdose eines Fahrzeugs bereitgestellt. Der Verriegelungsmechanismus enthält einen Aktor und einen mit dem Aktor verbundenen linear betätigten Nocken, der von dem Aktor entlang eines im Wesentlichen linearen Verfahrwegs verfahren wird und eine darin ausgebildete Nockennut definiert, die unter einem Winkel relativ zu dem linearen Verfahrweg positioniert ist. Ein Verriegelungsarm ist um einen Drehpunkt verschwenkbar an einer Komponente montiert, die benachbart zu dem Verriegelungsarm angeordnet ist, und er enthält einen Folgerstift, der in die Nockennut eingreift. Der Verriegelungsarm ist zum Verschwenken um den Drehpunkt ausgestaltet, um sich in Ansprechen auf eine Bewegung des linear betätigten Nockens entlang des linearen Verfahrwegs zwischen einer verriegelten Position und einer entriegelten Position zu bewegen.
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Bei einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Gehäuse eines Fahrzeugs bereitgestellt, welches ein System von Batterien enthält, die eine Ladung von einer externen Stromquelle empfangen. Das Gehäuse enthält eine Steckdose, die zur Aufnahme eines Ladekabels von der externen Stromquelle ausgelegt ist, eine Ladeschnittstelle, die zur Verbindung mit dem Ladekabel ausgestaltet ist, um zu ermöglichen, dass während einer Ladeoperation ein Strom von der externen Stromquelle an das System von Batterien fließt, und den Verriegelungsmechanismus, der in dem Gehäuse angeordnet ist, um das Ladekabel in der Steckdose zu befestigen.
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Die vorstehenden Merkmale und Vorteile und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich leicht aus der folgenden genauen Beschreibung der Erfindung, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen gelesen wird.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Andere Merkmale, Vorteile und Details erscheinen nur als Beispiel in der folgenden genauen Beschreibung von Ausführungsformen, wobei die genaue Beschreibung auf die Zeichnungen Bezug nimmt, in denen:
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1 eine perspektivische Ansicht von vorne eines Gehäuses und eines Verriegelungsmechanismus gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
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2 eine Schnittansicht eines Aktors gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
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3 eine perspektivische Ansicht von vorne eines Verriegelungsmechanismus gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
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4A und 4B perspektivische Ansichten von vorne eines verschwenkbaren Verriegelungsarms bzw. eines linear betätigten Nockens in verriegelten Positionen gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind;
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4C eine isolierte Schnittansicht eines Folgerstifts ist, der sich von einer Seite eines verschwenkbaren Verriegelungsarms aus erstreckt und in eine Nockennut eines linear betätigten Nockens gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingreift;
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5A und 5B perspektivische Ansichten von vorne eines verschwenkbaren Verriegelungsarms bzw. eines linear betätigten Nockens in nicht verriegelten Positionen gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind;
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6A und 6B perspektivische Ansichten von vorne eines linear betätigten Nockens in eingefahrenen bzw. ausgefahrenen Positionen gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind;
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7A und 7B perspektivische Ansichten von vorne eines verschwenkbaren Verriegelungsarms in einer entriegelten bzw. einer verriegelten Position gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind;
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8A und 8B perspektivische Ansichten von vorne eines Verriegelungsmechanismus mit einem linear betätigten Nocken in einer ausgefahrenen Position gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind; und
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9A und 9B perspektivische Ansichten von vorne eines Verriegelungsmechanismus mit einem linear betätigten Nocken in einer eingefahrenen Position gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die folgende Beschreibung ist rein beispielhaft und ist nicht dazu gedacht, die vorliegende Offenbarung oder ihre Anwendung oder Verwendungsmöglichkeiten einzuschränken. Es versteht sich, dass einander entsprechende Bezugszeichen in den mehreren Zeichnungen gleiche oder einander entsprechende Teile und Merkmale bezeichnen.
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In Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist ein Gehäuse 20 in einem (nicht gezeigten) Fahrzeug positioniert. Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist das Fahrzeug ein Elektrofahrzeug oder ein Hybridelektrofahrzeug mit einem System von Batterien, die eine Ladung von einer externen Stromquelle empfangen können. Mit Bezug auf 1 enthält das Gehäuse 20 eine Steckdose 22, eine Abdeckung 24 und eine Ladeschnittstelle 26. Das Gehäuse 20 kann auf SAE- oder IEC-Standards beruhen. Die Steckdose 22 ist zur Aufnahme eines Steckers von einer (nicht gezeigten) Ladeeinheit ausgestaltet. Die Abdeckung 24 ist ausgestaltet, um Komponenten eines Verriegelungsmechanismus abzudecken, der im Gehäuse 20 angeordnet ist, wie nachstehend beschrieben wird. Die Ladeschnittstelle 26 wird mit dem Stecker verbunden, um während einer Aufladeoperation einen Stromfluss von der Ladeeinheit an Batterien im Fahrzeug zu ermöglichen.
