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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Linearaktuator gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Linearaktuator.
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Aus der WO 2020 / 079 044 A1 ist ein weiterer Linearaktuator bekannt.
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Aus der
DE 199 21 480 A1 ist ein Linearaktuator bekannt, der im Bereich eines Kraftfahrzeugstoßfängers angeordnet ist. Um bei Frontalunfällen mit Fußgängern eine Gefahr bzw. Schwere von Verletzungen durch eine tiefliegende Aufprallfläche zu verringern, ohne dadurch die Geländegängigkeit des Kraftfahrzeugs zu beeinträchtigen, ist mindestens ein Teil eines Stoßfängers und/oder mindestens ein Teil eines unterhalb des Stoßfängers angeordneten Spoilers bezüglich einer Karosserie des Kraftfahrzeugs beweglich und mit einer steuerbaren Antriebsvorrichtung, hier einem Linearaktuator, verbunden, um eine Veränderung der Geometrie des Stoßfängers und/oder des Spoilers durch Verlagerung des beweglichen Stoßfänger- und/oder Spoilers in Abhängigkeit von Fahrt- und/oder Pre-Crash-Bedingungen zu ermöglichen.
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Aus der
DE 100 31 374 A1 ist eine Stoßfängervorrichtung für ein Fahrzeug mit einem am Fahrzeugaufbau angeordneten Stoßfänger und einem unterhalb des Stoßfängers am Fahrzeugaufbau angeordnetem Spoilerelement bekannt, wobei der Stoßfänger und das Spoilerelement über einen um ein ortsfestes Schwenklager verschwenkbaren Hebelarm einer als Gelenkverbindung ausgebildeten Schwenkverbindung derart ineinander gekoppelt sind, dass der Stoßfänger bei einem Aufprall auf diesen rückwärts verlagerbar ist, wodurch über die Schwenkverbindung das Spoilerelement nach vorne bewegt wird. Das Spoilerelement ist dabei als Spoilerklappe ausgebildet, die eine großflächig ausgebildete Kontakt- und Aufprallfläche aufweist und derart schwenkbar im Bereich unterhalb des Stoßfängers angelenkt ist, dass das Spoilerelement bei einer Verschwenkung des Hebelarms für eine flächige Abstützung klappenartig nach vorne verschwenkbar ist. Hierdurch sollen insbesondere Unfallfolgen für einen Fußgänger reduziert werden können.
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Aus der
EP 1 769 984 B1 ist eine Sicherheitsgurtvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem Gurtaufroller und einem Antrieb für den Aufroller bekannt, wobei der Antrieb einen Elektromotor und einen damit gekoppelten mechanischen Energiespeicher umfasst. Zusätzlich ist eine Schnellauslöseeinrichtung vorgesehen, die ein Abkoppeln des Elektromotors von dem Energiespeicher und ein Antreiben des Aufrollers durch Leeren des Energiespeichers ermöglicht.
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Nachteilig bei den aus dem Stand der Technik bekannten Kraftfahrzeugen ist, dass beispielsweise im Normalzustand verstellbare Elemente, wie beispielsweise Spoilerelemente, in einem Crashfall nicht schlagartig verstellbar sind, während schlagartig verstellbare Fußgängerschutzeinrichtungen üblicherweise keine weitere Verstellfunktion in einem Normalbetrieb bieten.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für einen Linearaktuator der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die insbesondere sowohl für einen Normalbetrieb als auch für eine Crashfall geeignet ist.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, einen Linearaktuator zum Verstellen eines Fahrzeugelements, beispielsweise zum Verstellen eines Spoilers an einem Kraftfahrzeug, mit prinzipiell zwei zusammenwirkenden aber getrennt voneinander funktionierenden Antriebseinrichtungen auszustatten, wovon eine einen Antrieb des Fahrzeugelements, beispielsweise des Fahrzeugspoilers, im Normalzustand bewirkt, während die andere Antriebseinrichtung ausschließlich für einen Crashfall, insbesondere bei einem Fußgängeraufprall, eingesetzt wird. Der erfindungsgemäße Linearaktuator weist hierzu einen Elektromotor mit einer ein erstes Zahnrad tragenden ersten Welle, kurz auch Antriebswelle genannt, auf. Parallel zur ersten Welle ist eine als Spindel ausgebildete zweite Welle vorgesehen, auf der ein zweites Zahnrad drehfest angeordnet ist, welches mit dem ersten Zahnrad in Wirkverbindung steht. Die als Spindel ausgebildete zweite Welle wirkt dabei mit einer Spindelhülse zusammen, die sich bei einem Verdrehen der Spindel axial verstellt. Zusätzlich ist eine pyrotechnische Einrichtung vorgesehen, die derart ausgebildet ist, dass sie im Bedarfsfall das zweite Zahnrad axial verstellt und dadurch die Wirkverbindung zum ersten Zahnrad und dem Elektromotor löst und die mit dem zweiten Zahnrad verbundene Spindel und darüber auch die Spindelhülse schlagartig in Axialrichtung verstellt. Über den Elektromotor, die erste Welle, das erste Zahnrad, das zweite Zahnrad und den Spindeltrieb wird so eine Verstellung eines Fahrzeugelements, beispielsweise eines mit dem Linearaktuator verbundenen Fahrzeugspoilers bewirkt, so dass der Elektromotor in diesem Fall die erste Antriebseinrichtung für den Normalzustand darstellt. Über die pyrotechnische Einrichtung kann sowohl ein mechanisches Entkoppeln des zweiten Zahnrads vom ersten Zahnrad als auch ein schlagartiges Axialverstellen des Spindeltriebs und darüber des mit der Spindelhülse verbundenen Fahrzeugelements, beispielsweise des Fahrzeugspoilers, erfolgen, wodurch mittels der pyrotechnischen Einrichtung eine zweite Antriebseinrichtung für das Fahrzeugelement bereitgestellt wird, die unabhängig von der ersten Antriebseinrichtung, das heißt dem Elektromotor, auf das Fahrzeugelement einwirkt und die in der Lage ist, das Fahrzeugelement schlagartig, beispielsweise in einem Crashfall, zu verstellen. Mit dem erfindungsgemäßen Linearaktuator ist es somit erstmals möglich, eine herkömmliche Antriebseinrichtung zum Verstellen eines Fahrzeugelements mit einer pyrotechnischen Einrichtung zu koppeln und diese je nach Bedarfszustand, das heißt in Abhängigkeit eines Normalzustandes oder eines Crashzustandes, alternativ zu benutzen. Mit dem erfindungsgemäßen Linearaktuator kann somit ein bislang lediglich mittels Elektromotor und Spindeltrieb verstellbarer Fahrzeugspoiler, der ausschließlich aerodynamische Funktionen erfüllte, nunmehr erstmals auch als Fußgängerschutzeinrichtung dienen, da er im Crashfall durch die in dem Linearaktuator integrierte pyrotechnische Einrichtung schlagartig verstellt werden kann und dadurch eine größere Aufprallfläche für den Fußgänger zu Verfügung stellt und zugleich ein unter das Kraftfahrzeug Gelangen des Fußgängers zumindest erschwert.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung weisen das erste Zahnrad und das zweite Zahnrad jeweils eine Geradverzahnung auf. Mittels einer derartigen Geradverzahnung ist im Normalfall, das heißt im Normalbetriebszustand ein problemloses Verstellen des Linearaktuators mittels des Elektromotors möglich, während im Crashzustand die Geradverzahnung beider Zahnräder ein problemloses Axialverstellen des zweiten Zahnrades relativ zum ersten Zahnrad und damit ein Entkoppeln des zweiten Zahnrades vom ersten Zahnrad erlaubt.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung sind der Elektromotor mit der ersten Welle und dem ersten Zahnrad, die als Spindel ausgebildete zweite Welle mit dem zweiten Zahnrad, die pyrotechnische Einrichtung sowie die Spindelhülse in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Hierdurch ist es möglich, einen besonders kompakt bauenden Linearaktuator zu schaffen, bei welchem die erste Welle und die zweite Welle nur wenige Zentimeter bzw. Millimeter nebeneinander angeordnet sind. Zugleich ermöglicht das gemeinsame Gehäuse den Wegfall von separaten Gehäusen und im Wartungsfall, das heißt beispielsweise beim Auslösen der pyrotechnischen Einrichtung, einen problemlosen Austausch des gesamten Linearaktuators, wodurch sich Reparatur- und Wartungskosten senken lassen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist die pyrotechnische Einrichtung in der Spindel angeordnet. In diesem Fall ist also die als Spindel ausgebildete zweite Welle als Hohlwelle ausgebildet und nimmt zugleich die pyrotechnische Einrichtung, beispielsweise ein Treibladung auf, wodurch eine besonders kompakte Bauweise und damit ein besonders geringer Bauraumbedarf erreicht werden können.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist das zweite Zahnrad an einem Längsende der Spindel angeordnet, wobei die pyrotechnische Einrichtung auf einer der Spindel gegenüberliegenden Seite des zweiten Zahnrades und im Wesentlichen koaxial zu diesem angeordnet ist. Dies stellt eine zum vorherigen Absatz alternative Ausführungsform dar, welche den großen Vorteil bietet, dass eine Anordnung der pyrotechnischen Einrichtung in der als Spindel ausgebildeten zweiten Welle entfallen und beispielsweise beim Auslösen der pyrotechnischen Einrichtung und einer nachfolgenden Reparatur nur die pyrotechnische Einrichtung ausgetauscht und die zweite Welle axial wieder in ihre ursprüngliche Ausgangslage verstellt werden muss.
