DE102014216274A1 - Aktuator mit zumindest einer stabilen Schaltlage - Google Patents

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DE102014216274A1
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Raphael Baumann
Michael Linder
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Abstract

Es wird ein Aktuator mit zumindest einer stabilen Schaltlage vorgeschlagen, umfassend ein erstes Bauteil (1) und ein zweites Bauteil (2), welches im ersten Bauteil (1) axial verschiebbar geführt ist und zumindest eine Schaltlage, die einer vorgegebenen relativen axialen Position der beiden Bauteile (1, 2) zueinander entspricht, wobei eines der Bauteile (1, 2) zumindest eine Ringnut (3, 3‘, 24) aufweist, in der ein Federelement (4, 4‘, 25) permanent angeordnet ist, welches in zumindest einer Schaltlage des Aktuators in einer der Schaltlage entsprechenden korrespondierenden Nut (5, 6, 7, 8, 10, 11, 13, 14, 26, 27) im anderen Bauteil aufgrund einer radial in Richtung der der Schaltlage entsprechenden korrespondierenden Nut (5, 6, 7, 8, 10, 11, 13, 14, 26, 27) gerichteten Federkraft einrastet und teilweise aufgenommen wird, wodurch aufgrund der jeweils zwischen dem ersten Bauteil (1) und dem Federelement (4, 4‘, 25) und dem Federelement (4, 4‘, 25) und dem zweiten Bauteil (2) entstehenden formschlüssigen Verbindung in axialer Richtung die relative axiale Position des ersten und des zweiten Bauteils (1, 2) zueinander und somit die Schaltlage stabil gehalten wird, wobei die Anzahl der korrespondierenden Nuten (5, 6, 7, 8, 10, 11, 13, 14, 26, 27) im anderen Bauteil der Anzahl der Schaltlagen des Aktuators entspricht und wobei in jeder Schaltlage des Aktuators ein in einer Ringnut (3, 3‘, 24) angeordnetes Federelement (4, 4‘, 25) in einer der Schaltlage entsprechenden Nut (5, 6, 7, 8, 10, 11, 13, 14, 26, 27) im anderen Bauteil aufgrund einer radial in Richtung der der Schaltlage entsprechenden Nut (5, 6, 7, 8, 10, 11, 13, 14, 26, 27) gerichteten Federkraft einrastet und teilweise aufgenommen wird, um die Stabilität der Schaltlage zu gewährleisten.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Aktuator mit zumindest einer stabilen Schaltlage gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Aktuatoren, beispielsweise elektromagnetische Aktuatoren, werden wegen ihres einfachen Aufbaus und des geringen benötigten Bauraums u.a. zum Automatisieren mechanischer Abläufe in Maschinen- und Apparatebau, beispielsweise bei Textilmaschinen, Kraftfahrzeugen, Werkzeugmaschinen etc. verwendet.
  • Aus dem Stand der Technik sind bistabile, zweifach wirkende elektromagnetische Aktuatoren bekannt, bei denen in den zwei definierten Endlagen, die als Schaltlagen dienen, stabile Positionen erzielbar sind, wobei dies durch die Verwendung von Permanentmagneten sichergestellt wird. Permanentmagneten werden im Wesentlichen aus Metallen der seltenen Erden hergestellt, was angesichts der stetigen Preissteigerung dieser Metalle in hohen Kosten resultiert. Ferner müssen derartig hergestellte Permanentmagneten aufwändig gekapselt werden, da sie sehr spröde und somit stoßempfindlich sind. Des Weiteren sind aus dem Stand der Technik monostabile, einfach wirkende Aktuatoren bekannt, die eine stabile, definierte Endlage, die sog. Ruhelage aufweisen, welche in der Regel durch die Federkraft einer Rückstellfeder eingestellt wird, während durch Bestromung einer Magnetspule oder der Erregerwicklung eines Elektromagneten ein Magnetanker in seine andere Endlage, die so genannte Schaltlage überführt wird.