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Der Verriegelungsmechanismus ist im Gehäuse 20 angeordnet. Der Verriegelungsmechanismus ist ausgestaltet, um den Stecker in der Steckdose 22 zu befestigen, und er enthält einen Aktor 30 (2), einen linear betätigten Nocken 40 (3) und einen verschwenkbaren Verriegelungsarm 50 (3).
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Mit Bezug auf 2 kann der Aktor 30 einen Gleichstrommotor 31 enthalten, der ein System von Zahnrädern 32 antreibt, um einen Betätigungsstift 34 entlang eines linearen Verfahrwegs zu bewegen. Der Betätigungsstift 34 ist mit dem linear betätigten Nocken 40 (3) verbunden und ausgestaltet, um den linear betätigten Nocken 40 entlang eines linearen Verfahrwegs zu bewegen.
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Mit Bezug auf 4A–5B enthält der linear betätigte Nocken 40 ein erstes Ende 42, ein zweites Ende 44 und eine Nockennut 46. Der Betätigungsstift 34 ist mit dem ersten Ende 42 des linear betätigten Nockens 40 verbunden. Die Nockennut 46 ist an einer Seite des linear betätigten Nockens 40 angeordnet und verläuft unter einem Winkel relativ zu dem linearen Verfahrweg. Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann die Nockennut 46 unterschiedliche Segmente enthalten, die sich unter unterschiedlichen Winkeln erstrecken, um die Bewegung oder die Ausgabe des linear betätigten Nockens 40 zu variieren. Zum Beispiel kann die Nockennut 46 ein erstes Segment 47, das sich unter einem ersten Winkel relativ zum dem linearen Verfahrweg erstreckt, und ein zweites Segment 48, das sich unter einem zweiten Winkel relativ zu dem linearen Verfahrweg erstreckt, enthalten, wobei sich der zweite Winkel vom ersten unterscheidet (4B). Es versteht sich, dass die Nockennut 46 mehr als zwei Segmente 47, 48 enthalten kann, um nach Bedarf eine variable Bewegung oder Ausgabe bereitzustellen. Beispielsweise kann die Nockennut 46 ein drittes Segment enthalten, das sich unter einem dritten Winkel relativ zu dem linearen Verfahrweg erstreckt, der sich von dem ersten und/oder zweiten Winkel unterscheidet. Es versteht sich außerdem, dass die Form der Nockennut 46 variiert werden kann. Beispielsweise kann die Nockennut 46 entlang ihrer Länge linear oder gebogen sein, um die Ausgabe des linear betätigten Nockens 40 weiter zu variieren.
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Mit weiterer Bezugnahme auf 4A–5B enthält der Verriegelungsarm 50 ein erstes Ende 52, ein zweites Ende 54, einen Gelenkstift 56, einen Folgerstift 58 und einen Verriegelungsdorn 60. Der Gelenkstift 56 ist an einer vorbestimmten Position entlang einer Länge des Verriegelungsarms 50 angeordnet, die für eine spezielle Anwendung des Verriegelungsmechanismus geeignet ist. Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist der Gelenkstift 56 in der Nähe des ersten Endes 52 des Verriegelungsarms 50 positioniert. Es versteht sich, dass der Gelenkstift 56 an anderen Positionen entlang des Verriegelungsarms 50 angeordnet sein kann. Der Verriegelungsarm 50 und der linear betätigte Nocken 40 können im Gehäuse 20 durch die Abdeckung 24 (1) abgedeckt sein.
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Der Folgerstift 58 erstreckt sich von einer Seite des Verriegelungsarms 50 aus, die der Nockennut 46 des linear betätigten Nockens 40 zugewandt ist. Der Folgerstift 58 ist zum Eingriff in die Nockennut 46 ausgestaltet. Es versteht sich, dass der Folgerstift 58 eine Dicke aufweisen kann, die im Wesentlichen gleich oder ein klein wenig kleiner als eine Breite der Nockennut 46 ist, so dass der Folgerstift 58 darin aufgenommen werden kann.
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Der Verriegelungsdorn 60 erstreckt sich von einem Ende des Verriegelungsarms 50 aus, das zu dem Gelenkstift 56 entgegengesetzt ist, und ist ausgestaltet, um selektiv durch eine Öffnung in die Steckdose 22 hinein vorzustehen, um in einen (nicht gezeigten) Fahrzeugladestecker einzugreifen. Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist der Verriegelungsdorn 60 in der Nähe des zweiten Endes 54 des Verriegelungsarms 50 positioniert, aber er kann bei anderen beispielhaften Ausführungsformen an anderer Stelle positioniert sein.
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Im Betrieb und mit Bezug auf 6A–9B ist der Verriegelungsarm 50 zwischen einer entriegelten Position (7A) und einer verriegelten Position (7B) bewegbar. Der linear betätigte Nocken 40 ist zwischen einer eingefahrenen Position und einer ausgefahrenen Position (6A und 6B) bewegbar. Bei einer beispielhaften Ausführungsform entspricht die eingefahrene Position des linear betätigten Nockens 40 der entriegelten Position des Verriegelungsarms 50 (7A, 9A und 9B), und die ausgefahrene Position entspricht der verriegelten Position des Verriegelungsarms 50 (7B, 8A und 8B). Es versteht sich jedoch, dass diese Konfiguration umgedreht werden kann.
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Wenn sich der Verriegelungsarm 50 in der entriegelten Position befindet und sich der linear betätigte Nocken 40 in der eingefahrenen Position befindet, kann der Aktor 30 betrieben werden, um den Verriegelungsarm 50 zu der verriegelten Position hin zu bewegen. Im Speziellen arbeitet der Gleichstrommotor 31 des Aktors 30, um das System aus Zahnrädern 32 zu bewegen, welches dann den Betätigungsstift 34 (2) bewegt. Der Betätigungsstift 34 ist mit dem ersten Ende 42 (4B) des linear betätigten Nockens 40 verbunden. Eine Bewegung des Betätigungsstifts 34 während einer Verriegelungsprozedur bewirkt, dass sich der linear betätigte Nocken 40 entlang des linearen Verfahrwegs bewegt.
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Während einer Bewegung des linear betätigten Nockens 40 entlang des linearen Verfahrwegs bewegt sich die Nockennut 46 relativ zu dem Folgerstift 58 des Verriegelungsarms 50. Seitenwände der Nockennut 46, die relativ zu dem linearen Verfahrweg angewinkelt ist, üben eine Kraft auf den Folgerstift 58 aus, die bewirkt, dass der Verriegelungsarm 50 um den Gelenkstift 56 herum zu der verriegelten Position hin verschwenkt. Zudem kann die Nockennut 46 mit Hilfe von mehreren Segmenten 47, 48, die sich relativ zueinander unter verschiedenen Winkeln erstrecken, eine veränderliche Ausgabe bereitstellen. Entsprechend kann bei gewünschten Abschnitten des Verriegelungs/Entriegelungsprozesses eine erhöhte oder verringerte Last an den Verriegelungsarm 50 ausgegeben werden.
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Beim Verschwenken zu der verriegelten Position hin bewegt sich der Verriegelungsdorn 60 mit dem Rest des Verriegelungsarms 50 und geht durch eine Öffnung 23 in der Steckdose 22 zur Aufnahme in der Steckdose 22 (4A) hindurch. Der mit der Schnittstelle 26 in der Steckdose 22 verbundene Fahrzeugladestecker enthält eine (nicht gezeigte) entsprechende Öffnung, die zur Aufnahme des Verriegelungsdorns 60 ausgestaltet ist. Entsprechend kann der Verriegelungsdorn 60 in der verriegelten Position in der Öffnung des Steckers aufgenommen sein, um den Stecker gegen ein Entfernen aus der Steckdose 22 zu sichern.
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Der Verriegelungsarm 50 ist in die entriegelte Position bewegbar, indem der Aktor 30 in die entgegengesetzte Richtung betrieben wird. Im Speziellen kann der Aktor 30 betrieben werden, um den Betätigungsstift 34 in die entgegengesetzte Richtung (d. h. in eine ”Einfahr”-Richtung) zu bewegen, so dass der linear betätigte Nocken 40 in die ”Einfahr”-Richtung entlang des linearen Verfahrwegs verfahren und zu der eingefahrenen Position hin bewegt wird. Die Bewegung des linear betätigten Nockens 40 zu der eingefahrenen Position hin bewirkt, dass sich die Nockennut 46 relativ zum Folgerstift 58 bewegt. Die Seitenwände der Nockennut 46 wirken auf den Folgerstift 58 ein, um den Verriegelungsarm 50 aus der verriegelten Position weg zu verschwenken. Wie vorstehend im Detail beschrieben wurde, kann die Ausgabe des linear betätigten Nockens 40 variiert werden, indem unterschiedlich angewinkelte Segmente 47, 48 in der Nockennut 46 bereitgestellt werden. Während einer Bewegung weg aus der Verriegelungsposition wird der Verriegelungsdorn 60 durch die Öffnung hindurch aus der Steckdose 22 zurückgezogen. In der entriegelten Position befindet sich der linear betätigte Nocken 40 in der eingefahrenen Position und der Verriegelungsarm 50 ist in eine Position verschwenkt, in der der Verriegelungsdorn 60 aus der Steckdose 22 herausgezogen ist.
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Die vorstehende beispielhafte Ausführungsform kann eine verbesserte Aktorausgabe auf effiziente und kompakte Weise sowohl für das Verriegeln des Verriegelungsdorns 60 in den Stecker in der Steckdose 22 hinein als auch das Entriegeln des Verriegelungsdorns 60 aus dem Stecker in der Steckdose 22 heraus ermöglichen. Die Reibung kann verringert werden, indem es dem Verriegelungsarm 50 und dem Verriegelungsdorn 60 ermöglicht wird, zu verschwenken (statt sich linear zu verschieben). Zudem kann eine Ausgabe aus dem linear betätigten Nocken 40 variiert werden, um eine erhöhte Ausgabe am Beginn eines Verriegelungs/Entriegelungs-Hubs zu ermöglichen, indem der Winkel oder die Form der Nockennut 46 variiert wird.
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Bei SAE- und IEC-Standards ist im Gehäuse beschränkter Platz verfügbar, um einen Verriegelungsmechanismus bereitzustellen. Die vorstehenden beispielhaften Ausführungsformen stellen einen Verriegelungsmechanismus bereit, der in dem begrenzten Platz installiert werden kann und die gewünschte Verriegelungsfunktion bereitstellen kann. Folglich kann der vorstehende Verriegelungsmechanismus in das Gehäuse 20 gepackt werden. Auch kann der in den vorstehenden beispielhaften Ausführungsformen beschriebene Verriegelungsmechanismus einen effizienten rotatorischen Eingriff und eine effiziente rotatorische Freigabe des Verriegelungsdorns 60 bereitstellen. Die Nockenkonfiguration zwischen dem linear betätigten Nocken 40 und dem Verriegelungsarm 50 kann einen direkten Nockenantrieb mit großer Ausgabe sowohl in die Verriegelungs- als auch die Entriegelungsrichtung bereitstellen. Ferner kann der Verriegelungsmechanismus auf eine spezielle Verwendung abgestimmt werden, indem die Nockennut 46 mit unterschiedlichen Winkeln relativ zu dem linearen Verfahrweg ausgebildet wird und/oder indem die Nockennut 46 als eine gebogene Sektion ausgebildet wird. Entsprechend kann eine variable Ausgabe an den Verriegelungsdorn 60 bereitgestellt werden, um nach Bedarf eine zusätzliche Last zu erzeugen.
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Und außerdem kann der in den vorstehenden beispielhaften Ausführungsformen beschriebene Verriegelungsmechanismus kosteneffektiv sein. Zum Beispiel kann der vorstehende beschriebene Aktor 30 ein bekannter Aktor sein, der gegenwärtig in anderen Abschnitten des Fahrzeugs verwendet wird, um verschiedene Funktionen zu steuern. Somit kann es sein, dass die Produktion oder der Kauf eines spezialisierten Aktors nicht erforderlich ist.
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Obwohl die Erfindung mit Bezug auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurde, wird der Fachmann verstehen, dass verschiedene Änderungen durchgeführt werden können und Elemente derselben durch Äquivalente ersetzt werden können, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen. Zudem können viele Modifikationen durchgeführt werden, um eine spezielle Situation oder ein spezielles Material an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne den wesentlichen Umfang derselben zu verlassen. Es ist daher beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf die speziellen offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern dass die Erfindung alle Ausführungsformen umfasst, die in den Umfang der Anmeldung fallen.
