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Die Erfindung betrifft eine Verstellanordnung für ein mehrere Drehschieber aufweisendes Drehschiebermodul gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Drehschiebermodul mit einer erfindungsgemäßen Verstellanordnung
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In heutigen Fahrzeugen wird das Thermomanagement mit Hilfe eines Kühlmittelkreislaufes realisiert, welcher einen Hauptkreislauf und in der Regel mehrere Teilkreisläufe aufweist. Es ist bekannt, für die Verschaltung dieser Kreisläufe Drehschieberventile einzusetzen.
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Durch eine Kombination von geschalteten und ungeschalteten Eingängen eines Drehschieberventils wird der Kühlmittelstrom gesteuert. Solche Drehschieberventile bestehen in der Regel aus einem Drehschiebergehäuse, das von Kühlmittel durchströmbare Anschlüsse umfasst und in dem um eine Drehachse drehbare, mit Abgängen zusammenwirkende mehrere Drehschieber eingesetzt und über eine Verstellanordnung verstellbar sind, so dass die Drehschieber in Abhängigkeit einer Drehposition unterschiedliche Durchströmungsquerschnitte für einen Kühlmittelstrom freigeben.
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Eine gattungsbildende Verstellanordnung für ein mehrere Drehschieber aufweisendes Drehschiebermodul bzw. Drehschieberventil ist aus der
DE 10 2012 012 295 B3 bekannt. Dessen Aufbau in
8 schematisch dargestellt ist.
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Ein solches bekanntes Drehschiebermodul 100 besteht aus einem Drehschiebergehäuse 11 mit mehreren axial hintereinander auf einer als Schnecke ausgebildeten Welle 12 angeordneten Drehschiebern 13 und einer Verstellanordnung 15, mit welchem diese Drehschieber 13 unabhängig voneinander geregelt werden können. Diese Verstellanordnung 15 umfasst die als Schnecke ausgebildete Welle 12, die über einen mittels einer Druckfeder beaufschlagten Koppelstift 14.1 mit einem Läufer 14 der Verstellanordnung 15 koppelbar ist. Die Schnecke als Welle 12 weist ein Gewindegang 12.1 auf, so dass der Läufer 14 im gekoppelten Zustand durch eine vorgegebene Drehung der Schnecke axial an die Position einer Nabe eines Drehschiebers 13 verschoben und dort mit einer Innenverzahnung 13.1 des Drehschiebers 13 über eine Verzahnung 14.2 des Läufers 14 gekoppelt wird. Zwischen den Positionen der Drehschieber 13 weist das Gehäuse 11 an seiner Innenseite mehrere ringförmige Gegenverzahnungen 11.1 auf, in die die Verzahnung 14.2 des Läufers 14 während seiner axialen Bewegung eingreift. In der Position eines Drehschiebers 13 wird der Läufer 14 in Umfangsrichtung gedreht, wodurch gleichzeitig auch der Drehschieber 14 gedreht und so positioniert wird, dass ein bestimmter Strömungsquerschnitt an einem Ausgang 13.2 des Drehschiebers 13 eingestellt wird.
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Bei diesem Drehschiebermodul
100 gemäß der
DE 10 2012 012 295 B3 wird also zunächst durch eine Drehung der Welle
12 in eine erste Richtung der Läufer
14 axial an die Position eines Drehschiebers
13 verschoben und anschließend durch eine Drehung der Welle
12 eine Radialbewegung des Drehschiebers
13 bewirkt, um einen Strömungsquerschnitt zu regeln. Um die Drehung der Schnecke
12 in eine Radialbewegung des Läufers umzusetzen, sind in dem Gewindegang
12.1 der Welle
12 jeweils an den Positionen eines Drehschiebers
13 als Kulissen ausgebildete Labyrinthe
12.2 angeordnet, in die der Koppelstift
14.1 des Läufers
14 einfahren kann, um eine Verstellung des Drehschiebers
13 in Umfangsrichtung zu ermöglichen. Nach dem Ende des Verstellvorganges kann der Koppelstift
14.1 wieder aus dem Labyrinth
12.2 ausfahren, so dass der Läufer
14 an eine andere Axialposition eines Drehschiebers
13 bewegt werden kann.
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Bei diesem bekannten Drehschiebermodul
100 gemäß der
DE 10 2012 012 295 B3 wird bei einer Verdrehung der schneckenartig ausgebildeten Welle
12 der Läufer
14 um ein der Steigung des Gewindeganges entsprechendes Maß axial verschoben, wobei in der Position eines Drehschiebers
13 der Koppelstift
14.1 des Läufers
14 auf einem bestimmten Areal der Welle
12 befinden muss, um dort Einrasten zu können, so dass die Rotation der Welle
12 nicht mehr als Axialbewegung sondern als Radialbewegung des Läufers
14 umgesetzt wird. In nachteiliger Weise kann es also zu einem undefinierten Zustand des Drehschiebermoduls
100 kommen, wenn das vorgesehene Areal auf der Welle
12 von dem Koppelstift
14.1 nicht erreicht wird. Tritt ein solcher nicht definierter Zustand auf und ist keine Wegmessung des Läufers vorgesehen, mit welcher detektiert werden könnte, ob sich der Läufer in der Position des axialen Verschiebens oder der radialen Verdrehung befindet, führt dies zu einem unbeabsichtigten und nicht detektierbaren Verstellung des Drehschiebers und damit auch zu einer unbeabsichtigten Temperaturverteilung im Kraftfahrzeug.
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Dieses bekannte Drehschiebermodul gemäß der
DE 10 2012 012 295 B3 umfasst einen zentralen Eingang für die Zuführung von flüssigem oder gasförmigem Medium, wie bspw. von Kühlmittel, so dass der ganze Ventilraum, in welchem die Drehschieber angeordnet sind, mit dem Medium geflutet wird. Durch die Verstellung der einzelnen Drehschieber werden dann Ausgänge (vgl.
8, Bezugszeichen 13.2) geöffnet, so dass das Medium in radialer Richtung über entsprechende Abgänge aus dem Drehschiebergehäuse ausströmen kann.
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Auch die
DE 10 2011 119 237 A1 beschreibt ein Drehschiebermodul mit mehreren Drehschiebern und einem einen Drehwinkelunterschied zwischen den Drehschiebern erzeugenden Drehgetriebe als Verstellanordnung, wobei das Drehgetriebe eine als Schnecke ausgebildete antreibbare Welle aufweist, mittels der ein Läufer axial zu einem Drehschieber verschiebbar ist. Hierzu weist der Läufer einen Koppelstift auf, der in einen Gewindegang der Schnecke eingreift, so dass bei einer Drehung der Schnecke durch einen Stellmotor eine Axialbewegung des Läufers erfolgt. Der Drehschieber ist in einem mit dem Läufer gekoppelten Zustand verdrehbar, wobei im Inneren der Schnecke eine Nutwelle angeordnet ist, in die ein Koppelstift durch den Gewindegang der Schnecke hindurch eingreift, der den Läufer mit der Nutwelle koppelt. Nach einer Drehrichtungsumkehrung werden die Nutwelle und die Schnecke gleichsinnig verdreht, wodurch eine Radialbewegung des Läufers und damit auch eine Radialbewegung des Drehschiebers ausgelöst werden.
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Auch bei diesem bekannten Drehschieberventil gemäß der
DE 10 2011 119 237 A1 ist ein solcher undefinierter Zustand hinsichtlich der Position des Läufers nicht ausgeschlossen, da während der axialen Bewegung des Läufers dessen Koppelstift in eine Nut der Nutwelle eingreift und die Position des Läufers lediglich durch den Drehwinkel der von dem Stellmotor ausgeführten Drehbewegung bestimmt wird. Abweichungen des Drehwinkels von einem Sollwert werden nicht detektiert und können daher ebenso zu einem nicht definierten Zustand des Drehschieberventils führen.
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Es ist Aufgabe der Erfindung ein gegenüber dem Stand der Technik eine verbesserte Verstellanordnung für ein Drehschiebermodul mit mehreren Drehschiebern anzugeben, bei welchem durch die Position des Läufers entstehende nicht definierte Zustände des Drehschieber Moduls nicht auftreten können. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung ein Drehschiebermodul mit einer erfindungsgemäßen Verstellanordnung anzugeben.
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Die erstgenannte Aufgabe wird gelöst durch eine Verstellanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Ein solche Verstellanordnung für ein mehrere Drehschieber aufweisendes Drehschiebermodul mit
- - einer antreibbaren Welle mit wenigstens einer auf deren Mantelfläche helixartig umlaufenden Kulissenbahn,
- - einem auf der Welle angeordneten Läufer, welcher mittels eines Koppelstiftes mit der wenigstens einen Kulissenbahn gekoppelt ist und zum axialen Verschieben des Läufers an eine vorbestimmte Raststellung die Welle in eine Drehrichtung drehbar ist, und
- - Rastmittel, mit welchen zur Umsetzung einer Rotation der Welle in eine Rotation des Läufers der Läufer in der Raststellung mittels des Koppelstiftes mit der Welle drehkoppelbar ist, wobei die Raststellung mit einer Position eines Drehschiebers korrespondiert, zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass
- - die Rastmittel jeweils eine in einer Raststellung des Läufers angeordnete Abzweigung der Kulissenbahn mit einem sackgassenartigen Kulissenbahnrastabschnitt sind,
- - ein Rastelement im Bereich des sackgassenartigen Kulissenbahnrastabschnittes angeordnet ist, und
- - der Koppelstift mit dem Anfahren der Abzweigung aus einer durch die Drehrichtung initiierten ersten Verschieberichtung mit dem Rastelement unter Bildung einer magnetischen Kopplung derart zusammenwirkt, dass nach einer Drehrichtungsumkehr der Welle der Koppelstift in den sackgassenartigen Kulissenbahnrastabschnitt gelenkt wird.
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Bei dieser erfindungsgemäßen Verstellanordnung wird mittels einer magnetischen Kopplung zwischen dem Koppelstift des Läufers und einem im Bereich einer Abzweigung der Kulissenbahn angeordneten Rastelement exakt diejenige Position von dem Läufer translatorisch angefahren, in welcher der Läufer mit dem dieser Position zugeordneten Drehschieber koppelbar ist, um anschließend mittels einer ebenso durch eine Drehung der Welle initiierten Radialbewegung des Läufers, die auf einen Drehschieber übertragen wird, definierte Strömungsquerschnitte einzustellen. Wird der Koppelstift aufgrund der axialen Bewegung des Läufers in den Bereich des Rastelementes bewegt, wird der Koppelstift von dem Rastelement mittels der magnetischen Kopplung „gefangen“ und berührungslos gehalten, so dass hierdurch mit einer Drehrichtungsumkehrung der Welle der Koppelstift in einen sackgassenartige Kulissenbahnrastabschnitt der Abzweigung bis zum Anschlagen an dem Sackende des Kulissenbahnrastabschnittes geführt wird, mit der Folge, dass mit einer fortgeführten Drehrichtung der Welle der Läufer nicht mehr axial verschoben wird, sondern synchrone mit der Welle eine Drehbewegung in Umfangsrichtung ausführt. Diese Abzweigung mit dem sackgassenartigen Kulissenbahnrastabschnitt bildet zusammen mit dem Rastelement eine definierte und reproduzierbare Weiche zum Lenken des Koppelstiftes in den Kulissenbahnrastabschnitt.
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Diese magnetische Kopplung ist in vorteilhafter Weise berührungslos und wartungslos realisierbar, wobei gegenüber dem Stand der Technik keine Federbetätigung des Koppelstiftes erforderlich ist und damit auch kein Verschleiß auftritt. Damit weist eine erfindungsgemäße Verstellanordnung einen einfachen und kostengünstigen konstruktiven Aufbau ohne unnötig bewegten Bauteile auf. Für ein mit einer solchen Verstellanordnung aufgebautes Drehschiebermodul mit einer beliebigen Anzahl von Drehschiebern ist nur eine einzige Antriebseinheit als Drehaktuator zur Erzeugung der Drehbewegung der Welle für alle Verstellvorgänge erforderlich.
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Zur Realisierung der magnetischen Kopplung kann der Koppelstift als Magnet und das Rastelement magnetisierbar oder umgekehrt das Rastelement als Magnet und der Koppelstift magnetisierbar ausgeführt werden.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Kulissenbahnrastabschnitt einen geradlinigen und in Umfangsrichtung der Welle gerichteten Verlauf auf. Dadurch wird die Herstellung der Kulissenbahn auf der Mantelfläche der Welle vereinfacht. In vorteilhafter Weise ist das Rastelement kreisringsegmentförmig ausgebildet ist, wobei der äußere Radius der Kreisringsegmentform dem inneren Radius der Kulissenbahn der Welle entspricht.
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Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass
- - das Rastelement den Nutboden des Kulissenbahnrastabschnittes mit einem vorgegebenen Abstand zu einer in Bezug auf die erste Verschieberichtung rückwärtigen Nutwand angeordnet ist, und
- - das Rastelement ausgehend von dem Kulissenbahnrastabschnitt sich bis in einen Kulissenbahneinfädelabschnitt der Kulissenbahn erstreckend angeordnet ist.
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Dadurch dass das Rastelement über den Kulissenbahnrastabschnitt hinaus in die Kulissenbahn ragt und gegenüber der Nut des Kulissenbahnrastabschnittes versetzt ist, wird zum einen beim Anfahren der Abzweigung der Koppelstift bereits in der Kulissenbahn, dem Kulissenbahneinfädelabschnitt mit dem Rastelement gekoppelt und aufgrund der gegenüber der Nut des Kulissenbahnrastabschnittes versetzten Anordnung des Rastelementes eine sichere Lenkung des Magnetstiftes in den Kulissenbahnrastabschnitt gewährleistet.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass
- - das Rastelement kreisringsegmentförmig ausgebildet ist, wobei der äußere Radius der Kreisringsegmentform dem inneren Radius der Kulissenbahn der Welle entspricht, und
- - die Dicke des Rastelementes in axialer Richtung der Welle wenigstens der Breite des Kulissenbahnrastabschnittes entspricht.
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Mit dieser an die Kontur des Nutgrundes der Kulissenbahn angepassten Kontur des Rastelementes wird eine optimale magnetische Kopplung des Koppelstiftes mit einem solchen Rastelement erzielt. Außerdem wird mit der mindestens der Breite des Kulissenbahnrastabschnittes entsprechenden axialen Dicke des Rastelementes zusammen mit der versetzten Anordnung in Bezug auf die Nut des Kulissenbahnrastabschnittes eine starke magnetische Kopplung erzielt, wodurch das Einfahren des Magnetstiftes in einen falschen Kulissenbahnabschnitt großer Sicherheit verhindert wird. Vorzugsweise ist das Rastelement mit einer Kreisringsegmentform ausgebildet ist, welches einen Mittelpunktswinkel α mit α < 180° aufweist.
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Nach einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist bzw. sind
- - zur Verschiebung des Läufers in die erste Verschieberichtung eine erste auf der Mantelfläche der Welle helixartig umlaufende Kulissenbahn ausgebildet,
- - zur Verschiebung des Läufers in eine zweite Verschieberichtung eine zweite auf der Mantelfläche der Welle helixartig umlaufende Kulissenbahn ausgebildet,
- - die erste und zweite Kulissenbahn mit gleicher Gängigkeit ausgebildet, und
- - zur Verbindung der ersten und zweiten Kulissenbahn an den Enden der Welle jeweils Kulissenbahnverbindungsabschnitte auf der Mantelfläche der Welle angeordnet.
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Bei einer solchen erfindungsgemäßen Verstellanordnung dient die erste Kulissenbahn zum Verschieben des Läufers in eine erste Verschieberichtung, während die zweite Kulissenbahn zum Zurückführen des Läufers vorgesehen ist. Somit ist es möglich mittels den Abzweigungen der ersten Kulissenbahn den Läufer und damit den Drehschieber in eine Drehrichtung zu verdrehen, während mit den Abzweigungen der zweiten Kulissenbahn der Läufer und damit der Drehschieber in die entgegengesetzte Drehrichtung verdrehbar ist. Mit den Kulissenbahnverbindungsabschnitten wird der Koppelstift des Läufers jeweils am Ende der Welle von der ersten Kulissenbahn in die zweite Kulissenbahn und umgekehrt überführt.
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Bei einer solchen erfindungsgemäßen Verstellanordnung mit zwei Kulissenbahnen ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass
- - die erste und zweite Kulissenbahn jeweils bezogen auf die Verschieberichtung des Läufers am Anfang einer Kulissenbahn einen sackgassenartigen Kulissenbahnanfangsabschnitt aufweist, in welchen der Kulissenbahnverbindungsabschnitt geführt ist,
- - ein Rastelement im Bereich des sackgassenartigen Kulissenbahnanfangsabschnittes angeordnet ist, und
- - der Koppelstift mit dem Anfahren des Kulissenbahnanfangsabschnittes über den Kulissenbahnverbindungsabschnitt aus einer durch die Drehrichtung initiierten ersten oder zweiten Verschieberichtung mit dem magnetisierbaren Rastelement magnetisch koppelt, so dass nach einer Drehrichtungsumkehr der Welle der Magnetstift in die zweite oder erste Kulissenbahn gelenkt wird.
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Mit einer solchen Einfädelverzweigung jeweils am Anfang der ersten bzw. der zweiten Kulissenbahn wird der Koppelstift des Läufers jeweils aus dem Ende der ersten bzw. der zweiten Kulissenbahn in die andere Kulissenbahn überführt, so dass der Koppelstift aus einer Kulissenbahn über einen Kulissenbahnverbindungsabschnitt in einen Kulissenbahnanfangsabschnitt der anderen Kulissenbahn geführt und dort mittels des in diesem Bereich angeordneten Rastelementes gehalten wird, wodurch bei einer Drehrichtungsumkehrung der Welle der Koppelstift aus dem Kulissenbahnanfangsabschnitt nicht wieder zurück in den Kulissenbahnverbindungsabschnitt, sondern entlang der anderen Kulissenbahn gelenkt wird. Damit wird mit einer solchen Einfädelverzweigung zusammen mit dem Rastelement eine definierte und reproduzierbare Weiche realisiert, um das Einfahren in eine ungewünschte Kulissenbahn bei Gabelpunkten zu verhindern.
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Vorzugsweise weist der Kulissenbahnanfangsabschnitt einen geradlinigen und in Umfangsrichtung der Welle gerichteten Verlauf auf, so dass das Rastelement in einer mit der Richtung des Kulissenbahnanfangsabschnittes korrespondierenden Richtung anordenbar ist.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung betreffend die Einfädelverzweigung ist es vorgesehen, dass
- - das Rastelement den Nutboden des Kulissenbahnanfangsabschnittes mit einem vorgegebenen Abstand zu einer in Bezug auf die zweite bzw. erste Verschieberichtung rückwärtigen Nutwand angeordnet ist, und
- - das Rastelement ausgehend von dem Kulissenbahnanfangsabschnitt sich bis in einen Kulissenbahneinfädelabschnitt der zweiten bzw. ersten Kulissenbahn erstreckend angeordnet ist.
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Dadurch dass das Rastelement über den Kulissenbahnanfangsabschnitt hinaus in die Kulissenbahn ragt und gegenüber der Nut des Kulissenbahnanfangsabschnittes versetzt ist, wird zum einen beim Anfahren der Einfädelverzweigung der Koppelstift bereits in der Kulissenbahn, dem Kulissenbahneinfädelabschnitt mit dem Rastelement gekoppelt und aufgrund der gegenüber der Nut des Kulissenbahnanfangsabschnittes versetzten Anordnung des Rastelementes eine sichere Lenkung des Koppelstiftes in den Kulissenbahnanfangsabschnitt gewährleistet.
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Auch bei dieser erfindungsgemäßen Ausführung der Verstellanordnung mit zwei auf der Welle angeordneten Kulissenbahnen sind zur Realisierung der magnetischen Kopplung der Koppelstift als Magnet und das Rastelement magnetisierbar oder umgekehrt das Rastelement als Magnet und der Koppelstift magnetisierbar ausgeführt.
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Die zweitgenannte Aufgabe wird gelöst durch ein Drehschiebermodul mit den Merkmalen des Patentanspruchs 14 und den Merkmalen des Patentanspruches 15.
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Hiernach umfasst ein solches Drehschiebermodul nach Patentanspruch 14:
- - mehrere ringförmig ausgebildete Drehschieber,
- - eine erfindungsgemäß ausgebildete Verstellanordnung, wobei die Drehschieber axial hintereinander auf der Welle der Verstellanordnung angeordnet sind und mittels einer Innenverzahnung mit einer Außenverzahnung des Läufers der Verstellanordnung drehkoppelbar sind,
- - einem Gehäuse, und
- - einer die Welle der Verstellanordnung antreibende Antriebseinheit.
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Ein solches Drehschiebermodul entspricht in seinem konstruktiven Aufbau im Wesentlichen dem eingangs beschriebenen Stand der Technik gemäß 8.
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Ein Drehschiebermodul nach Anspruch 15 umfasst:
- - mehrere Drehschieber mit jeweils einer Ventilachse,
- - eine erfindungsgemäß ausgebildete Verstellanordnung, wobei die Welle der Verstellanordnung senkrecht zu den Ventilachsen der Drehschieber ausgerichtet ist,
- - eine jeweils einem Drehschieber zugeordnete Getriebeeinheit, welche ausgebildet ist, eine Drehkopplung des Läufers der Verstellanordnung in einer mit der Position eines Drehschiebers korrespondierenden Raststellung mit der Ventilachse des Drehschiebers herzustellen.
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Bei diesem erfindungsgemäßen Drehschiebermodul sind die Drehschieber nicht auf der Welle sondern jeweils auf einer separaten Ventilachse angeordnet. Zur Erzeugung einer Drehbewegung des Ventilschiebers wird die Drehbewegung des Läufers mittels eine Getriebeeinheit auf die Ventilachse eines Drehschiebers übertragen.
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Vorzugsweise weist die Getriebeeinheit eine auf der Welle angeordnete Getriebehülse mit einer Innenverzahnung und einer Außenverzahnung auf, wobei die Innenverzahnung mit einer Außenverzahnung des Läufers der Verstellanordnung drehkoppelbar ist und die Außenverzahnung mit einer auf der Ventilachse angeordnete Schnecke ein Schneckengetriebe bildet. Bei diesem Schneckengetriebe stellt die Getriebehülse das Schneckenrad dar.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren ausführlich beschrieben. Es zeigen:
- 1 eine schematische und perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Verstellanordnung für ein Drehschiebermodul in einer Explosionsansicht,
- 2 eine perspektivische Darstellung der Welle der Verstellanordnung nach 3 mit einer Abwicklung der Kulissenbahnen,
- 3 eine Detaildarstellung eines Details C nach 2,
- 4 eine Detaildarstellung eines Details D nach 2
- 5 eine weitere schematische und perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Verstellanordnung nach 1 in einer Explosionsansicht,
- 6 eine schematische und perspektivische Darstellung eines Drehschiebermoduls mit einer Verstellanordnung nach 1 in einer Explosionsansicht,
- 7 eine schematische und perspektivische Darstellung eines weiteren Drehschiebermoduls mit einer Verstellanordnung nach 1 in einer Explosionsansicht, und
- 8 eine schematische und perspektivische Darstellung eines Drehschiebermoduls gemäß dem Stand der Technik in einer Explosionsansicht.
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Mit der Verstellanordnung 1 nach 1 können die Drehschieber eines Drehschiebermoduls mittels einer einzigen Antriebseinheit zur Einstellung bestimmter Strömungsquerschnitte in den Drehschiebern verstellt werden. Hierzu wird ein auf einer Welle 3 der Verstellanordnung 1 axial verschiebbar angeordneter Läufer 6 aufgrund einer von einer Antriebseinheit 8 initiierten Drehbewegung der Welle 3 mit einem vorgegebenen Drehwinkel an verschiedene Raststellungen P1 bis P4 verschoben, die mit Positionen von Drehschiebern des Drehschiebermoduls korrespondieren. In diesen Raststellungen P1 bis P4 sind Rastmittel vorgesehen, mit welchen eine Drehbewegung der Welle 3 nicht in eine axiale Bewegung des Läufers 6, sondern in eine Radialbewegung umgesetzt werden, die aufgrund einer Drehkopplung mit einem Drehschieber oder einer Getriebehülse in der jeweiligen Raststellung Pi, i = 1, ... 4 zu einer Drehbewegung des Drehschiebers führt.
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Ausführungen von Drehschiebermodulen mit jeweils einer solchen Verstellanordnung 1 werden anhand der 6 und 7 erläutert und beschrieben.
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Die Verstelleinheit 1 umfasst als Hauptkomponenten die Welle 3 mit einem darauf axial verschiebbaren Läufer 6 und einer Antriebseinheit 8 zum Antreiben der Welle 3. Auf der Mantelfläche der Welle 3 befinden sich zwei helixartig umlaufende Kulissenbahnen, nämlich eine erste Kulissenbahn 4.1 und eine zweite Kulissenbahn 4.2, die nur geringfügig gegeneinander versetzt und die gleiche Gängigkeit, d. h. die gleiche Steigung aufweisen.
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Der Läufer 6 ist als Hohlzylinder ausgeführt, der auf seiner Umfangsfläche eine Öffnung 6.10 zur Aufnahme eines als Magnet ausgebildeten Koppelstiftes 6.1 aufweist, der radial in eine der beiden Kulissenbahnen 4.1 oder 4.2 ragt, so dass der Läufer 6 bei einer Rotation der Welle 3 auf derselben axial verschoben wird. Auf der Umfangsfläche des Läufers 6 sind mehrere in axialer Richtung verlaufende Rippen als Außenverzahnung 6.2 angeordnet, mit welchen eine Drehkopplung mit jeweils einem Drehschieber oder einer Getriebehülse in einer der Raststellungen P1 bis P2 herstellbar ist. Diese Außenverzahnung 6.2 dient auch dazu, dass eine Drehbewegung der Welle 3 außerhalb der Raststellungen P1 bis P2 nicht ebenso in eine Drehbewegung, sondern in ein axiale Bewegung auf der Welle 3 umgesetzt wird, wie dies bspw. bei den Drehschiebermodulen gemäß den 6 und 7 vorzufinden ist.
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Der Magnetstift 6.1 des Läufers 6 greift bei auf die Welle 3 aufgeschobenen Läufer 6 in die Kulissenbahn 4.1 oder 4.2 ein. Zur Montage des Läufers 6 auf die Welle 3 ist an einem Ende A der Welle 3 eine axial verlaufende Einführungskulisse 4.0 vorgesehen, die in die Kulissenbahnen 4.1 und 4.2 führt. Der Läufer 6 mit dem Koppelstift 6.1 wird unter Eingriff des Koppelstiftes 6.1 in diese Einführungskulisse 4.0 auf die Welle 3 gesetzt und axial in Richtung des Endes E der Welle 3 geschoben, bis der Koppelstift 6.1 über einen Kulissenbahnverbindungsabschnitt 4.3, dessen Funktion weiter unten erläutert wird, in die Kulissenbahn 4.1 eingreift.
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Die erste Kulissenbahn 4.1 dient dazu, den Läufer 6 mittels des Koppelstiftes 6.1 vom Anfang dieser ersten Kulissenbahn 4.1, die sich benachbart zum Ende A der Welle 3 befindet, in einer ersten Verschieberichtung R1 bis ans Ende des ersten Kulissenbahn 4.1, die sich benachbart zum Ende E der Welle 3 befindet, zu verschieben, während mittels der zweiten Kulissenbahn 4.2 der Läufer 6 in einer zweiten Verschieberichtung R2 wieder zurück bis zum Ende A der Welle 3 geführt wird. Sowohl am Ende A als auch am Ende E der Welle 3 befindet sich eine Einfädelverzweigung 4.30, mit welcher der Läufer 6 mittels des Koppelstiftes 6.1 am Ende E der Welle 3 von der ersten Kulissenbahn 4.1 in die zweite Kulissenbahn 4.2 überführt und am Ende A der Welle 3 von der zweiten Kulissenbahn 4.2 in die erste Kulissenbahn 4.1 überführt wird.
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Wie bereits ausgeführt, korrespondieren die vier Raststellungen P1 bis P4 jeweils mit einer Position eines Drehschiebers bzw. einer Getriebehülse des Drehschiebermoduls gemäß 6 bzw. gemäß 7. Durch eine von der Antriebseinheit 8 initiierte Drehbewegung der Welle 3 mit einem vorgegebenen Drehwinkel wird der Läufer 6 mittels des Koppelstiftes 6.1 axial entlang der Welle 3 in diese Raststellungen P1 bis P4 verschoben, entweder mittels der Führung entsprechend der ersten Kulissenbahn 4.1 in der ersten Verschieberichtung R1 oder in umgekehrter Reihenfolge der Raststellungen P1 bis P4 mit der Führung entsprechend der zweiten Kulissenbahn 4.2 in der zweiten Verschieberichtung R2.
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Falls der Läufer 6 mittels der ersten Kulissenbahn 4.1 bewegt wird, ist die Raststellung P1 durch die zum Ende A benachbarte Einfädelverzweigung 4.30 definiert, während die Raststellungen P2, P3 und P4 jeweils durch eine Verzweigungsstelle 4.10 definiert sind.
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Falls der Läufer 6 mittels der zweiten Kulissenbahn 4.2 bewegt wird, ist die Raststellung P4 durch die zum Ende E benachbarte Einfädelverzweigung 4.30 definiert, während die Raststellungen P3, P2 und P1 jeweils durch eine Abzweigung 4.20 definiert sind.
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An diesen Abzweigungen 4.10 und 4.20 sind jeweils magnetisierbare Rastelemente 5.1 und 5.2 angeordnet, die mit dem als Magnet ausgebildeten Koppelstift 6.1 des Läufers 6 eine magnetische Kopplung bilden, um diesen in einen sackgassenartigen Kulissenbahnrastabschnitt 4.11 bzw. 4.21 einer Abzweigung 4.10 bzw. 4.20 (vgl. 3 und 4) zu führen, wodurch eine Drehbewegung der Welle 3 nicht mehr in eine axiale Bewegung des Läufers 6, sondern in eine Radialbewegung umgesetzt wird. Dieser Kopplungsvorgang wird nachfolgend im Detail erläutert.
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Die Abzweigungen 4.10 und 4.20 werden jeweils von einem sackgassenartigen Kulissenbahnrastabschnitt 4.11 und 4.21 mit jeweils einem Sackende 4.15 bzw. 4.25 gebildet, wobei die Kulissenbahnrastabschnitte 4.11 und 4.21 von der Kulissenbahn 4.1 bzw. 4.2 Y-förmig abzweigen, wie dies insbesondere die 3 zeigt. Die Kulissenbahnrastabschnitte 4.11 und 4.21 erstrecken sich jeweils in Umfangsrichtung der Welle 3, verlaufen also geradlinig.
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Zur Realisierung der magnetischen Kopplung mit dem als Magnet ausgebildeten Koppelstift 6.1 des Läufers 6 ist das magnetisierbare Rastelement 5.1 bzw. 5.2 im Bereich der Abzweigung 4.10 bzw. 4.20 angeordnet und bildet den Nutboden 4.12 bzw. 4.22 des Kulissenbahnrastabschnittes 4.11 bzw. 4.21 zumindest teilweise und den Nutboden eines sich in Richtung des Kulissenbahnrastabschnittes 4.11 bzw. 4.21 anschließenden Kulissenbahneinfädelabschnittes 4.14 bzw. 4.24 der ersten bzw. zweiten Kulissenbahn 4.1 bzw. 4.2, wie dies insbesondere aus 3 ersichtlich ist. Damit erstreckt sich das Rastelement 5.1 bzw. 5.2 ausgehend von dem Kulissenbahnrastabschnitt 4.11 bzw. 4.21 bis in die Kulissenbahn 4.1.
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Die magnetisierbaren Rastelemente 5.1 und 5.2 sind gemäß den 2 und 5 kreisringsegmentförmig ausgebildet, wobei der äußere Radius des zugehörigen Kreisringes dem inneren Radius der Kulissenbahn 4.1 bzw. 4.2, also dem Radius von deren Nutboden entspricht. Der Mittelpunktswinkel α der kreisringsegmentform eines Rastelementes 5.1 bzw. 5.2 ist kleiner als 180°. Entsprechend von 1 oder 5 sind die Rastelemente 5.1 und 5.2 jeweils in einer radialen Ebene der Welle 3 angeordnet.
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Im Folgenden wird das Einrasten des Läufers 6 in eine bestimmte Raststellung, bspw. in die Raststellung P2 beschrieben, wobei der Läufer 6 mit der ersten Kulissenbahn 4.1 gekoppelt ist. Befindet sich der Läufer 6 am Ende A der Welle 3, wird der Läufer 6 bei einer Drehung der Welle 3 in eine Drehrichtung D1 axial in Richtung des Endes E verschoben. Um die Raststellung P2 anzufahren, wird der Läufer 6 mit einem entsprechenden Drehwinkel der Welle 3 an der Abzweigung 4.10 vorbei bis zu dem Kulissenbahneinfädelabschnitt 4.14 der ersten Kulissenbahn 4.1 geführt. In diesem Bereich wird der Nutboden der ersten Kulissenbahn 4.1 bereits von dem magnetisierbaren Rastelement 5.1 gebildet, so dass eine magnetische Kopplung zwischen diesem Rastelement 5.1 und dem Koppelstift 6.1 entsteht. Mit einer Drehrichtungsumkehr wird der Koppelstift 6.1 in den Kulissenbahnrastabschnitt 4.11 gelenkt, da auch der Nutboden 4.12 von dem Rastelement 5.1 in axialer Richtung der Welle 3 teilweise gebildet wird und daher die magnetische Kopplung erhalten bleibt. Die Welle 3 wird so lange entgegen der Drehrichtung D1 gedreht, bis der Koppelstift 6.1 am Ende des Kulissenbahnrastabschnittes 4.11, also an dessen Sackende 4.15 anschlägt. Wird die Welle 3 weiterhin entgegen der Drehrichtung D1 verdreht, liegt der Koppelstift 6.1 an dem Sackende 4.15 des Kulissenbahnrastabschnittes 4.11 an, wodurch der Koppelstift 6.1 in radialer Richtung entsprechend dem Drehwinkel der Welle 3 mitgenommen wird, d. h. die Drehung entgegen der Drehrichtung D1 wird in eine Rotation des Läufers 6 in die gleiche Drehrichtung und damit auch aufgrund einer Drehkopplung des Läufers 6 mit einem dieser Raststellung P2 zugeordneten Drehschieber des Drehschiebermoduls in eine Rotation dieses Drehschiebers umgesetzt.
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Um den Läufer 6 aus der Raststellung P2 in eine der anderen Rastpositionen P3 oder P4 verschieben, erfolgt wieder eine Drehrichtungsumkehr in die Drehrichtung D1, wodurch der Koppelstift aus dem Kulissenbahnrastabschnitt 4.11 wieder zurück über den Kulissenbahneinfädelabschnitt 4.14 in die erste Kulissenbahn 4.1 geführt wird. Mittels einer Drehbewegung mit einem definierten Drehwinkel kann dann der Läufer 6 an die Abzweigung 4.10 der Raststellung P3 oder P4 axial verschoben werden, um dann mittels einer Drehrichtungsumkehr wieder in einen Kulissenbahnrastabschnitt 4.11 geführt zu werden.
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Damit der Koppelstift 6.1 aus der Position des Kulissenbahneinfädelabschnittes 4.14 mit einer Drehrichtungsumkehr in den Kulissenbahnrastabschnitt 4.11 zwangsgeführt wird, ist das Rastelement 5.1 in Relation zum Kulissenbahnrastabschnitt 4.11 nicht symmetrisch zur radial verlaufenden Symmetrielinie S der Nut des Kulissenbahnrastabschnittes 4.11 angeordnet, sondern um ein Maß Δa in eine der ersten Verschieberichtung R1 entsprechenden Versetzrichtung V1 versetzt, wie dies in 3 dargestellt ist.
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Werden die Raststellungen P1 bis P4 über die erste Kulissenbahn 4.1 mit dem Läufer 6 angefahren, so können die diesen Raststellungen P1 bis P4 zugeordneten Drehschieber nur entgegen der Drehrichtung D1 verstellt werden. Um diese Drehschieber auch in die Drehrichtung D1 verstellen zu können, müssen die Raststellungen P1 bis P4 über die zweite Kulissenbahn 4.2 mit dem Läufer 6 angefahren werden, mit welcher der Läufer 6 vom Ende E in die zweite Verschieberichtung R2 zum Ende A der Welle 3 zurückgeführt wird.
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Wird der Läufer 6 mittels der ersten Kulissenbahn 4.1 bis an das Ende E über die die Raststellung P4 definierende Verzweigungsstelle 4.10 hinaus verschoben, wird der Koppelstift 6.1 über den bereits erwähnten Kulissenbahnverbindungsabschnitt 4.3 in die zweite Kulissenbahn 4.2 geführt. Dieser Kulissenbahnverbindungsabschnitt 4.3 bildet zusammen mit einem Kulissenbahnanfangsabschnitt 4.31 der zweiten Kulissenbahn 4.2 eine Y-förmige Einfädelverzweigung 4.30, mit welcher die Raststellung P4 der zweiten Kulissenbahn 4.2 angefahren wird, um den dieser Raststellung P4 zugeordneten Drehschieber 2 bzw. Getriebehülse 9.1 (vgl. 6 und 7) verstellen zu können. Der Kulissenbahnanfangsabschnitt 4.31 endet sackgassenartig und wird daher als Sackende 4.35 bezeichnet.
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Gemäß 4 wird diese Y-förmige Einfädelverzweigung 4.30 gebildet von dem Kulissenbahnverbindungsabschnitt 4.3 als ein Schenkel der Einfädelverzweigung 4.30, von dem Kulissenbahnanfangsabschnitt 4.31 der zweiten Kulissenbahn 4.2 als Basisschenkel der Y-Form und einem sich in Richtung der zweiten Kulissenbahn 4.2 an den Kulissenbahnanfangsabschnitt 4.31 sich anschließenden Kulissenbahneinfädelabschnitt 4.34 als anderer Schenkel der Y-Form.
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Zur Realisierung der magnetischen Kopplung in dieser Raststellung P4 ist gemäß den 2 und 4 ein magnetisierbares Rastelement 5.3 im Bereich der Einfädelverzweigung 4.30 angeordnet und bildet in axialer Richtung der Welle 3 teilweise den Nutboden 4.32 des Kulissenbahnanfangsabschnittes 4.31 und des Kulissenbahneinfädelabschnittes 4.34 der zweiten Kulissenbahn 4.2. Das Rastelement 5.3 erstreckt sich daher ausgehend von dem Kulissenbahnanfangsabschnitt 4.31 geradlinig bis in den Kulissenbahneinfädelabschnitt 4.34 der zweiten Kulissenbahn 4.2 und ist in einer radialen Ebene der Welle 3 angeordnet.
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Bei einer Drehung in Drehrichtung D1 der Welle 3 wird der Koppelstift 6.1 des Läufers 6 am Ende E der Welle 3 aus der ersten Kulissenbahn 4.1 in den Kulissenbahnverbindungsabschnitt 4.3 und anschließend direkt an das Ende des Kulissenbahnanfangsabschnittes 4.31, also bis zum Anschlag an das Sackende 4.35 geführt. Beim Einfahren in diesen Kulissenbahnanfangsabschnitt 4.31 wird der Koppelstift 6.1 mit dem Rastelement 5.3 magnetisch gekoppelt. Mit einer weiteren Drehbewegung der Welle 3 in die Drehrichtung D1 wird eine Radialbewegung des Läufers 6 initiiert, die zur Mitnahme des dieser Raststellung P4 zugeordneten Drehschiebers bzw. Getriebehülse führt, wodurch dieser Drehschieber 2 bzw. diese Getriebehülse 9.1 in die gewünschte Position verdreht werden kann.
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Mit einer Drehrichtungsumkehr, also mit einer Drehung entgegen der Drehrichtung D1 wird der Koppelstift 6.1 aus dem Kulissenbahnanfangsabschnitt 4.31 aufgrund der magnetischen Kopplung mit dem Rastelement 5.3 in den Kulissenbahneinfädelabschnitt 4.34 der zweiten Kulissenbahn 4.2 in die zweite Verschieberichtung R2 gelenkt. Um zu vermeiden, dass der Koppelstift 6.1 zurück in den Kulissenbahnverbindungsabschnitt 4.3, sondern über den Kulissenbahneinfädelabschnitt 4.34 in die zweite Verschieberichtung R2 geführt wird, ist das Rastelement 5.3 in Relation zum Kulissenbahnanfangsabschnitt 4.31 nicht symmetrisch zur radial verlaufenden Symmetrielinie S der Nut des Kulissenbahnanfangsabschnittes 4.31 angeordnet, sondern um ein Maß Δa in eine der zweiten Verschieberichtung R2 entsprechenden Versetzrichtung V2 versetzt, wie dies in 4 dargestellt ist. Damit wird eine Zwangsführung des Koppelstiftes 6.1 aus dem Kulissenbahnanfangsabschnitt 4.31 in die zweite Kulissenbahn 4.2 in die zweite Kulissenbahn 4.2 realisiert.
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Mit einer Drehung der Welle 3 in entgegengesetzter Drehrichtung D1 kann der Koppelstift 6.1 in die zweite Verschieberichtung R2 vorbei an den durch die Abzweigungen 4.20 markierten Raststellungen P3, P2 und P1 bis zum Ende der zweiten Kulissenbahn 4.2 am Ende A der Welle 3 zusammen mit dem Läufer 6 verschoben werden. Dort am Ende A wird bei weiterer Drehung der Welle 3 in entgegengesetzter Drehrichtung D1 der Koppelstift 6 1 über die Verbindungskulisse 4.3 einer weiteren Einfädelverzweigung 4.30 wieder in die erste Kulissenbahn 4.1 überführt, die entsprechend der am Ende E der Welle 3 angeordneten Einfädelverzweigung 4.30 ausgeführt ist und zusammen mit einem magnetisierbaren Rastelement 5.3 die Raststellung P1 definiert.
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Auf dem Weg des Läufers 6 vom Anfang der zweiten Kulissenbahn 4.2, definiert durch die an dem Ende E liegender Kulissenbahnanfangsabschnitt 4.31 zum Ende der zweiten Kulissenbahn 4.2 am Ende A der Welle 3 kann jede der durch die Abzweigungen 4.20 markierten Raststellungen P3, P2 oder P1 angefahren werden, um dort in den entsprechenden Kulissenbahnrastabschnitt 4.21 einzurasten, so dass eine Radialbewegung der Welle 3 nunmehr in eine Radialbewegung des Läufers 6 umgesetzt wird, die auf den der Raststellung P3, P2 oder P1 zugeordneten Drehschieber bzw. Getriebehülsen des Drehschiebermoduls übertragen wird.
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Hierzu sind die Abzweigungen 4.20 der zweiten Kulissenbahn 4.2 entsprechen denjenigen Abzweigungen 4.10 der ersten Kulissenbahn 4.1 mit einem sackgassenartigen Kulissenbahnrastabschnitt 4.21 ausgeführt, die von der zweiten Kulissenbahn 4.2 Y-förmig abzweigen und in einem Sackende 4.25 enden. In einer ebenso den Abzweigungen 4.10 der ersten Kulissenbahn 4.1 entsprechenden Weise sind im Bereich des Kulissenbahnrastabschnittes 4.21 magnetisierbare Rastelemente 5.2 angeordnet, mit welchen der als magnetausgebildete Koppelstift 6.1 des Läufers 6 magnetisch gekoppelt, um den Koppelstift 6.1 in den Kulissenbahnrastabschnitt 4.21 zu lenken.
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Im Folgenden wird das Einrasten des Läufers 6 in die Raststellung P2 beschrieben, wobei der Läufer 6 über dessen Koppelstift 6.1 von der zweiten Kulissenbahn 4.2 geführt wird und ausgehend von dessen Kulissenbahnanfangsabschnittes 4.31 im Bereich des Endes E der Welle 3 in die zweite Verschieberichtung R2 mittels einer Drehbewegung der Welle 3 in entgegengesetzter Drehrichtung D1 verschoben wird.
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Um die Raststellung P2 anzufahren, wird der Läufer 6 mittels des Koppelstiftes 6.1 mit einem entsprechenden Drehwinkel der Welle 3 über die Abzweigung 4.20 hinaus bis einem Kulissenbahneinfädelabschnitt 4.24 der zweiten Kulissenbahn 4.2 geführt. Der Nutboden des Kulissenbahneinfädelabschnittes 4.24 wird bereits von dem magnetisierbaren Rastelement 5.2 gebildet, so dass eine magnetische Kopplung zwischen diesem Rastelement 5.2 und dem Koppelstift 6.1 entsteht. Mit einer Drehrichtungsumkehr in die Drehrichtung D1 wird der Koppelstift 6.1 in den Kulissenbahnrastabschnitt 4.21 gelenkt, da auch der Nutboden 4.22 von dem Rastelement 5.2 gebildet wird und daher die magnetische Kopplung erhalten bleibt. Die Welle 3 wird so lange in die Drehrichtung D1 gedreht, bis der Koppelstift 6.1 am Ende des Kulissenbahnrastabschnittes 4.21, also an dem Sackende 4.25 anschlägt. Wird die Welle 3 weiterhin in die Drehrichtung D1 verdreht, liegt der Koppelstift 6.1 dem Sackende 4.25 des Kulissenbahnrastabschnittes 4.21 an, wodurch der Koppelstift 6.1 in radialer Richtung entsprechend des Drehwinkels der Welle 3 mitgenommen wird, d. h. die Drehung in Drehrichtung D1 bewirkt eine Rotation des Läufers 6, die in eine Rotationsbewegung des mit dem Läufer 6 drehgekoppelten Drehschiebers bzw. Getriebehülse umgesetzt wird.
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Damit der Koppelstift 6.1 aus der Position des Kulissenbahneinfädelabschnittes 4.24 mit einer Drehrichtungsumkehr in den Kulissenbahnrastabschnitt 4.21 zwangsgeführt wird, ist das Rastelement 5.2 in Relation zum Kulissenbahnrastabschnitt 4.21 nicht symmetrisch zur radial verlaufenden Symmetrielinie S der Nut des Kulissenbahnrastabschnittes 4.21 angeordnet, sondern um ein Maß Δa in eine der zweiten Verschieberichtung R2 entsprechenden Versetzrichtung V2 versetzt, wie dies in 4 dargestellt ist.
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Um den Läufer 6 aus der Raststellung P2 in Richtung der zweiten Verschieberichtung R1 in die Raststellung P1 zu verschieben, erfolgt wieder eine Drehrichtungsumkehr entgegen der Drehrichtung D1, wodurch der Koppelstift 6.1 aus dem Kulissenbahnrastabschnitt 4.21 über den Kulissenbahneinfädelabschnitt 4.24 wieder zurück in die zweite Kulissenbahn 4.2 geführt wird. Mittels einer Drehbewegung mit einem definierten Drehwinkel kann dann der Läufer 6 an die Abzweigung 4.20 der Raststellung P1 axial verschoben werden, um dann mittels einer Drehrichtungsumkehr in die Drehrichtung D1 wieder in den Kulissenbahnrastabschnitt 4.21 gelenkt zu werden. Ohne Drehrichtungsumkehr wird der Koppelstift 6.1 und damit auch der Läufer 6 über die Verbindungskulisse 4.3 der Einfädelverzweigung 4.30 in den Kulissenbahnanfangsabschnitt 4.31 der erste Kulissenbahn 4.1 geführt wird und koppelt dort magnetisch mit dem Rastelement 5.3. Eine fortgeführte Drehbewegung der Welle 3 führt zu einer Radialbewegung des Läufers 6, die auf den dieser Raststellung P1 zugeordneten Drehschieber bzw. Getriebehülse übertragen wird.
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Erfolgt eine Drehrichtungsumkehr, wenn sich der Koppelstift 6.1 in dem Kulissenbahnanfangsabschnitt 4.31 der ersten Kulissenbahn 4.1 befindet, wird aufgrund der magnetischen Kopplung der Koppelstift 6.1 über den Kulissenbahneinfädelabschnitt 4.34 der ersten Kulissenbahn 4.1 in die erste Verschieberichtung R1 verschoben, so dass entweder einer der Raststellungen P2, P3 oder P4 angefahren werden oder der Läufer 6 bis ans Ende E der Welle 3 verschoben wird.
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Die Welle 3 ist gemäß 5 aus mehreren Einzelkomponenten aufgebaut und setzt sich zusammen aus einem Anfangsteil 3.1, einem Endteil 3.2 und drei identischen Mittelteilen 3.3. Die Schnittstellen T zwischen diesen Komponenten sind gemäß 1 die Symmetrielinien S der Kulissenbahnrastabschnitte 4.11 der Abzweigungen 4.10 der ersten Kulissenbahn 4.1 und die Rastkulisse 4.33 der Einfädelverzweigung 4.30 der ersten Kulissenbahn 4.1. In dieser 5 sind insbesondere die kreisringsegmentförmigen Rastelemente 5.1, 5.2 und 5.3 zu erkennen, die einen Mittelpunktswinkel von weniger als 180° aufweisen.
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Bei der erfindungsgemäßen Verstellanordnung 1 gemäß den 1 bis 5 braucht der Koppelstift 6.1 des Läufers 6 wegen der magnetischen Kopplung mit dem Rastelement 5.1, 5.2 bzw. 5.3 nicht mittels eines Federelementes federvorgespannt in Richtung der Kulissenbahnen 4.1 und 4.2 gedrückt werden. Es reicht, wenn der Koppelstift 6.1 in die Nut der Kulissenbahnen 4.1 und 4.2 ragt, ohne deren Nutboden zu berühren. Daher kann weder ein Verschleiß entstehen noch sind bewegte Bauteile erforderlich. Ferner sind nicht definierte Zustände des Drehschiebermoduls im Bereich von Verzweigungen der Kulissenbahnen 4.1 und 4.2 ausgeschlossen, da der Koppelstift des Läufers 6 mit einem Rastelement eine magnetische Kopplung herstellt, wodurch das Einfahren in einen unerwünschten Kulissenbahnabschnitt an Verzweigungen verhindert wird.
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Bei der Verstellanordnung 1 gemäß den 1 bis 5 kann umgekehrt der Koppelstift 6.1 magnetisierbar und die Rastelemente 5.1, 5.2 und 5.3 jeweils als Magnete ausgeführt sein. Es ist auch möglich, dass sowohl der Koppelstift 6.1 als auch die Rastelemente 5.1, 5.2 und 5.3 jeweils als Magnet ausgebildet sind, wobei bei der Anordnung des Koppelstiftes an dieser Rastelemente die Polarisationsrichtung beachtet werden muss, so dass eine anziehende Wirkung entsteht.
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Das Drehschiebermodul 10 nach 6 ist mit einer Verstellanordnung 1 gemäß 1 aufgebaut und umfasst ein Gehäuse 7, in welchem eine von einer Antriebseinheit 8 der Verstellanordnung 1 angetriebene und radial um vorbestimmte Drehwinkel verstellbare Welle 3 angeordnet ist. Die Welle 3 der Verstellanordnung 1 weist auf ihrer Mantelfläche zwei helixartig umlaufende Kulissenbahnen 4.1 und 4.2 mit gleicher Gängigkeit auf und trägt einen axial verschiebbarer Läufer 6 mit einem radial in eine der beiden Kulissenbahnen 4.1 oder 4.2 ragenden und als Magnet ausgebildeten Koppelstift 6.1, so dass der Läufer 6 bei einer Rotation der Welle 3 auf derselben axial verschoben wird.
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Die vier Raststellungen P1 bis P4 des Läufers 6 auf der Welle 3 korrespondieren mit jeweils einer Position eines Drehschiebers 2. In 6 sind aus Gründen besserer Übersichtlichkeit lediglich zwei solcher Drehschieber 2.1 und 2.2 dargestellt, die bspw. in den Raststellungen P3 und P4 direkt benachbart auf der Welle 3 angeordnet sind. Entsprechend ist auch das Gehäuse 7 als Teilgehäuse nur für diese beiden Drehschieber 2.1 und 2.2 dargestellt.
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Die beiden Drehschieber 2.1 und 2.2 sind kreisringförmig mit einer Innenverzahnung 2.0 und Zugangs- und Ausgangsöffnungen 2.10 bzw. 2.20 für die Medienströme ausgebildet. Befindet sich der Läufer 6 in einer der Raststellungen P3 oder P4, greift die Außenverzahnung 6.2 des Läufers 6 in die Innenverzahnung 2.0 eines Drehschiebers 2 ein und stellt dadurch eine Drehkopplung her, so dass eine Radialbewegung des Läufers 6 zu einer synchronen Radialbewegung des Drehschiebers 2.1 oder 2.2 führt.
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Das hohlzylinderförmige Gehäuse 7 weist an den entsprechenden Positionen der Drehschieber 2, die mit den Raststellungen P1 bis P4 korrespondieren, in Umfangsrichtung Zugangs- und Ausgangsöffnungen 7.1 und 7.2 auf, die mit den Zugangs- und Ausgangsöffnungen 2.10 und 2.20 der Drehschieber 2.1 und 2.2 korrespondieren, so dass in Abhängigkeit der Drehstellung eines Drehschiebers 2.1 bzw. 2.2 der Strömungsquerschnitt im Übergang der Zugangs- und Ausgangsöffnungen 2.10 des Drehschiebers 2.1 mit den Zugangs- und Ausgangsöffnungen 7.1 des Gehäuses 7 und der Strömungsquerschnitt im Übergang der Zugangs- und Ausgangsöffnungen 2.20 des Drehschiebers 2.2 mit den Zugangs- und Ausgangsöffnungen 7.2 des Gehäuses 7 einstellbar ist.
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Um bei einer Drehung der Welle 3 und einem Eingriff des Koppelstiftes 6.1 des Läufers 6 in eine Kulissenbahn 4.1 oder 4.2 eine axiale Bewegung des Läufers 6 an die mit der Position der Drehschieber 2 korrespondierenden Raststellungen P1 bis P4 sicherzustellen, ohne dass der Läufer 6 in eine Drehung versetzt wird, sind zum einen die Drehschieber 2 direkt benachbart auf der Welle 3 angeordnet und zum anderen entspricht die axiale Länge l des Läufers 6 der axialen Dicke d eines Drehschiebers 2. Sobald sich der Läufer 6 nicht in einer der Raststellungen Pi (i = 1, ... 4) befindet, greift die Außenverzahnung 6.2 des Läufers gleichzeitig in die Innenverzahnungen 2.0 von benachbarten Drehschiebern 2, so dass eine Drehbewegung der Welle 3 nur eine axiale Verschiebung des Läufers 6 zulässt.
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Befindet sich der Läufer 6 in einer der Raststellungen P1 bis P4 und ist mittels des Koppelstiftes 6.1 in eine der Kulissenbahnrastabschnitte 4.11 oder 4.21 oder in eine der Kulissenbahnanfangsabschnitte 4.31 eingefahren, wird eine Drehbewegung der Welle 3 in eine Drehbewegung des Läufers 6 damit auch in eine Drehbewegung des Drehschiebers 2 umgesetzt.
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Das Drehschiebermodul 10 nach 7 ist mit einer Verstellanordnung 1 gemäß 1 aufgebaut und umfasst ein der Übersichtlichkeit wegen nicht dargestelltes Gehäuse 7, in welchem eine von einer Antriebseinheit 8 der Verstellanordnung 1 angetriebene und radial um vorbestimmte Drehwinkel verstellbare Welle 3 angeordnet ist. Die Welle 3 der Verstellanordnung 1 weist auf ihrer Mantelfläche zwei helixartig umlaufende Kulissenbahnen 4.1 und 4.2 mit gleicher Gängigkeit auf und trägt einen axial verschiebbarer Läufer 6 mit einem radial in eine der beiden Kulissenbahnen 4.1 oder 4.2 ragenden und als Magnet ausgebildeten Koppelstift 6.1, so dass der Läufer 6 bei einer Rotation der Welle 3 auf derselben axial verschoben wird.
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Die vier Raststellungen P1 bis P4 des Läufers 6 auf der Welle 3 korrespondieren mit jeweils einer Position eines Drehschiebers 2, wobei in 7 aus Gründen besserer Übersichtlichkeit lediglich ein einziger Drehschieber 2 dargestellt ist, der bspw. der Raststellung P3 der Welle 3 angeordnet ist.
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Bei diesem Drehschiebermodul 10 gemäß 7 wird die Drehbewegung des Läufers 6, wenn dieser axial in die Raststellung P3 verschoben ist, nicht über eine direkte Kopplung auf einen Drehschieber 2 entsprechend von 6 übertragen, sondern mittels eines Getriebes 9 rechtwinklig auf die Ventilachse 2.11 eines Drehschiebers 2 umgelenkt. Dieser Drehschieber 2 ist kreisringförmig mit Zugangs- und Ausgangsöffnungen 2.10 für die Medienströme ausgeführt und drehfest mit der Ventilachse 2.11 verbunden. Die Achse A1 der Welle 3 der Verstellanordnung 1 und die Achse A2 der Ventilachse 2.11 stehen senkrecht aufeinander.
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Das Getriebe 9 ist als Schneckengetriebe ausgeführt und umfasst eine auf der Ventilachse 2.11 angeordnete Schnecke 9.12 und eine auf der Welle 3 in der Raststellung P3 angeordnete Getriebehülse 9.1 mit einer Außenverzahnung 9.11, die in Eingriff mit der Schnecke 9.12 steht. Die Getriebehülse 9.1 stellt daher das Schneckenrad des als Schneckengetriebe ausgeführt Getriebes 9 dar.
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Die Getriebehülse 9.1 weist eine Innenverzahnung 9.10 auf, in die die Außenverzahnung 6.2 des in der Raststellung P3 sich befindenden Läufers 6 eingreift, wodurch eine Drehkopplung des Läufers 6 über das Getriebe 9 mit dem Drehschieber 2 hergestellt und damit eine Drehbewegung des Läufers 6 auf diesen Drehschieber 2 übertragen wird.
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Bei dem Drehschiebermodul 10 gemäß 7 ist in jeder Raststellung P1 bis P4 ein auf einer Ventilachse angeordneter Drehschieber 2 vorgesehen, der jeweils mit einer in den Raststellungen P1 bis P4 angeordneten Getriebehülse 9.1 über ein Getriebe 9 drehgekoppelt sind. Daher sind diese Getriebehülsen 9.1 benachbart auf der Welle 3 ohne Zwischenraum angeordnet.
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Um bei einer Drehung der Welle 3 und einem Eingriff des als Magnet ausgebildeten Koppelstiftes 6.1 des Läufers 6 in eine Kulissenbahn 4.1 oder 4.2 eine axiale Bewegung des Läufers 6 an die mit der Position der Getriebehülsen 9.1 korrespondierenden Raststellungen P1 bis P4 des Läufers 6 sicherzustellen, ohne dass der Läufer 6 in eine Drehung versetzt wird, sind zum einen, wie bereits oben ausgeführt, die Gewindehülsen 9.1 direkt benachbart auf der Welle 3 angeordnet und zum anderen entspricht die axiale Länge l des Läufers 6 der axialen Länge L eine Gewindehülse 9.1. Sobald sich der Läufer 6 nicht in einer der Raststellungen Pi (i = 1, ... 4) befindet, greift die Außenverzahnung 6.2 des Läufers 6 gleichzeitig in die Innenverzahnungen 9.10 von benachbarten Gewindehülsen 9.1, so dass eine Drehbewegung der Welle 3 nur eine axiale Verschiebung des Läufers 6 zulässt.
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Die in Umfangsrichtung der Drehschieber 2 angeordneten Zugangs- und Ausgangsöffnungen 2.10 korrespondieren mit Zugangs- und Ausgangsöffnungen des in 7 nicht dargestellten Gehäuses, so dass in Abhängigkeit der Drehstellung eines Drehschiebers 2 der Strömungsquerschnitt im Übergang der Zugangs- und Ausgangsöffnungen 2.10 eines Drehschiebers 2 zu den Zugangs- und Ausgangsöffnungen des Gehäuses einstellbar ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Verstellanordnung des Drehschieberventils 10
- 2
- Drehschieber des Drehschieberventils 10
- 2.1
- Drehschieber des Drehschieberventils 10
- 2.10
- Zugangs- und Ausgangsöffnungen des Drehschiebers 2.1
- 2.11
- Ventilachse des Drehschiebers 2
- 2.2
- Drehschieber des Drehschieberventils 10
- 2.20
- Zugangs- und Ausgangsöffnungen des Drehschiebers 2.2
- 3
- Welle der Verstellanordnung 1
- 3.1
- Anfangsteil der Welle 3
- 3.2
- Endteil der Welle 3
- 3.3
- Mittelteil der Welle 3
- 4.0
- Einführungskulisse
- 4.1
- erste Kulissenbahn der Welle 3
- 4.10
- Abzweigung der ersten Kulissenbahn 4.1
- 4.11
- Kulissenbahnrastabschnitt der der Abzweigung 4.10
- 4.12
- Nutboden des Kulissenbahnrastabschnittes 4.11
- 4.13
- Nutwand des Kulissenbahnrastabschnittes 4.11
- 4.14
- Kulissenbahneinfädelabschnitt der ersten Kulissenbahn 4.1
- 4.15
- Sackende des Kulissenbahnrastabschnittes 4.11
- 4.2
- zweite Kulissenbahn der Welle 3
- 4.20
- Abzweigung der zweiten Kulissenbahn 4.2
- 4.21
- Kulissenbahnrastabschnitt der der Abzweigung 4.20
- 4.22
- Nutboden des Kulissenbahnrastabschnittes 4.21
- 4.23
- Nutwand des Kulissenbahnrastabschnittes 4.21
- 4.24
- Kulissenbahneinfädelabschnitt der zweiten Kulissenbahn 4.2
- 4.25
- Sackende des Kulissenbahnrastabschnittes 4.21
- 4.3
- Kulissenbahnverbindungsabschnitt
- 4.30
- Einfädelverzweigung
- 4.31
- Kulissenbahnanfangsabschnitt der Kulissenbahn 4.1, 4.2
- 4.32
- Nutboden des Kulissenbahnanfangsabschnittes 4.31
- 4.33
- Nutwand des Kulissenbahnanfangsabschnittes 4.31
- 4.34
- Kulissenbahneinfädelabschnitt der Kulissenbahn 4.1, 4.2
- 4.35
- Sackende des Kulissenbahnanfangsabschnittes 4.31
- 5.1
- magnetisierbares Rastelement der ersten Kulissenbahn 4.1
- 5.2
- magnetisierbares Rastelement der zweiten Kulissenbahn 4.2
- 5.3
- magnetisierbares Rastelement der Einfädelverzweigung 4.30
- 6
- Läufer der Verstellanordnung 1
- 6.1
- Koppelstift
- 6.10
- Öffnung in der Mantelfläche des Läufers 6
- 6.2
- Außenverzahnungen des Läufers 6
- 7
- Gehäuse des Drehschieberventils 10
- 7.1
- Zugangs- und Ausgangsöffnungen des Gehäuses 7
- 7.2
- Zugangs- und Ausgangsöffnungen des Gehäuses 7
- 8
- Antriebseinheit des Drehschieberventils 10
- 9
- Getriebeeinheit des Drehschieberventils 10
- 9.1
- Getriebehülse der Getriebeeinheit 9
- 9.10
- Innenverzahnung der Getriebehülse 9.1
- 9.11
- Außenverzahnung der Getriebehülse 9.1
- 9.12
- Schnecke der Getriebeeinheit 9
- 10
- Drehschiebermodul
- 100
- Drehschiebermodul gemäß Stand der Technik
- 11
- Gehäuse des Drehschiebermoduls 100
- 11.1
- Gegenverzahnung des Gehäuses 11
- 12
- Welle des Gehäuses 11
- 12.1
- Kulissenbahn der Welle 12
- 12.2
- Labyrinth der Welle 12
- 13
- Drehschieber des Drehschiebermoduls 10o
- 13.1
- Innenverzahnung des Drehschiebers 13
- 13.2
- Ausgang des Drehschiebers 13
- 14
- Läufer des Drehschiebermoduls 100
- 14.1
- Magnetstift des Läufers 14
- 14.2
- Außenverzahnungen des Läufers 14
- 15
- Verstellanordnung des Drehschiebermoduls 100
- A
- Ende der Welle 3
- A1
- Symmetrieachse der Welle 3
- A2
- Symmetrieachse der Ventilachse 2.11
- B
- Ende der Welle 3
- D1
- Drehrichtung der Welle 3
- d
- axiale Dicke des Drehschiebers 2.1, 2.2
- L
- axiale Länge der Getriebehülse 9.1
- l
- axiale Länge des Läufers 6
- Pi
- Raststellung des Läufers 6, i = 1, ... 4
- R1
- erste Verschieberichtung des Läufers 6
- R2
- zweite Verschieberichtung des Läufers 6
- T
- Schnittstelle
- V1
- Versetzrichtung des Rastelementes R1, R3
- V2
- Versetzrichtung des Rastelementes R2, R3
- Δa
- Abstand
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012012295 B3 [0004, 0006, 0007, 0008]
- DE 102011119237 A1 [0009, 0010]