  • Aus der DE 100 51 310 A1 geht ein elektromagnetischer Aktuator hervor, mit einem Elektromagneten, der eine Magnetspule, einen zwischen zwei als Schaltlagen dienenden Endlagen verschiebbaren Magnetanker und ein Magnetjoch aufweist, und mit einem vom Magnetanker angetriebenen Betätigungsstößel, bei dem der Elektromagnet so ausgebildet ist, dass sein Magnetanker eine mittig zwischen den beiden Endlagen liegende, stabile Mittellage besitzt, die aus den beiden Endlagen heraus durch Bestromung der Magnetspule anfahrbar ist. Hierbei wirkt auf den Magnetanker oder auf den Betätigungsstößel zumindest eine in den Endlagen wirksame, bistabile, mechanische Arretiervorrichtung. Die mechanische Arretiervorrichtung kann hierbei als Sprungschaltwerk ausgeführt sein, das nach Überwinden einer Totpunktlage eine Antriebskraft auf den Magnetanker oder den Betätigungsstößel aufbringt. Vorzugsweise ist das Sprungschaltwerk als geschlitzte Tellerfeder ausgebildet.
  • Aus der DE 10 2012 204 322 A1 der Anmelderin ist eine elektromagnetische Stellvorrichtung mit einer eine Mittenlängsachse aufweisenden und einen Spuleninnenraum umgebenden elektrischen Spule sowie mit einem längs der Mittenlängsachse und zumindest teilweise in dem Spuleninnenraum angeordneten Stellglied bekannt, wobei das Stellglied eine Stellstange und einen an der Stellstange angebrachten geteilten Anker mit einem ersten und einem zweiten Ankerteil umfasst.
  • Bei der bekannten elektromagnetischen Stellvorrichtung ist vorgesehen, dass die beiden Ankerteile axial durch eine Ankerlücke voneinander beabstandet sind, dass im Bereich der Ankerlücke ein hohlzylindrisches den Anker umgebendes Joch ortsfest im Spuleninnenraum angeordnet ist und dass das Stellglied längs zwischen einer ersten und einer zweiten stabilen axialen Endposition hin und her beweglich und mittels Strombeaufschlagung der Spule von der ersten Endposition in die zweite Endposition und umgekehrt überführbar ist, wobei in jeder Endposition eines der beiden Ankerteile eine kleinere axiale Überlappung mit dem Joch aufweist als das andere der beiden Ankerteile und wobei an dem Stellglied mindestens ein bistabiles Halteelement so ausgeführt ist, dass eine Haltekraft des Halteelements das Stellglied in jeder der beiden Endpositionen zurückhält. Das Haltelement kann hierbei als Feder ausgeführt sein, welche an dem Stellglied so angebracht ist, dass deren Federkraft als Haltekraft das Stellglied in jeder der beiden Endpositionen zurückhält. Die Feder ist derart ausgeführt, dass sich die Wirkungsrichtung der als Haltekraft dienenden Federkraft umkehrt, wenn sich das Stellglied im Bereich der Mittenposition befindet. Vorzugsweise ist die Feder als Schraubenfeder ausgeführt.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Aktuator anzugeben, welcher zumindest eine stabile Schaltlage aufweist, bei dem keine Permanentmagneten zur Gewährleistung der Stabilität der zumindest einen Schaltlage benötigt werden.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
  • Demnach wird ein Aktuator mit zumindest einer stabilen Schaltlage vorgeschlagen, umfassend ein erstes Bauteil und ein zweites Bauteil, welches im ersten Bauteil axial verschiebbar geführt ist, und zumindest eine Schaltlage, die einer vorgegebenen relativen axialen Position der beiden Bauteile zueinander entspricht, wobei eines der Bauteile zumindest eine Ringnut aufweist, in der ein Federelement permanent angeordnet ist, welches in zumindest einer Schaltlage des Aktuators in einer der Schaltlage entsprechenden korrespondierenden Nut im anderen Bauteil aufgrund einer radial in Richtung der der Schaltlage entsprechenden korrespondierenden Nut gerichteten Federkraft einrastet und teilweise aufgenommen wird, wodurch aufgrund der jeweils zwischen dem ersten Bauteil und dem Federelement und dem Federelement und dem zweiten Bauteil entstehenden formschlüssigen Verbindung in axialer Richtung die relative axiale Position des ersten und des zweiten Bauteils zueinander und somit die Schaltlage stabil gehalten wird, wobei die Anzahl der korrespondierenden Nuten im anderen Bauteil der Anzahl der Schaltlagen des Aktuators entspricht und wobei in jeder Schaltlage des Aktuators ein in einer Ringnut angeordnetes Federelement in einer der Schaltlage entsprechenden Nut im anderen Bauteil aufgrund einer radial in Richtung der der Schaltlage entsprechenden Nut gerichteten Federkraft einrastet und teilweise aufgenommen wird, um die Stabilität der Schaltlage zu gewährleisten.
  • Für den Fall, dass das eine Bauteil eine Ringnut aufweist, in der ein Federelement permanent angeordnet ist, kann das Federelement in jeder der Schaltlagen des Aktuators in einer der jeweiligen Schaltlage entsprechenden Nut im anderen Bauteil aufgrund einer radial in Richtung der korrespondierenden Nut gerichteten Federkraft einrasten. Für den Fall, dass im einen Bauteil zwei oder mehrere Ringnuten mit jeweils einem Federelement vorgesehen sind, sind die den Schaltlagen entsprechenden Nuten des Aktuators vorzugsweise jeweils einem der Federelemente zugeordnet.
  • Das zumindest eine Federelement ist vorzugsweise als ringförmige Spiralfeder, auch Wurmfeder genannt, ausgeführt. Hierbei kann über eine entsprechende Einstellung von Parametern des Federelementes, beispielsweise durch Veränderung der Drahtstärke, Windungshöhe, Windungsbreite und/oder Windungsart die geforderte Haltekraft in der der Schaltlage entsprechenden Nut zur Gewährleistung der Stabilität der jeweiligen Schaltlage erzielt werden. Ferner kann die Haltekraft durch eine entsprechende Gestaltung der Nutkontur, z.B. der Breite oder der Tiefe der den Schaltlagen entsprechenden, korrespondierenden Nuten beeinflusst werden.
  • Im Rahmen einer Weiterbildung der Erfindung weist das die den Schaltlagen entsprechenden Nuten umfassende Bauteil an der dem anderen Bauteil zugewandten Seite in Bereichen außerhalb der Nuten eine Kontur auf, die eine axiale Verschiebung der Bauteile zueinander mit geringer Reibung ermöglicht. Zu diesem Zweck können die Bereiche zwischen zwei Nuten oder für den Fall, dass der Aktuator eine Schaltlage aufweist, der Bereich entlang dessen das Federelement bei einer axialen Verschiebung der Bauteile zueinander gleitet eine ringförmige Aussparung aufweisen. Die Aussparung kann axial betrachtet in Richtung der Nuten rampenförmig ausgeführt sein, um vor dem erreichen einer Schaltlage die Reibung zu erhöhen.
  • Gemäß der Erfindung kann der Aktuator ein elektromagnetischer Aktuator mit zumindest zwei Schaltlagen sein, wobei das erste Bauteil ein Führungsrohr sein kann, durch das ein Ankerteil geführt ist und das zweite Bauteil ein Ankerteil ist. Auch kann das erste Bauteil als Gehäuse oder als Spulenkörper ausgeführt sein.
  • Beispielsweise kann der Aktuator als bistabiler elektromagnetischer Aktuator ausgeführt sein, umfassend eine eine Mittenlängsachse aufweisende, in einem Spulengehäuse angeordnete und einen Spuleninnenraum umgebende elektrische Spule und ein längs der Mittenlängsachse und zumindest teilweise in dem Spuleninnenraum angeordnetes Stellglied, welches eine Stellstange und einen an der Stellstange angebrachten geteilten Anker mit einem ersten und einem zweiten Ankerteil umfasst, wobei die beiden Ankerteile axial durch eine Ankerlücke voneinander beabstandet sind und durch Führungsrohre geführt sind, wobei im Bereich der Ankerlücke ein hohlzylindrisches den Anker umgebendes Joch im Spuleninnenraum ortsfest angeordnet ist, wobei das Stellglied längs zwischen den zumindest zwei Schaltlagen hin und her beweglich und mittels Strombeaufschlagung der Spule von der einer Schaltlage in die zumindest eine weitere Schaltlage und umgekehrt überführbar ist.
  • Ferner kann der Aktuator ein mechanisch betätigbares formschlüssiges Schaltelement, beispielsweise eine Synchronisierung sein, welches zumindest eine stabile relative axiale Position zwischen einer Welle und einer Nabe oder einem Gehäuse gewährleistet, wobei eine Rotationsbewegung der Welle und Nabe bzw. Gehäuse zueinander ermöglicht wird. Hierbei bildet die Welle das zweite Bauteil, wobei die Nabe bzw. das Gehäuse das erste Bauteil bildet.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. In diesen stellen dar:
  • 1: Eine schematische Ansicht einer ersten und einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Aktuators, der eine Ringnut aufweist, in der ein Federelement vorgesehen ist, wobei die Ringnut im axial beweglich ausgeführten Bauteil oder im axial nicht beweglich ausgeführten Bauteil vorgesehen ist;
  • 2: Eine schematische Ansicht einer dritten und einer vierten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Aktuators, der zwei Ringnuten aufweist, in denen jeweils ein Federelement vorgesehen ist, wobei die Ringnuten im axial beweglich ausgeführten Bauteil oder im axial nicht beweglich ausgeführten Bauteil vorgesehen sind;
  • 3: Eine schematische Ansicht eines gemäß der Erfindung ausgeführten bistabilen elektromagnetischer Aktuators, wobei sich das Stellglied in einer ersten stabilen Schaltlage befindet;
  • 4: Eine schematische Ansicht des gemäß der Erfindung ausgeführten bistabilen elektromagnetischer Aktuators nach 3, wobei sich das Stellglied in einer stabilen Mittenposition befindet; und
  • 5: Eine schematische Ansicht des gemäß der Erfindung ausgeführten bistabilen elektromagnetischer Aktuators nach 3, wobei sich das Stellglied in einer zweiten stabilen Schaltlage befindet.
  • Gemäß der Erfindung und bezugnehmend auf 1 umfasst der Aktuator ein erstes Bauteil 1 und ein zweites Bauteil 2, welches im ersten Bauteil 1 axial verschiebbar geführt ist, und zwei Schaltlagen, die jeweils einer vorgegebenen relativen axialen Position der beiden Bauteile 1, 2 zueinander entsprechen.
  • Hierbei weist eines der Bauteile eine Ringnut 3 auf, in der ein Federelement 4 permanent angeordnet ist, welches in den Schaltlagen des Aktuators in einer der jeweiligen Schaltlage entsprechenden korrespondierenden Nut im anderen Bauteil aufgrund einer radial in Richtung der der jeweiligen Schaltlage entsprechenden korrespondierenden Nut gerichteten Federkraft einrastet und teilweise aufgenommen wird, wodurch aufgrund der jeweils zwischen dem ersten Bauteil 1 und dem Federelement 4 und dem Federelement 4 und dem zweiten Bauteil 2 entstehenden formschlüssigen Verbindung in axialer Richtung die relative axiale Position des ersten und des zweiten Bauteils 1, 2 zueinander und somit die Schaltlage stabil gehalten wird.
  • Hierbei entspricht die Anzahl der korrespondierenden Nuten im anderen Bauteil der Anzahl der Schaltlagen des Aktuators. Im oberen Teil der 1 ist ein Teil eines Aktuators gezeigt, bei dem die Ringnut 3 im zweiten Bauteil 2 vorgesehen ist, wobei das erste Bauteil 1 zwei korrespondierende Nuten 5, 6 aufweist, die jeweils einer Schaltlage des Aktuators entsprechen.
  • Hierbei ist das Federelement 4 in der Nut 5 teilweise aufgenommen, so dass aufgrund der jeweils zwischen dem ersten Bauteil 1 und dem Federelement 4 und dem Federelement 4 und dem zweiten Bauteil 2 entstehenden formschlüssigen Verbindung in axialer Richtung die relative axiale Position des ersten und des zweiten Bauteils 1, 2 zueinander und somit die der Nut 5 entsprechende Schaltlage stabil gehalten wird.
  • Im unteren Teil der 1 ist ein Teil eines Aktuators gezeigt, bei dem die Ringnut 3 im ersten Bauteil 1 vorgesehen ist, wobei das zweite Bauteil 2 zwei korrespondierende Nuten 7, 8 aufweist, die jeweils einer Schaltlage des Aktuators entsprechen. Hierbei ist das Federelement 4 in der Nut 7 teilweise aufgenommen. Die der Nut 7 entsprechende Schaltlage entspricht der bei dem Beispiel gemäß dem oberen Teil der Figur der Nut 5 entsprechenden Schaltlage des Aktuators.
  • Bei dem in 1 gezeigten Beispiel wird zum Verlassen der gezeigten stabilen Schaltlage das zweite Bauteil 2 axial betrachtet mit einer Kraft, die ausreichend ist, um die Haltekraft des Federelementes 4 in der der Schaltlage entsprechenden Nut 5 (oberer Teil der 1) bzw. 7 (unterer Teil der 1) zu überwinden, von rechts nach links bewegt, wobei nach einem definierten axialen Weg die andere Schaltlage erreicht wird, die der Nut 6 (oberer Teil der 1) bzw. 8 (unterer Teil der 1) entspricht.
  • Hierbei weist gemäß dem oberen Teil der 1 der Bereich zwischen den Nuten 5, 6 des ersten Bauteils 1, entlang dessen das Federelement 4 bei einer axialen Verschiebung der Bauteile 1, 2 zueinander gleitet, eine ringförmige Aussparung 9 auf wodurch die Reibung minimiert wird, da die Federkraft gegen das erste Bauteil geringer ist. Die Tiefe der ringförmigen Aussparung 9 ist derart gewählt, dass das Federelement 4 die Nut 3 im zweiten Bauteil 2 nicht verlassen kann.
  • Das erste Bauteil 1 kann beispielsweise eine Nabe oder ein Gehäuse sein und das zweite Bauteil 2 eine Welle, so dass der Aktuator ein mechanisch betätigbares formschlüssiges Schaltelement, beispielsweise eine Synchronisierung sein kann, wobei zwei stabile relative axiale Positionen zwischen einer Welle und einer Nabe oder einem Gehäuse erzielbar sind und wobei in vorteilhafter Weise eine Rotationsbewegung der Welle und Nabe bzw. Gehäuse zueinander ermöglicht wird.
  • Ferner kann das erste Bauteil ein Gehäuse, ein Spulenkörper oder ein Führungsrohr eines elektromagnetischen Aktuators mit zumindest einer stabilen Schaltlage sein, wobei das zweite Bauteil ein Ankerteil des Aktuators sein kann.
  • Bei dem in 2 gezeigten Beispiel sind im ersten Bauteil 1 oder im zweiten Bauteil 2, welches im ersten Bauteil 1 axial verschiebbar geführt ist, zwei Ringnuten 3, 3‘ vorgesehen, in denen jeweils ein Federelement 4, 4‘ angeordnet ist. Hierbei sind die den zwei Schaltlagen entsprechende Nuten des Aktuators jeweils einem der Federelemente 4, 4‘ zugeordnet.
  • Im oberen Teil der 2 ist ein Aktuator dargestellt, bei dem das axial verschiebbare zweite Bauteil 2 zwei Ringnuten 3, 3‘ aufweist, in denen jeweils ein Federelement 4, 4‘ angeordnet ist, wobei das erste Bauteil 1 zwei Nuten 10, 11 aufweist, die den zwei Schaltlagen des Aktuators entsprechen. Bei dem gezeigten Beispiel ist das in der Ringnut 3 angeordnete Federelement 4 in der Nut 10 des ersten Bauteils 1 teilweise aufgenommen, so dass aufgrund der jeweils zwischen dem ersten Bauteil 1 und dem Federelement 4 und dem Federelement 4 und dem zweiten Bauteil 2 entstehenden formschlüssigen Verbindung in axialer Richtung die relative axiale Position des ersten und des zweiten Bauteils 1, 2 zueinander und somit die der Nut 10 entsprechende Schaltlage stabil gehalten wird.
  • Die andere Schaltlage des Aktuators wird erreicht, indem das zweite Bauteil 2 mit einer Kraft, die ausreichend ist, um die Haltekraft des Federelementes 4 in der der Schaltlage entsprechenden Nut zu überwinden, axial nach links bewegt wird, bis das in der Nut 3‘ angeordnete Federelement 4‘ in der Nut 11 einrastet und teilweise aufgenommen wird. Bei dem gezeigten Beispiel weist der Bereich zwischen den Nuten 10, 11 entlang dessen das Federelement 4 bei einer axialen Verschiebung der Bauteile 1, 2 zueinander gleitet, eine ringförmige Aussparung 12 auf, wodurch die Reibung minimiert wird, da die Federkraft der Federelemente 4, 4‘ gegen das erste Bauteil 1 geringer ist. Die Tiefe der ringförmigen Aussparung 12 ist derart gewählt, dass die Federelemente 4, 4‘ die Nuten 3, 3‘ im zweiten Bauteil 2 nicht verlassen können.
  • Im unteren Teil der 2 ist die Situation dargestellt, bei der das erste Bauteil 1 zwei Ringnuten 3, 3‘ aufweist, in denen jeweils ein Federelement 4, 4‘ angeordnet ist, wobei das zweite Bauteil 2 zwei Nuten 13, 14 aufweist, die den zwei Schaltlagen des Aktuators entsprechen. Bei dem gezeigten Beispiel ist das in der Ringnut 3 des ersten Bauteils 1 angeordnete Federelement 4 in der Nut 13 des zweiten Bauteils 2 teilweise aufgenommen, so dass aufgrund der jeweils zwischen dem ersten Bauteil 1 und dem Federelement 4 und dem Federelement 4 und dem zweiten Bauteil 2 entstehenden formschlüssigen Verbindung in axialer Richtung die relative axiale Position des ersten und des zweiten Bauteils 1, 2 zueinander und somit die der Nut 13 entsprechende Schaltlage stabil gehalten wird. Die andere Schaltlage des Aktuators wird erreicht, indem das zweite Bauteil 2 mit einer Kraft, die ausreichend ist, um die Haltekraft des Federelementes 4 zu überwinden, axial nach links bewegt wird, bis das in der Nut 3‘ des ersten Bauteils 1 angeordnete Federelement 4‘ in der Nut 14 des zweiten Bauteils 2 einrastet und teilweise aufgenommen wird.
  • Gegenstand der 3, 4 und 5 ist ein gemäß der Erfindung ausgeführter bistabiler elektromagnetischer Aktuator. Bezugnehmend auf 3, 4 und 5 umfasst der Aktuator eine eine Mittenlängsachse 29 aufweisende, in einem Spulengehäuse angeordnete und einen Spuleninnenraum 15 umgebende elektrische Spule 16 und ein längs der Mittenlängsachse 14 und zumindest teilweise in dem Spuleninnenraum 15 angeordnetes Stellglied 17, welches eine Stellstange 18 und einen an der Stellstange angebrachten geteilten Anker mit einem ersten und einem zweiten Ankerteil 19, 20 umfasst.
  • Die beiden Ankerteile 19, 20 sind bei dem Beispiel axial durch eine Ankerlücke 30 voneinander beabstandet und durch Führungsrohre 21, 22 geführt sind, wobei im Bereich der Ankerlücke 30 ein hohlzylindrisches den Anker umgebendes Joch 23 im Spuleninnenraum 15 ortsfest angeordnet ist und wobei das Stellglied 17 längs zwischen den zwei Schaltlagen hin und her beweglich und mittels Strombeaufschlagung der Spule 16 von der einer Schaltlage in die weitere Schaltlage und umgekehrt überführbar ist. Die zwei Schaltlagen des Aktuators entsprechen den zwei Endlagen des Stellgliedes 17.
  • Gemäß der Erfindung weist ein Ankerteil 20 eine Ringnut 24 auf, in der ein Federelement 25 angeordnet ist, wobei das das Führungsrohr 22, durch das das Ankerteil 20 geführt ist zwei Nuten 26, 27 aufweist, die jeweils einer Schaltlage des Aktuators entsprechen, wobei der Bereich zwischen den Nuten 26, 27 eine ringförmige Aussparung 28 aufweist, um die Reibung bei der axialen Verschiebung des Ankerteils 20 zu minimieren. Bei dem in 3 gezeigten Zustand des Aktuators ist das Federelement 25 in der Nut 26 des Führungsrohres 22 teilweise aufgenommen, so dass aufgrund der jeweils zwischen dem Führungsrohr 22 und dem Federelement 25 und dem Federelement 25 und dem Ankerteil 20 entstehenden formschlüssigen Verbindung in axialer Richtung die relative axiale Position des Ankerteils und somit des Stellgliedes 17 und des Führungsrohres 22 zueinander und somit die der Nut 26 entsprechende Schaltlage stabil gehalten wird.
  • Um den Aktuator in die Mittenposition zu schalten, wird die Spule 16 bestromt, wobei aufgrund der magnetischen Kraft das Federelement 25 die Nut 26 verlässt. Diese Situation ist anhand 4 veranschaulicht. Eine weitere Bestromung der Spule 16 resultiert in einer Bewegung des Ankerteils 29 nach links, bis das Federelement 25 in die der anderen Schaltlage entsprechende Nut 27 des Führungsrohres 22 einrastet und teilweise aufgenommen wird. Dieser Zustand ist in 5 gezeigt.
  • Wie bereits erwähnt, kann alternativ zu den Ausführungsformen nach 3, 4 und 5 die Ringnut, in der das Federelement permanent angeordnet ist, im Führungsrohr 22 vorgesehen sein, wobei in diesem Fall die den Schaltlagen entsprechenden Nuten im Ankerteil 20 vorgesehen sind.
  • Durch die erfindungsgemäße Konzeption wird ein Aktuator mit zumindest einer stabilen Schaltlage geschaffen, bei dem keine Permanentmagneten zur Gewährleistung der Stabilität der zumindest einen Schaltlage benötigt werden. Gemäß der Erfindung sind 1, 2, 3 oder mehrere stabile Schaltlagen möglich.
  • Selbstverständlich fällt auch jede konstruktive Ausbildung, insbesondere jede räumliche Anordnung der Bauteile des Aktuators an sich sowie zueinander und soweit technisch sinnvoll, unter den Schutzumfang der vorliegenden Ansprüche, ohne die Funktion des Aktuators, wie sie in den Ansprüchen angegeben ist, zu beeinflussen, auch wenn diese Ausbildungen nicht explizit in den Figuren oder in der Beschreibung dargestellt sind.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    erstes Bauteil
    2
    zweites Bauteil
    3, 3‘
    Ringnut
    3, 4‘
    Federelement
    5
    Nut
    6
    Nut
    7
    Nut
    8
    Nut
    9
    ringförmige Aussparung
    10
    Nut
    11
    Nut
    12
    ringförmige Aussparung
    13
    Nut
    14
    Nut
    15
    Spuleninnenraum
    16
    Spule
    17
    Stellglied
    18
    Stellstange
    19
    Ankerteil
    20
    Ankerteil
    21
    Führungsrohr
    22
    Führungsrohr
    23
    Joch
    24
    Ringnut
    25
    Federelement
    26
    Nut
    27
    Nut
    28
    ringförmige Aussparung
    29
    Mittenlängsachse
    30
    Ankerlücke
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 10051310 A1 [0004]
    • DE 102012204322 A1 [0005]

Claims (5)

  1. Aktuator mit zumindest einer stabilen Schaltlage, umfassend ein erstes Bauteil (1) und ein zweites Bauteil (2), welches im ersten Bauteil (1) axial verschiebbar geführt ist und zumindest eine Schaltlage, die einer vorgegebenen relativen axialen Position der beiden Bauteile (1, 2) zueinander entspricht, dadurch gekennzeichnet, dass eines der Bauteile (1, 2) zumindest eine Ringnut (3, 3‘, 24) aufweist, in der ein Federelement (4, 4‘, 25) permanent angeordnet ist, welches in zumindest einer Schaltlage des Aktuators in einer der Schaltlage entsprechenden korrespondierenden Nut (5, 6, 7, 8, 10, 11, 13, 14, 26, 27) im anderen Bauteil aufgrund einer radial in Richtung der der Schaltlage entsprechenden korrespondierenden Nut (5, 6, 7, 8, 10, 11, 13, 14, 26, 27) gerichteten Federkraft einrastet und teilweise aufgenommen wird, wodurch aufgrund der jeweils zwischen dem ersten Bauteil (1) und dem Federelement (4, 4‘, 25) und dem Federelement (4, 4‘, 25) und dem zweiten Bauteil (2) entstehenden formschlüssigen Verbindung in axialer Richtung die relative axiale Position des ersten und des zweiten Bauteils (1, 2) zueinander und somit die Schaltlage stabil gehalten wird, wobei die Anzahl der korrespondierenden Nuten (5, 6, 7, 8, 10, 11, 13, 14, 26, 27) im anderen Bauteil der Anzahl der Schaltlagen des Aktuators entspricht und wobei in jeder Schaltlage des Aktuators ein in einer Ringnut (3, 3‘, 24) angeordnetes Federelement (4, 4‘, 25) in einer der Schaltlage entsprechenden Nut (5, 6, 7, 8, 10, 11, 13, 14, 26, 27) im anderen Bauteil aufgrund einer radial in Richtung der der Schaltlage entsprechenden Nut (5, 6, 7, 8, 10, 11, 13, 14, 26, 27) gerichteten Federkraft einrastet und teilweise aufgenommen wird, um die Stabilität der Schaltlage zu gewährleisten.
  2. Aktuator mit zumindest einer stabilen Schaltlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das die den Schaltlagen entsprechenden Nuten (5, 6, 7, 8, 10, 11, 13, 14, 26, 27) umfassende Bauteil an der dem anderen Bauteil zugewandten Seite in Bereichen außerhalb der Nuten (5, 6, 7, 8, 10, 11, 13, 14, 26, 27) eine Kontur aufweist, die eine axiale Verschiebung der Bauteile zueinander mit geringer Reibung ermöglicht.
  3. Aktuator mit zumindest einer stabilen Schaltlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche zwischen zwei Nuten (5, 6, 7, 8, 10, 11, 13, 14, 26, 27) oder für den Fall, dass der Aktuator eine Schaltlage aufweist, der Bereich entlang dessen das Federelement (4, 4‘, 25) bei einer axialen Verschiebung der Bauteile zueinander gleitet, eine ringförmige Aussparung aufweisen.
  4. Aktuator mit zumindest einer stabilen Schaltlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er als elektromagnetischer Aktuator ausgeführt ist, wobei das erste Bauteil (1) ein Führungsrohr (22), durch das ein Ankerteil (20) geführt ist, ein Gehäuse oder ein Spulenkörper ist und das zweite Bauteil (2) ein Ankerteil (20) ist.
  5. Aktuator mit zumindest einer stabilen Schaltlage nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass er als mechanisch betätigbares formschlüssiges Schaltelement zur Verbindung einer Welle mit einem Gehäuse oder einer Nabe ausgeführt ist, wobei die Nabe oder das Gehäuse das erste Bauteil (1) und die Welle das zweite Bauteil (2) bildet.
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