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Zweckmäßig stützt sich die pyrotechnische Einrichtung, insbesondere über eine Stirnseite derselben am Gehäuse ab. Um ein schlagartiges Verstellen der Spindelhülse und damit des Linearaktuators zu bewirken, ist es erforderlich, dass sich die pyrotechnische Einrichtung an einem Widerlager abstützt. Ein derartiges Widerlager kann beispielsweise eine Gehäuseinnenseite sein, welche gegebenenfalls verstärkt ist.
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Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Linearaktuators ist das Gehäuse zweischalig ausgebildet mit einer an einer ersten Schale angeordneten ersten Wand mit einer ersten Ausnehmung und mit einer an einer zweiten Schale angeordneten zweiten Wand mit einer zweiten Ausnehmung. Die erste und zweite Ausnehmung formen dabei eine zu einer Außenkontur der pyrotechnischen Einrichtung komplementäre Gegenkontur. Die pyrotechnische Einrichtung weist beispielsweise eine Ringnut auf, in die ein Rand der ersten Ausnehmung und ein Rand der zweiten Ausnehmung bei geschlossenem Gehäuse eingreift und die pyrotechnische Einrichtung fixiert. Über eine derartige formschlüssige Verbindung zwischen dem Rand der ersten und zweiten Ausnehmung und der Ringnut an der pyrotechnischen Einrichtung kann auch eine Montage des erfindungsgemäßen Linearaktuators vereinfacht und zugleich eine Lagefixierung der pyrotechnischen Einrichtung im Gehäuse des Linearaktuators einfach gewährleistet werden.
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Zusätzlich oder alternativ kann auch eine pyrotechnische Einrichtung durchdringender Bolzen vorgesehen sein, der mit einem jeweiligen Längsende in eine zugehörige sacklochartige Öffnung der ersten oder zweiten Schale eingreift und darüber die pyrotechnische Einrichtung fixiert. Mittels eines derartigen Bolzens, beispielsweise eines Metallbolzen, kann ebenfalls ein hohe Widerlagerkräfte aufnehmendes Widerlager geschaffen werden, über welches sich die pyrotechnische Einrichtung im Crashfall abstützt.
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Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, ein Kraftfahrzeug mit einem in den vorherigen Absätzen beschriebenen Linearaktuator auszustatten und dadurch die zuvor beschriebenen Vorteile auf das Kraftfahrzeug zu übertragen. Konkret handelt es sich bei diesen Vorteilen insbesondere um die Möglichkeit, mit einem einzigen Linearaktuator sowohl eine normale Bewegung eines Fahrzeugelements, beispielsweise eines Spoilers, zu bewirken, als auch eine schlagartige Bewegung im Crashfall, um dadurch das Fahrzeugelement, beispielsweise den Spoiler, als Fußgängeraufprallschutzeinrichtung zu nutzen. Mittels des Spindeltriebs kann dabei eine besonders leichtgängige und zugleich selbsthemmende Einstellung des Spoilers, insbesondere eines Frontspoilers, durch den Linearaktuator erfolgen, so dass dieser im Normalzustand auch in der Lage ist, hohe Windkräfte problemlos aufzunehmen.
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Zweckmäßig ist eine mit dem Linearaktuator betätigbare Viergelenkkinematik vorgesehen. Um den Frontspoiler entsprechend anlenken zu können, kann zwischen dem Linearaktuator und dem Frontspoiler beispielsweise eine derartige Viergelenkkinematik angeordnet sein, über welche unterschiedlichste Bewegungen realisierbar sind.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Dabei zeigen, jeweils schematisch,
- 1 einen erfindungsgemäßen Linearaktuator im Normalzustand,
- 2 eine Darstellung wie in 1, jedoch im Crashzustand bei ausgelöster pyrotechnischer Einrichtung,
- 3 eine Darstellung wie in 1, jedoch in einer Schnittdarstellung,
- 4 eine Darstellung wie in 2, jedoch ebenfalls in einer Schnittdarstellung,
- 5 eine Schnittdarstellung durch eine weitere mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Linearaktuators mit in einer als Spindel ausgebildeten zweiten Welle angeordneter pyrotechnischer Einrichtung im Normalzustand,
- 6 eine Darstellung wie in 5, jedoch bei aktivierter pyrotechnischer Einrichtung,
- 7 einem erfindungsgemäßen Linearaktuator mit einem über eine Viergelenkkinematik damit verbundenen Fahrzeugelement im Normalzustand,
- 8 eine Darstellung wie in 7, jedoch bei aktivierter pyrotechnischer Einrichtung.
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Entsprechend den 1 bis 8, weist ein erfindungsgemäßer Linearaktuator 1 einen Elektromotor 2 mit einer ein erstes Zahnrad 3 tragenden ersten Welle 4 auf. Die erste Welle 3 ist dabei die Antriebswelle des Elektromotors 2. Des Weiteren vorgesehen ist eine parallel zur ersten Welle 3 verlaufende und als Spindel 5 ausgebildete zweite Welle 6, auf der ein zweites Zahnrad 7 drehfest angeordnet ist, welches im Normalzustand (vgl. die 1, 3, 5 und 7) mit dem ersten Zahnrad 4 kämmt, das heißt in Wirkverbindung steht. In diesem Zustand, das heißt üblicherweise im Normalzustand, erfolgt ein Verstellen des Linearaktuators 1 in Axialrichtung 8 ausschließlich und vergleichsweise langsam mittels des Elektromotors 2. Mit der Spindel 5 wirkungsverbunden ist eine Spindelhülse 9, die bei einem Verdrehen der Spindel 5 eine Axialverstellung der Spindelhülse 9 und damit des Linearaktuators 1 bewirkt.
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Erfindungsgemäß ist nun zusätzlich eine pyrotechnische Einrichtung 10 vorgesehen, die derart ausgebildet ist, dass sie im Bedarfsfall das zweite Zahnrad 7 axial verstellt und dadurch die Wirkverbindung zum ersten Zahnrad 4 löst und zugleich die mit dem zweiten Zahnrad 7 verbundene Spindel 5, das heißt zweite Welle 6 und darüber auch die Spindelhülse 9 schlagartig in Axialrichtung 8 verstellt. In Axialrichtung 8 soll bei der Verstellung der Spindelhülse 9 mittels der pyrotechnischen Einrichtung 10 die Ausfahrbewegung der Spindelhülse 9 aus einem Gehäuse 11 des Linearaktuators 1 bedeuten, während die Axialrichtung 8 im Normalbetrieb, das heißt bei einem Verstellen des Linearaktuators 1 mittels Elektromotor 2 sowohl ein Einfahren als auch ein Ausfahren der Spindelhülse 9 in das bzw. aus dem Gehäuse 11 bedeuten kann.
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Mittels der pyrotechnischen Einrichtung 10 ist somit ein schlagartiges Verstellen des Linearaktuators 1 möglich, wodurch beispielsweise ein damit gekoppeltes Fahrzeugelement 12, beispielsweise ein Fahrzeugspoiler 13 (vgl. die 7 und 8), als Fußgängeraufprallschutz genutzt werden kann. Mit dem erfindungsgemäßen Linearaktuator 1 ist es somit möglich, im Normalzustand, das heißt bei nicht aktivierter pyrotechnischer Einrichtung 10, ein Hin- und Herverstellen der Spindelhülse 9 und damit des Linearaktuators 1 sowie eines damit verbundenen Fahrzeugelements 12 ausschließlich mittels des Elektromotors 2 zu bewirken, wobei der Spindeltrieb eine Selbsthemmung besitzt. Im Crashfall kann mit dem erfindungsgemäßen Linearaktuator 1 alternativ ein schlagartiges Verstellen des Linearaktuators 1 und dabei ein Ausfahren der Spindelhülse 9 erfolgen.
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Das erste Zahnrad 4 sowie das zweite Zahnrad 7 besitzen dabei jeweils eine Geradverzahnung, wodurch ein einfaches Axialverschieben des zweiten Zahnrades 7 relativ zum ersten Zahnrad 4 möglich ist.
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Vorzugsweise ist der Elektromotor 2 mit der ersten Welle 3 und dem ersten Zahnrad 4, die zweite Welle 6 mit dem zweiten Zahnrad 7, die pyrotechnische Einrichtung 10 sowie die Spindel 5, die die zweite Welle 6 darstellt, in dem Gehäuse 11, das heißt in einem gemeinsamen Gehäuse 11 angeordnet und dadurch bauraumoptimiert und zugleich schmutzsicher untergebracht.
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Das Gehäuse 11 kann dabei zweischalig ausgebildet sein, mit einer an einer ersten Schale 14 angeordneten ersten Wand 15 mit einer ersten Ausnehmung 16 und mit einer an einer zweiten nicht gezeigten Schale angeordneten zweiten Wand mit einer zweiten Ausnehmung, wobei die pyrotechnische Einrichtung 10 eine Ringnut 17 aufweist, in die eine Rand der ersten Ausnehmung 16 und ein Rand der zweiten Ausnehmung bei geschlossenem Gehäuse 11 eingreift und darüber die pyrotechnische Einrichtung 10 fixiert. Zusätzlich oder alternativ kann auch ein die pyrotechnische Einrichtung 10 durchdringender Bolzen 18 vorgesehen sein, der jeweils längsendseitig in eine zugehörige sacklochartige Öffnung der ersten Schale 14 und der zweiten Schale eingreift und darüber die pyrotechnische Einrichtung 10 im Gehäuse 11 fixiert. Auch ist denkbar, dass sich die pyrotechnische Einrichtung 10 über eine axiale Stirnseite an einer Gehäusewand des Gehäuses 11 abstützt.
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Betrachtet man die 1 bis 4 und 7 und 8 weiter, so kann man erkennen, dass das zweite Zahnrad 7 an einem Längsende der Spindel 5 angeordnet ist, wobei die pyrotechnische Einrichtung 10 auf einer der Spindel 5 gegenüberliegenden Seite des zweiten Zahnrades 7 angeordnet ist. Dies bietet den großen Vorteil, dass die pyrotechnische Einrichtung 10 nach einem Crashfall vergleichsweise einfach ausgetauscht und der Linearaktuator 1 ansonsten weiter benutzt werden kann. Um eine möglichst bauraumoptimierte Anordnung der pyrotechnischen Einrichtung 10 erreichen zu können, kann auch vorgesehen sein, dass die pyrotechnische Einrichtung 10 in der Spindel 5 angeordnet ist (vgl. die 5 und 6), wobei in diesem Fall die als Spindel 5 ausgebildete zweite Welle 6 als Hohlwelle ausgebildet ist. Betrachtet man die 5 und 6 im Vergleich zu den Ausführungsformen gemäß den 1 und 4, so ist zu erkennen, dass die Spindelhülse 9 einen größeren Durchmesser, das Gehäuse 11 jedoch insgesamt kleiner ausgebildet ist.
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Betrachtet man die 7 und 8 weiter, so kann man erkennen, dass eine mit dem Linearaktuator 1 betätigbare Viergelenkkinematik 19 vorgesehen ist, über welche das Fahrzeugelement 12, beispielsweise der Fahrzeugspoiler 13 mit dem Linearaktuator 1 mechanisch gekoppelt ist. Eine Betätigung der pyrotechnischen Einrichtung 10 kann beispielsweise mittels eines elektrischen Signals erfolgen, weshalb die pyrotechnische Einrichtung 10 über eine elektrische Leitung 20 mit beispielsweise einer nicht gezeigten Steuereinrichtung verbindbar ist. Eingesetzt wird der erfindungsgemäße Linearaktuator 1 beispielsweise in einem Kraftfahrzeug 21.
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Alles in allem kann mit dem erfindungsgemäßen Linearaktuator 1 sowohl ein Hin- und Herverstellen desselben mittels eines Elektromotors 2 im Normalzustand, als auch ein schlagartiges Verstellen mittels der pyrotechnischen Einrichtung 10 erreicht werden, wodurch erstmals ein mit dem Linearaktuator 1 verstellbares Fahrzeugelement 12, beispielsweise ein Fahrzeugspoiler 13, im Normalzustand aerodynamische Aufgaben und im Crashzustand Fußgängerschutzaufgaben erfüllen kann.
