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Die Erfindung betrifft eine Stellvorrichtung zum Bereitstellen einer Stellbewegung.
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Aus der
DE 10 2015 225 316 A1 ist ein Aktuator zur Betätigung einer Reibkupplung bekannt, der ein Gehäuse und einen in dem Gehäuse bewegbaren Kolben aufweist, wobei an dem Kolben mindestens ein erster Magnet und ein zweiter Magnet befestigt sind, die in einer Bewegungsrichtung des Kolbens in einem Abstand voneinander beabstandet angeordnet sind und wobei an dem Gehäuse ein Hall-Sensor zur Messung zumindest eines Magnetfelds des ersten Magnets und zweiten Magnets angeordnet ist, wobei zur Verstärkung eines Magnetfeldes zumindest eines der Magneten an dem Kolben mindestens ein weiteres Bauteil, bestehend aus ferromagnetischem Material, angeordnet ist.
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Die
US 4 731 579 A offenbart ein Positionsüberwachungssystem zur Verwendung bei der Überwachung der Positionsbeziehung von zwei Elementen, die für eine relative Bewegung in Bezug aufeinander montiert sind. In einer solchen Vorrichtung werden zwei Magnetfelder einander so gegenübergestellt, dass sie entgegengesetzte Polarität haben und eine solche Feldstärke aufweisen, dass sie für eine allgemein lineare Veränderung der Feldstärke sorgen, die sich über einen langgestreckten Pfad erstreckt, der das Aufeinandertreffen der Felder durchquert. In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein solches System als integraler Bestandteil eines elektromagnetischen Aktuators verwendet, bei dem die Magnetfelder mit den elektromagnetischen Feldern einer geeignet positionierten Feldspule zusammenwirken.
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Die
US 5 493 216 A offenbart einen magnetischen Positionsdetektor mit einem ein magnetfelderzeugenden Element und einem Magnetfelddetektor, die zusammen angeordnet sind, so dass das felderzeugende Element in Längsrichtung relativ zum Detektor positioniert werden kann. Das magnetfelderzeugende Element umfasst sowohl einen ersten wie auch einen zweiten und einen dritten Magneten, die in Längsrichtung axial angeordnet sind. Der zweite und der dritte Magnet befinden sich neben den gegenüberliegenden Enden des ersten Magneten und sind vom ersten Magneten beabstandet. Die Magnete sind so angeordnet, dass der erste Magnet eine erste Polarität und der zweite und dritte Magnet eine entgegengesetzte Polarität aufweisen. Die Magnete sind so voneinander beabstandet, dass zwischen ihnen Magnetspalte entstehen. Der Magnetfelddetektor enthält ein Hall-Element, das auf den von den Magneten erzeugten Magnetfluss reagiert. Eine Stromversorgung liefert eine geringe Vorspannung, um ein Offset-Hall-Effekt-Ausgangssignal zu erzeugen. Die Vorspannung wird so eingestellt, dass das Ausgangssignal des Hall-Elements die Polarität wechselt, wenn das Hall-Element über die Zwischenmagnetspalte läuft.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stellvorrichtung zum Bereitstellen einer Stellbewegung zu schaffen, mit der eine Vielzahl von unterschiedlichen Bewegungsaufgaben gelöst werden können.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Hierbei ist vorgesehen, dass die Stellvorrichtung ein Gehäuse aufweist, an dem ein Bewegungsglied angeordnet und entlang eines Stellwegs verstellbar ist, wobei eine Magneteinheit ortsfest an dem Bewegungsglied angebracht ist, wobei die Magneteinheit einen ersten Permanentmagneten mit einer ersten Polarisationsrichtung und einen zweiten Permanentmagneten mit einer zweiten Polarisationsrichtung aufweist, wobei die erste Polarisationsrichtung und die zweite Polarisationsrichtung in zueinander unterschiedlichen Raumrichtungen und quer zum Stellweg ausgerichtet sind.
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Durch die beiden Permanentmagnete, deren Polarisationsrichtungen quer zum Stellweg und in unterschiedlichen Raumrichtungen ausgerichtet sind, kann für einen Magnetsensor ein eindeutig detektierbares Magnetfeld bereitgestellt werden.
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Die Polarisationsrichtung des jeweiligen Permanentmagneten wird von einem magnetischen Nordpol und von einem magnetischen Südpol bestimmt, wobei das Magnetfeld an dem jeweiligen Pol senkrecht aus einer Oberfläche des Permanentmagneten austritt. Die Polarisationsrichtung ist durch den geraden Verlauf der Magnetfeldlinien innerhalb des Permanentmagneten vom Nordpol zum Südpol definiert. Die beiden Permanentmagnete der Magneteinheit weisen voneinander unterschiedliche räumliche Ausrichtungen der Polarisationsrichtungen auf, sodass der Nordpol des einen Permanentmagneten in eine unterschiedliche Richtung gegenüber dem Nordpol des anderen Permanentmagneten bezüglich des Stellwegs ausgerichtet ist.
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Der Stellweg ist die Bewegungsbahn, entlang der sich das Bewegungsglied während der Stellbewegung bewegt. Der Stellweg kann einen geraden oder einen gekrümmten Verlauf aufweisen. Insbesondere kann der Stellweg bei einer linearen Stellbewegung des Bewegungsglieds parallel oder fluchtend mit einer Längsrichtung des Bewegungsglieds ausgerichtet sein. Da die Magneteinheit ortsfest an dem Bewegungsglied angebracht ist, folgen die Magneteinheit und damit die beiden Permanentmagnete dem Bewegungsglied bei seiner Stellbewegung. Die Permanentmagneten einer Magneteinheit sind hierbei ortsfest zueinander angeordnet.
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Das Bewegungsglied weist eine Längsrichtung auf, die durch eine Längserstreckung und/oder eine Rotationsymmetrieachse vorgegeben ist. Beispielhaft entspricht die Längsrichtung des Bewegungsglieds der längsten Ausdehnung des Bewegungsglieds. Eine Rotationssymmetrieachse des Bewegungsglieds ist durch wenigstens einen rotationssymmetrisch ausgebildeten Abschnitt des Bewegungsglieds definiert. Exemplarisch verläuft der Stellweg entlang der Längsrichtung des Bewegungsglieds.
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Die Polarisationsrichtungen der beiden Permanentmagnete sind quer zum Stellweg ausgerichtet, sodass ein Geschwindigkeitsvektor der Stellbewegung quer zu jeder der ersten und zweiten Polarisationsrichtungen ausgerichtet ist. Quer ist nicht zwingend als senkrecht zum Stellweg ausgerichtet zu verstehen. Vorzugsweise beträgt der Winkel zwischen dem Geschwindigkeitsvektor und der Polarisationsrichtungen in etwa 90°. Hierbei können fertigungsbedingte Toleranzen unberücksichtigt bleiben.
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Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Magneteinheit genau zwei Permanentmagnete aufweist. Insbesondere ist vorgesehen, dass der erste Permanentmagnet und der zweite Permanentmagnet einander entgegengesetzte und parallel zueinander ausgerichtete erste und zweite Polarisationsrichtungen aufweisen.
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Vorteilhaft ist es, wenn der erste Permanentmagnet und der zweite Permanentmagnet zueinander gegensätzlich ausgerichtete erste und zweite Polarisationsrichtungen aufweisen, sodass sich zwischen dem ersten Permanentmagnet und dem benachbart angeordneten zweiten Permanentmagnet ein Magnetfeldmaximum ausbildet. Vorzugsweise sind die Polarisationsrichtungen um einen Winkel von in etwa 180° zueinander verdreht, wobei fertigungsbedingte Toleranzen unberücksichtigt bleiben können. Insbesondere sind die Polarisationsrichtungen anitparallel zueinander ausgerichtet. Hieraus resultiert, dass die Nordpole der Permanentmagnete in entgegengesetzte Richtungen, insbesondere bezüglich des Stellwegs, weisen. Durch die gegensätzliche Ausrichtung der beiden Polarisationsrichtungen sind ein Nordpol des ersten Permanentmagneten und ein Südpol des benachbart angeordneten zweiten Permanentmagneten nebeneinander angeordnet, sodass die Magnetfeldlinien vom Nordpol des ersten Permanentmagneten in den Südpol des zweiten Permanentmagneten übergehen.
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Hiernach bildet sich im Bereich zwischen dem ersten und zweiten Permanentmagneten ein zu den beiden Permanentmagneten beabstandet angeordnetes Magnetfeldmaximum aus. Der Ort, an dem dieses Magnetfeldmaximum vorliegt, weist im Vergleich zu anderen Orten im Umfeld der beiden Permanentmagnete, die im gleichen Abstand zu den Permanentmagneten angeordnet sind, eine höhere magnetische Flussdichte auf. An anderen Orten im Umfeld der beiden Permanentmagnete können weitere Magnetfeldextrema vorliegen, welche die gleiche magnetische Flussdichte wie das vorstehend beschriebene Magnetfeldmaximum aufweisen, die jedoch einen geringeren Abstand zu den Permanentmagneten aufweisen. Das Magnetfeldmaximum ist von dem Stellweg des Bewegungsglieds beabstandet, wobei vorzugsweise eine die Magnetfeldlinie des Magnetfeldmaximums tangierende gedachte Gerade parallel zum Stellweg ausgerichtet ist. Ein derart ausgebildetes Magnetfeldmaximum kann durch einen Magnetsensor leicht detektiert werden.
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In einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass wenigstens ein Bereich des Bewegungsglieds, auf dem die Magneteinheit angeordnet ist, aus einem magnetisierbaren, vorzugsweise ferromagnetischen, Material ausgebildet ist. Vorzugsweise ist das Material ein magnetisierbarer Stahl. Die Verwendung derartiger Materialien, insbesondere von Stahl, ermöglicht eine kostengünstige Herstellung des Bewegungsglieds, das beispielhaft als Zahnstange ausgebildet sein kann.
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Um eine bauraumeffiziente Ausbildung des Bewegungsglieds zu erlangen, kann das Bewegungsglied eine Ausnehmung für die Magneteinheit aufweisen, die sich quer zum Stellweg in das Bewegungsglied ausgehend von einer Außenoberfläche des Bewegungsglieds erstreckt. