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Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung zur Ansteuerung einer Stellbewegung eines Steuerelementes, bei welchem zur Ansteuerung einer Stellbewegung zumindest ein Stellelement aus einer Formgedächtnislegierung vorgesehen ist.
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Der Einsatz eines Stellelementes aus einer Formgedächtnislegierung zur Ansteuerung einer Stellbewegung eines Steuerelementes ist allgemein bekannt. Zumeist wird für eine Rückstellbewegung des Steuerelementes ein Rückstellelement, wie beispielsweise eine Rückstellfeder, vorgesehen, um nach dem Bestromen des Stellelementes aus einer Formgedächtnislegierung das Steuerelement wieder in eine Ausgangsposition zurückzuführen. Solche Ansteuerungen weisen den Nachteil auf, dass beim Überführen des Steuerelements aus einer Ausgangsposition in eine Steuerposition oder Schaltposition und einem Verbleiben des Steuerelementes in der Steuer- oder Schaltposition ein dauerndes Bestromen des Stellelements aus einer Formgedächtnislegierung erforderlich ist, um diese Steuer- oder Schaltposition aufrechtzuerhalten. In vielen Anwendungsfällen ist dies nicht wünschenswert, zumal dadurch auch ein erhöhter Energieverbrauch mit einhergeht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebseinrichtung zur Ansteuerung einer Stellbewegung eines Stellelementes vorzuschlagen, bei welchem zumindest eine Reduzierung des Energieverbrauches ermöglicht ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Antriebseinrichtung gelöst, bei welcher zur Ansteuerung der Stellbewegung des Steuerelementes in einer ersten Bewegungsrichtung ein erster daran angreifender Mitnehmer vorgesehen ist, an welchem zur Erzeugung der Stellbewegung des Steuerelementes durch den Mitnehmer in die erste Bewegungsrichtung das zumindest eine erste Stellelement aus einer Formgedächtnislegierung angreift sowie ein an dem ersten Mitnehmer angreifendes Rückstellelement vorgesehen ist, welches den ersten Mitnehmer entgegengesetzt zur ersten Bewegungsrichtung zurückführt und dabei von dem Steuerelement entkoppelt ist. Dadurch ist nur kurzzeitig ein Steuerstrom beziehungsweise ein Energieverbrauch erforderlich, um das Steuerelement in eine Steuer- oder Schaltposition überzuführen. Aufgrund der Entkopplung des Mitnehmers zum Steuerelement, der die Stellbewegung auf das Stellelement überträgt, jedoch nicht die Rückstellbewegung, kann der Mitnehmer wieder in eine Ausgangsposition zurückgeführt werden, ohne dass das Steuerelement aus der Schalt- oder Steuerposition herausgeführt oder zurückgesetzt wird. Das Steuerelement kann dabei in der Steuer- oder Schaltposition verbleiben.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Antriebseinrichtung ist zur Ansteuerung einer Stellbewegung des Steuerelementes in eine zweite Bewegungsrichtung, insbesondere entgegengesetzt zur ersten Bewegungsrichtung, ein zweiter am Steuerelement angreifender Mitnehmer vorgesehen, an welchem zur Erzeugung der Stellbewegung des Steuerelementes durch den zweiten Mitnehmer in die zweite Bewegungsrichtung zumindest ein Stellelement aus einer Formgedächtnislegierung angreift sowie ein an dem zweiten Mitnehmer angreifendes Rückstellelement vorgesehen ist, welches den zweiten Mitnehmer entgegengesetzt zur zweiten Bewegungsrichtung zurück setzt und der zweite Mitnehmer beim Zurückführen entgegen der zweiten Bewegungsrichtung zum Steuerelement entkoppelt. Durch eine Duplizierung der Ansteuerung mittels eines zum Steuerelement in einer Bewegungsrichtung entkoppelbaren Mitnehmers kann somit eine erste und zweite Bewegungsrichtung angesteuert werden, wobei zur Aufrechterhaltung der jeweiligen Endposition beziehungsweise Schalt- oder Steuerposition die Aktivierung des Stellelementes aus einer Formgedächtnislegierung nicht mehr erforderlich ist. Sofern die beiden Mitnehmer bezüglich deren Bewegungsrichtung entgegen ausgerichtet sind, kann das Steuerelement aus einer Ausgangsposition in eine Schaltposition durch den ersten Mitnehmer geführt werden und anschließend durch den zweiten Mitnehmer aus der Schaltposition in die Ausgangsposition wieder zurückgeführt werden. Die Mitnehmer brauchen somit nur zur Durchführung der Stellbewegung des Steuerelements aktiviert, beispielsweise bestromt, werden. Da der erste und zweite Mitnehmer jeweils entkoppelt zum Steuerelement vorgesehen sind, ist des Weiteren eine unabhängige Ansteuerung der Stellbewegung des ersten und zweiten Mitnehmers ermöglicht.
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Des Weiteren sind bevorzugt der erste und zweite Mitnehmer unabhängig voneinander ansteuerbar. Dadurch ist auch eine Entkopplung in der Ansteuerung der jeweiligen Mitnehmer erzielt. Die jeweiligen Stellelemente müssen nur diejenige Stellkraft aufbringen, um das Steuerelement aus einer ersten in eine zweite Position überzuführen, ohne dass diese entgegen der Stellkraft des jeweiligen anderen Mitnehmers arbeiten.
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Bevorzugt sind der erste und zweite Mitnehmer in einer gemeinsamen Drehachse gelagert. Dadurch kann eine konstruktive Vereinfachung erzielt werden.
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Bevorzugt sind das Steuerelement und der erste und zweite Mitnehmer in einer gemeinsamen Drehachse gelagert, jedoch voneinander entkoppelt. Dadurch können eine besonders kompakte Bauweise einer solchen Antriebseinrichtung sowie eine Unabhängigkeit in der Ansteuerung der Mitnehmer und Ansteuerung der Drehrichtung des Steuerelementes erzielt werden.
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Das Steuerelement weist für jeden Mitnehmer ein Angriffselement auf, an welchem der Mitnehmer zur Ansteuerung der Stellbewegung in der jeweiligen Bewegungsrichtung angreift. Bei einem Rücksetzen des Mitnehmers mittels des Rückstellelementes kann der Mitnehmer sich von dem Angriffselement lösen, so dass das Steuerelement in seiner eingestellten Position verbleibt.
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Der Mitnehmer ist bevorzugt als ein Hebel oder als ein abgewinkelter Hebel ausgebildet, an dessen einen Hebelarm das Stellelement aus der Formgedächtnislegierung und an dem gegenüber liegenden Hebelarm das Rückstellelement angreift. In Abhängigkeit der aufzubringenden Kräfte können die Hebelarme entsprechend ausgelegt sein. Gleichzeitig können dadurch einfache Kraftverhältnisse geschaffen werden.
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Der erste und zweite Mitnehmer sind bevorzugt spiegelbildlich zueinander ausgebildet und auf der gemeinsamen Drehachse vorgesehen. Dadurch kann eine Duplizierung zur Ansteuerung des Steuerelementes bezüglich dem Mitnehmer, dem Stellelement und dem Rückstellelement vorgesehen sein, wobei durch die spiegelbildliche Anordnung der beiden Mitnehmer entgegengesetzte Bewegungsrichtungen des Steuerelementes ansteuerbar sind.
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Eine erste Ausführungsform der Antriebseinrichtung sieht vor, dass die beiden Mitnehmer einer Seite des Steuerelementes zugeordnet sind.
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Dadurch kann beispielsweise auf der gegenüber liegenden Seite des Steuerelementes eine Steuerfläche ausgebildet sein. Alternativ kann auf jeder Seite des Steuerelementes ein Mitnehmer vorgesehen sein. Dadurch wird ein symmetrischer Aufbau ermöglicht.
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Des Weiteren ist bevorzugt an dem Steuerelement ein Rastelement oder eine Verzahnung vorgesehen, an welchem eine komplementäre Komponente angreift und durch eine solche Rasterung einstellbare Schaltpositionen innerhalb eines Stellweges des Steuerelementes einstellbar sind. Beispielsweise können dadurch nicht nur eine Ausgangslage und eine Schaltposition oder Endposition des Steuerelementes, sondern auch dazwischen liegende Schaltpositionen, angesteuert werden. Zudem kann durch die Rasterung ein stufen- oder schrittweise zu- oder abnehmbarer Stellweg eingestellt werden, so dass dadurch eine schrittweise Stellbewegung des Steuerelementes ansteuerbar ist. Dies gilt sowohl für die erste als auch die zweite Bewegungsrichtung, welche vorzugsweise entgegengesetzt zur ersten Bewegungsrichtung ist.
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Das Steuerelement weist bevorzugt zumindest eine Schalt- oder Steuerfläche auf. Diese Schalt- oder Steuerfläche kann eine Durchlassöffnung schließen oder öffnen. Des Weiteren können elektrische Kontakte oder Schalter betätigt oder Verriegelungen gelöst oder geschlossen werden. Des Weiteren kann das Steuerelement ein Steuerkolben, ein Steuerventil oder eine Steueröffnung umfassen, um Gas oder flüssige Medien bezüglich der Durchflussmenge zu regeln.
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Das Rückstellelement ist vorteilhafterweise als elastisch verformbares Element ausgebildet, welches nach einer Auslenkung des Mitnehmers durch das Stellelement eine Rückstellbewegung durchführt, um den Mitnehmer wieder in eine Ausgangsposition zurückzuführen. Vorteilhafterweise ist das Rückstellelement als Rückstellfeder ausgebildet.
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Das als Formgedächtnislegierungs-Draht ausgebildete Stellelement erstreckt sich zwischen einer Anschlussstelle bis zum Mitnehmer. Insbesondere ist vorgesehen, dass sich das Stellelement von einer Anschlussstelle über den Mitnehmer wieder zurück zur Anschlussstelle erstreckt, so dass ein einfacher elektrischer Anschluss für das Stellelement gegeben ist.
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Das Steuerelement, die Mitnehmer sowie das jeweils zumindest eine daran angreifende Stellelement und Rückstellelement sind bevorzugt in einem Gehäuse angeordnet und als Einbaumodul ausgebildet. Dadurch kann eine vielfältige Einsatzmöglichkeit gegeben sein, wobei lediglich eine Kopplung zwischen dem Steuerelement und dem zu betätigenden Element erforderlich ist, um die Stellbewegung anzusteuern. Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass das Gehäuse eine Öffnung aufweist, durch welches das Steuerelement zumindest teilweise hindurch geführt ist oder daran angrenzt oder ein Kupplungselement zum Befestigen an dem Steuerelement hindurchführbar ist.
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Bei der Ausbildung eines Einbaumoduls kann bevorzugt vorgesehen sein, dass die Anschluss- oder Kontaktstellen der Stellelemente mittels einer dichtenden Durchführung, insbesondere eine Glasdurchführung, aus dem Gehäuse herausführbar sind. Dadurch kann für ein solches Einbaumodul auch der Anwendungsfall vorgesehen sein, bei dem das zu steuernde Medium zumindest teilweise in das Gehäuse hinein strömt. In einem solchen Fall kann das Stellelement bevorzugt zumindest in dem Bereich, in dem dieses von dem einströmenden Medium umgeben ist, mit einer temperaturisolierenden Beschichtung oder Hülse, insbesondere Teflonhülse, versehen sein.
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Das Steuerelement weist bevorzugt zur Regelung eines gas- oder flüssigförmigen Massenstromes eine Steuerfläche auf, durch welche zumindest eine Öffnung eines Anschlusses ansteuerbar ist. Dabei kann die Öffnung digital angesteuert werden, das heißt, diese wird geöffnet oder geschlossen. Ebenso kann eine proportionale Ansteuerung vorgesehen sein, das heißt, dass die Öffnung mit einer zunehmenden Stellbewegung des Steuerelementes nach und nach geöffnet oder geschlossen wird. In Abhängigkeit der Geometrie der Öffnung kann auch mit zunehmender Stellbewegung ein Massenstrom zunehmen oder sich verringern.
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Die Ansteuerung einer solchen Antriebseinrichtung für eine Stellbewegung des Steuerelementes erfolgt bevorzugt durch eine konstante Bestromung eines der beiden Stellelemente, um das Steuerelement in die eine oder die andere Bewegungsrichtung anzusteuern. Dadurch kann eine gezielte Stellbewegung zur Ansteuerung eines weiteren mit dem Steuerelement gekoppelten Bewegungselementes ermöglicht sein. Ebenso kann im Falle der Ausbildung eines Ventils eine gezielte Ansteuerung eines Massenstromes durch das Öffnen und Schließen von zumindest einer Durchgangsbohrung angesteuert werden.
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Alternativ erfolgt die Stellbewegung des Steuerelementes durch eine Pulsweitenmodulation. Die Ansteuerung beziehungsweise Bestromung des Stellelementes erfolgt somit nicht konstant, sondern es wird über eine vorbestimmte Taktdauer eine Bestromung ausgegeben und diese anschließend wieder auf Null gesetzt. Eine solche Ansteuerung mittels Pulsweitenmodulation weist den Vorteil auf, dass der Energiebedarf insgesamt sinkt, wodurch beispielsweise beim Einsatz einer solchen Antriebseinrichtung in einem Kraftfahrzeug die Reduzierung des Spritverbrauchs unterstützt wird.
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Bevorzugt weist die Ansteuerungseinrichtung zur Erfassung einer Schaltposition oder Stellbewegung des Steuerelements zumindest ein Sensorelement auf, so dass bei Erreichen einer vorbestimmten Schaltposition oder Stellbewegung und/oder einer Endposition ein Signal an die Steuerungseinrichtung ausgegeben wird, um die konstante Bestromung einerseits oder die Ansteuerung über die Pulsweitenmodulation andererseits stillzusetzen. Das Sensorelement kann beispielsweise ein Hallsensor sein. Ebenso können weitere, eine Abstandsänderung oder eine Stellbewegung des Steuerelementes erfassende Sensoren, Nährungsschalter oder dergleichen eingesetzt werden.
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Eine weitere alternative Ausgestaltung des Sensorelementes ist dadurch gegeben, dass eine Widerstandsänderung des Formgedächtnislegierungs-Drahtes während der Ansteuerung der Stellbewegung erfasst wird und dadurch die Schaltposition bestimmbar ist.
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Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen derselben werden im Folgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Beispiele näher beschrieben und erläutert. Die der Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmenden Merkmale können einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination erfindungsgemäß angewandt werden. Es zeigen:
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1a und 1b schematische Ansichten der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung,
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2 eine schematische Ansicht der Antriebseinrichtung gemäß 1 nach einer Ansteuerung einer Stellbewegung des Steuerelementes,
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3 eine schematische Ansicht der Antriebseinrichtung gemäß 1 nach Abschluss der Ansteuerung des Steuerelementes in eine Bewegungsrichtung,
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4 eine schematische Ansicht einer Rasterung zur schrittweisen Stellbewegung des Steuerelementes gemäß 1,
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5 eine schematische Ansicht eines Einbaumoduls mit der Antriebseinrichtung gemäß 1,
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6 eine schematische Seitenansicht des Einbaumoduls gemäß 5,
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7 eine schematische Schnittansicht eines Schaltventils zur Regelung eines Massenstromes mit dem Einbaumodul gemäß den 5 und 6,
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8 eine schematisch vereinfachte Darstellung eines Steuerelementes zur Einnahme von zwei Schaltpositionen,
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9 eine schematische Ansicht eines alternativen Anwendungsbeispiels des Steuerelementes gemäß 8,
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10a, 10b und 10c schematisch vereinfachte Ansichten des Steuerelementes gemäß 1 in drei Schaltpositionen,
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11 eine schematische Ansicht einer alternativen Ausführungsform des Steuerelementes zu 10,
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12 eine schematische Ansicht einer weiteren alternativen Ausführungsform des Steuerelementes zu 11 und
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13a und 13b schematische Ansichten einer alternativen Ausführungsform zu den 10a und 10b.
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In 1a ist eine schematische Ansicht von vorne und in 1b eine schematische Seitenansicht einer Antriebseinrichtung 11 dargestellt. Diese Antriebseinrichtung 11 umfasst ein Steuerelement 12, welches auf einer Drehachse 14 drehbar in einem nicht näher dargestellten Gehäuse, Gehäuseabschnitt oder Rahmen gelagert ist. Dem Steuerelement 12 zugeordnet ist ein erster Mitnehmer 16, der ebenfalls auf einer Drehachse drehbar gelagert ist. Bevorzugt ist der Mitnehmer 16 auch auf der Drehachse 14 gelagert. Der Mitnehmer 16 ist als Hebel, insbesondere abgewinkelter Hebel, ausgebildet. An einem Hebelarm 17 greift ein Stellelement 18 aus einer Formgedächtnislegierung an. Bevorzugt ist ein Draht aus Formgedächtnislegierung vorgesehen. Dieser ist an einem gegenüberliegenden festen Ende an einem Gehäuse, Gegenstand oder dergleichen befestigt und weist einen Anschlusskontakt 19 auf. Bevorzugt sind beide Enden des Stellelementes 18 an einem festen Anschlussbereich vorgesehen, so dass mittels der daran angeordneten Anschlusskontakte 19 eine einfache Kontaktierung ermöglicht ist. An den Anschlusskontakten 19 ist eine nicht näher dargestellte Steuerung anschließbar, um die jeweiligen Stellelemente 18, 27 anzusteuern, insbesondere zu bestromen. Alternativ kann sich das Stellelement 18 auch nur zwischen dem Mitnehmer 16, insbesondere Hebelarm 17, und einem raumfesten oder gehäusefesten Abschnitt vorgesehen sein. Dem Hebelarm 17 gegenüber liegend ist ein zweiter Hebelarm 21 vorgesehen, der beispielsweise abgewinkelt zum ersten Hebelarm 17 ausgerichtet ist. Alternativ kann der erste und zweite Hebelarm 17, 21 auch als geradliniger Stab oder Stabelement ausgebildet sein. Am zweiten Hebel 21 greift ein Rückstellelement 22 an, welches als ein elastisch verformbares Stellelement, insbesondere eine Rückstellfeder, ausgebildet ist. Das Rückstellelement 22 ist mit seinem dem Hebel 21 gegenüberliegenden Ende an einem nicht näher dargestellten Gehäuse, Gehäuseabschnitt oder Rahmen befestigt.
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An dem Steuerelement 12 ist ein Angriffselement 24, insbesondere ein Zapfen, Steg oder Vorsprung, vorgesehen, an welchem der Mitnehmer 16, insbesondere der zweite Hebelarm 21 des Mitnehmers 16, anliegt. Durch die Bestromung des Stellelementes 18 kann eine Stellbewegung des Mitnehmers 16 entgegen dem Uhrzeigersinn angesteuert werden, wobei das Steuerelement 12 ebenfalls entgegen dem Uhrzeigersinn mit einer Stellbewegung in einer ersten Bewegungsrichtung angesteuert wird. Dies ist in 2 dargestellt. In Abhängigkeit der Bestromung des Stellelementes 18 wird die Drehbewegung des Mitnehmers 16 und somit die Drehung beziehungsweise Stellbewegung des Steuerelementes 12 angesteuert. Nachdem eine vorbestimmte Position des Steuerelementes 12 erreicht wurde (2), wird das Stellelement 18 stromlos geschalten, und der Mitnehmer 16 wird durch das Rückstellelement 22 in seine Ausgangsposition zurückgeführt. Diese Position ist in 3 dargestellt. Diese Rückführung des Mitnehmers 16 in die Ausgangsposition und abhängig von dem Steuerelement 12 erfolgt aufgrund der Entkopplung des Mitnehmers 16 von dem Steuerelement 12. Diese Entkopplung ist beispielsweise aufgrund des nur an dem Mitnehmer 16 anliegenden Angriffselements 24 als auch der Drehentkopplung auf der Drehachse 14 gegeben. Das Steuerelement 12 behält somit seine Steuerposition bei, wie dies in den 2 und 3 dargestellt ist, wohingegen der Mitnehmer 16 wieder in seine Ausgangsposition zurückgeführt wird.
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Die vorbeschriebene Antriebseinrichtung 11 ist nur in einer Bewegungsrichtung aktiv ansteuerbar und deren Rücksetzung kann unabhängig von der Ansteuerung des Stellelementes 18 erfolgen.
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Bei der in den 1a und 1b dargestellten Antriebseinrichtung 11 ist die vorbeschriebene Anordnung des Mitnehmers 16, des daran angreifenden Stellelementes 18 und des Rückstellelementes 22 auf einer gegenüber liegenden Seite des Steuerelements 12 ebenfalls vorgesehen, so dass auf der Drehachse 14 ein zweiter Mitnehmer 26, ein zweites Stellelement 27 aus einer Formgedächtnislegierung und ein zweites Rückstellelement 28 sowie ein weiteres Angriffselement 29 vorgesehen sind. Der zweite Mitnehmer 26 ist bezüglich der gegenüber liegenden Seite des Steuerelementes 12 gleich wie der erste Mitnehmer 16 ausgerichtet, das heißt, dass der erste Mitnehmer 16 und der zweite Mitnehmer 26 punktsymmetrisch zur Drehachse 14 ausgerichtet sind, so dass der erste Mitnehmer 16 eine Stellbewegung des Steuerelementes 12 entgegen dem Uhrzeigersinn bewirkt und der zweite Mitnehmer 26 eine Stellbewegung des Steuerelementes 12 in einer zweiten Bewegungsrichtung im Uhrzeigersinn ansteuert.
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Eine solche Antriebseinrichtung 11 ermöglicht, dass ausgehend von einer Steuerposition des Steuerelementes 12 gemäß 3 durch die Ansteuerung des zweiten Mitnehmers 26 das Steuerelement 12 wieder zurück in die Ausgangsposition gemäß 1a übergeführt werden kann, wobei die Ansteuerung der Stellelemente 18, 27 unabhängig voneinander erfolgen kann und die Mitnehmer 16, 26 auch entkoppelt voneinander und entkoppelt vom Steuerelement 12 die jeweilige Stellbewegung erzeugen.
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Eine alternative nicht näher dargestellte Ausführungsform der Antriebseinrichtung 11 sieht vor, dass der erste und zweite Mitnehmer 16, 26 benachbart zueinander und auf derselben Seite des Steuerelementes 12 angeordnet sind. Sofern eine Drehbewegung angesteuert werden soll, welche größer ist als der Abstand der beiden Angriffselemente 24, 29, werden die Mitnehmer 16, 26 in unterschiedlichem Abstand zum Steuerelement auf der Drehachse 14 positioniert, so dass einer der beiden Angriffselemente 24, 29 durch einen der beiden Mitnehmer 16, 26 überfahren werden kann.
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Durch eine solche in den 1a und 1b dargestellte Antriebseinrichtung 11 ist das Steuerelement 12 in zwei Endlagen positionierbar. Diese können beispielsweise aufgrund einer Reibung zur Drehachse 14 selbsthalten eingenommen werden.
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Die vorbeschriebene Ausführungsform gemäß den 1a und 1b ist bevorzugt symmetrisch ausgebildet, das heißt, in beiden Bewegungsrichtungen werden gleiche Stellelemente 18, 27 eingesetzt, um gleiche Stellbewegungen anzusteuern. Hierzu sind bevorzugt auch dieselben Stellelemente 18, 27 mit denselben Auslösetemperaturen vorgesehen.
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Nach einer alternativen Ausführungsform kann an dem Mitnehmer 16 ein Stellelement 18 angreifen, welches eine höhere Auslösetemperatur, beispielsweise bei 80–90 °C, als das am Mitnehmer 26 angreifende zweite Stellelement 27 aufweist, dessen Auslösetemperatur beispielsweise bei 30–40 °C liegt. Sofern beispielsweise eine Umgebungstemperatur oberhalb dieser Auslösetemperatur liegt, erfolgt eine Stellbewegung des zweiten Mitnehmers 26, wodurch das Steuerelement 12 im Uhrzeigersinn bewegt wird, das heißt, das zweite Stellelement 27 wird thermisch angesteuert. Um ein Rücksetzen des Steuerelementes 12 zu bewirken, kann das erste Stellelement 18 elektrisch angesteuert werden, um die Rückführung zu vorbestimmten Bedingungen zu bewirken. Vorteilhafterweise ist dabei das Stellelement 18 mit einer Stellkraft derart ausgebildet, dass auch das gegebenenfalls noch aktive zweite Stellelement 27 zwangsweise zurückgeführt wird.
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In 4 ist schematisch das Steuerelement 12 gemäß der Antriebseinrichtung 11 in 1a dargestellt, welches an einer Stirnseite 31 beispielsweise eine Verzahnung 32 aufweist, an welches ein Rastelement 33 eingreift, das ortsfest beziehungsweise an einem Gehäuse vorgesehen ist. Eine solche Rasterung oder Verzahnung ermöglicht eine schrittweise Verstellung des Steuerelementes 12 in die eine oder andere Bewegungsrichtung sowie durch die Rasterung eine zeitweise Positionierung und Anordnung des Steuerelements 12 in der eingestellten Winkellage. Es versteht sich, dass die Verzahnung und das Rastelement auch vertauscht angeordnet sein können. Ebenso kann die Rasterung auch an einer Seitenfläche des Steuerelementes 12 vorgesehen sein.
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In 5 ist eine schematische Ansicht von vorne und in 6 eine schematische Seitenansicht eines Einbaumoduls 35 mit der Antriebseinrichtung 11 dargestellt. Dieses Einbaumodul 35 umfasst ein Gehäuse 36, in welchem die Drehachse 14 verankert ist. Benachbart hierzu ist im Gehäuse 36 eine Wand oder ein Wandabschnitt 37 vorgesehen, an welchem beispielsweise die Rückstellelemente 22, 28 angreifen. Diese können ebenso auch an einer Seitenwand 38 des Gehäuses 36 angreifen. Die Stellelemente 18, 27 sind gegenüber einer Seitenwand 38, insbesondere einem Boden des Gehäuses 36, herausgeführt, so dass die Anschlusskontakte 19 außerhalb des Gehäuses 36 liegen. An die Anschlusskontakte 19 kann eine Steuerung 39 anschließbar sein. Die Stellelemente 18, 27 können mittels Dichtungen oder Durchführungen aus dem Gehäuse 36 herausgeführt sein.
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Das Steuerelement 12 ist gemäß dieser Ausführungsform in einer Seitenansicht gesehen L-förmig ausgebildet und umfasst einen Anschlussabschnitt 41, der beispielsweise durch eine Öffnung 42 aus einer Seitenwand 38 des Gehäuses 36 herausragt. Alternativ kann der Anschlussabschnitt 41 auch innerhalb des Gehäuses 36 verbleiben und ein separates Anschlussstück oder ein Kupplungsstück daran befestigt sein. Ein solches Einbaumodul 35 schützt die Antriebseinrichtung 11, insbesondere die Anordnung der Mitnehmer 16, 26 auf der Drehachse 14, sowie die Stellelemente 18, 27 zur Ansteuerung des Steuerelementes 12.
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In 7 ist ein Anwendungsbeispiel für ein solches Einbaumodul 35 gemäß den 5 und 6 dargestellt. Dieses Einbaumodul 35 ist beispielsweise in einem Ventilgehäuse 45 eingesetzt, um ein Schaltventil 46 zur Ansteuerung eines Massenstromes für ein das Ventilgehäuse 45 durchströmendes Fluid vorgesehen. Beispielsweise kann der Anschlussabschnitt 41 als Ventilelement oder Ventilschließglied ausgebildet sein, welches unmittelbar einer Einlassöffnung 48, insbesondere einem Ventilsitz 49 der Einlassöffnung 48, am Ventilgehäuse 45 zugeordnet ist. An dem Gehäuse 36 des Einbaumoduls 35 ist eine Durchflussöffnung 51 vorgesehen, welche in eine Auslassöffnung 52 des Ventilgehäuses 45 mündet. Die Anschlusskontakte 19 des Einbaumoduls 35 sind von einer dichtenden Durchführung 54, insbesondere einer Glasdurchführung, umgeben, um eine elektrische Ansteuerung zu ermöglichen.
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Bei diesem Anwendungsbeispiel ist vorgesehen, dass das Steuerelement 12 rotierend um die Drehachse 14 angetrieben wird und dabei den Ventilsitz 49 zunehmend öffnet und wieder schließt. Dabei ist das Steuerelement 12 als eine Art Schieber ausgebildet, der entlang dem Ventilsitz 49 verfahrbar aufliegt.
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Sofern an dem Steuerelement 12 eine Rasterung gemäß 4 vorgesehen ist, kann die Einnahme von vorbestimmten Öffnungspositionen erfolgen, wodurch ein durch die Öffnungsposition definierter Massenstrom das Ventilgehäuse 45 durchströmen kann.
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Die Stellbewegung des Steuerelementes 12 zum Öffnen und Schließen der Einlassöffnung 48 oder der Auslassöffnung 52 kann auch durch eine um 90° verdrehte Anordnung der Drehachse 14 geschaffen werden. Dies ist schematisch in 8 dargestellt. Beispielsweise kann ein Eckbereich 56 des Steuerelementes 12 als Ventilschließglied ausgebildet sein, welches einen Ventilsitz 49 einer Einlassöffnung 48 schließt.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß 8 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei welcher das Steuerelement 12 in einer Ausgangsposition oder Nullstellung sowohl eine rechte als auch eine linke Durchgangsöffnung 48, 52 öffnet. Durch eine Stellbewegung des Steuerelementes 12 entgegen dem Uhrzeigersinn kann die linke Durchgangsöffnung 52 geschlossen werden. Analoges gilt für eine Steuerbewegung im Uhrzeigersinn. In diesem Fall kann die rechte Durchgangsöffnung 48 geschlossen werden, wobei die gegenüber liegende Durchgangsöffnung 52 geöffnet bleibt.
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In 9 ist eine alternative Ausführungsform zu 8 dargestellt. Anstelle dem Öffnen und Schließen von Durchgangsöffnungen 48, 52, um ein durchströmendes Fluid anzusteuern, kann der Eckbereich 56 des Steuerelementes 12 auch zur Ansteuerung zu Schaltkontakten 58, insbesondere elektrischen Schaltkontakten, eingesetzt werden. Die in 9 dargestellte Ausführungsform kann einseitig oder – wie 9 zeigt – auch beidseitig vorgesehen sein. Eine solche Anordnung ermöglicht auch eine Positionsmeldung oder eine Überwachungsfunktion bezüglich der angesteuerten Endposition oder Endlagen des Steuerelementes 12 der Antriebseinrichtung 11.
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In den 10a und 10b ist ein weiterer alternativer Anwendungsfall der Antriebseinrichtung 11 schematisch vereinfacht dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist eine Seitenfläche des Steuerelements 12 als Steuer- oder Schaltfläche vorgesehen. Dieser Steuerfläche sind eine erste und eine zweite Blende 61, 62 zugeordnet. In der in 10a dargestellten Position, einer sogenannten Nullposition oder Ausgangsposition, sind beide Blenden 61, 62 geschlossen. Durch eine Drehbewegung des Steuerelementes 12 in eine Bewegungsrichtung, beispielsweise im Uhrzeigersinn, bleibt die Blende 61 geschlossen, wohingegen die Blende 62 geöffnet wird, so dass ein Durchströmen eines Fluids durch die Blende 62 ermöglicht wird (10b). Bei einer weiteren Drehbewegung in gleicher Richtung können beide Blenden 61, 62 geöffnet werden (10c). Sofern eine Stellbewegung eines Stellelementes 12 in entgegengesetzter Richtung, also im Gegenuhrzeigersinn aus der Position gemäß 10c, erfolgt, können die Blenden 61 und 62 nach und nach geschlossen werden und bei einer weiteren Drehbewegung des Stellelementes 12 nur die Blende 61 geöffnet werden, wohingegen die Blende 62 geschlossen ist.
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In 11 ist eine alternative Ausführungsform des Steuerelementes 12 bezüglich einer ersten und einer zweiten Blende 61, 62 dargestellt. Das Steuerelement 12 weist eine Vertiefung 64 oder Aussparung auf, durch welche die Blende 61 in einer Nullstellung geöffnet und die Blende 62 geschlossen ist. Eine solche Anordnung kann beispielsweise bei einem Steuerventil eingesetzt werden, dessen Ausgangsposition oder Nullstellung geöffnet ist und als NO-Schaltventil (Normally Open) bezeichnet wird. Durch eine Drehung des Steuerelementes 12 im Uhrzeigersinn können zunächst beide geschlossen werden oder gemäß einer alternativen Ausführungsform nur die Blende 61 geschlossen und die Blende 62 geöffnet werden. Im Gegenuhrzeigersinn können zunächst beide Blenden 61, 62 geöffnet oder nur die Blende 61 geschlossen und die Blende 62 geöffnet werden
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Diese Ausführungsform kann beim Einsatz in Schaltventilen für Klimaanlagen den Vorteil aufweisen, dass das Steuerelement 12 ansteuerbar bleibt und zwar selbst dann, wenn bei bestehenden Umgebungstemperaturen, die höher sind als die Auslösetemperaturen des Stellelementes 18, 27, eine aktive Ansteuerung des Stellelementes 18, 27 nicht mehr möglich ist. Sobald jedoch in einem Klimakreislauf aufgrund des Einschaltens der Klimaanlagen oder des Motors des Fahrzeuges ein Kompressor der Klimaanlage gestartet wird, erfolgt ein Durchströmen der Blende 61 mit Kühlflüssigkeit, so dass diese Kühlflüssigkeit auch zu den Stellelementen 18, 27 gelangt und diese kühlt, so dass diese Stellelemente 18, 27 auf eine Temperatur herab gekühlt werden, die unterhalb der Auslösetemperatur liegen und somit wiederum eine aktive Ansteuerung des Steuerelementes 12 ermöglicht wird.
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In 12 ist eine alternative Ausführungsform zu 11 dargestellt. Diese Ausführungsform weicht dahingehend ab, dass zusätzlich zu den Blenden 61, 62 eine dritte Blende 63 vorgesehen ist. Durch das Steuerelement 12 kann eine Verdrehung in und entgegen dem Uhrzeigersinn erfolgen, so dass immer eine der drei Blenden 61, 62, 63 teilweise oder vollständig geöffnet ist.
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In den 13a und 13b ist das Steuerelement 12 als Schieber bezüglich einer alternativen Ausgestaltung der Blende 61 dargestellt. Anstelle einer runden Bohrung oder eines Durchgangs kann die Blende 61 auch als langlochförmige Ausnehmung ausgebildet sein. In der in 13a dargestellten Schaltposition ist die Blende 61 durch das Steuerelement 12 geschlossen. Durch eine zunehmende Drehbewegung, beispielsweise entgegen dem Uhrzeigersinn, kann die Blende 61 nach und nach geöffnet werden, wie aus 13b hervorgeht. Bei einem konstanten Querschnitt der Blende 61 kann somit eine proportionale Zunahme des Massenstromes bei zunehmendem Öffnungswinkel des Steuerelementes 12 zur Blende 61 angesteuert werden.
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Sofern beispielsweise ein Eckbereich oder Randbereich der Blende 61 vergrößert ist und der vergrößerte Bereich am Ende einer Stellbewegung des Steuerelementes 12 in einer Bewegungsrichtung liegt, kann ein diskontinuierlicher Anstieg des Massenstromes angesteuert werden. Sofern die Blende 61 zu Beginn der Stellbewegung einen großen Öffnungsquerschnitt aufweist, der sich zum Ende der Stellbewegung hin verjüngt, kann zunächst ein großer Massenstrom freigegeben werden, der mit zunehmender Stellbewegung des Steuerelements 12 diskontinuierlich zunimmt. Durch die Geometrie einer solchen länglichen Blende 61 kann dadurch die Zu- und/oder Abnahme beziehungsweise die Veränderung der Durchflussmenge eines Massenstromes bestimmt werden.
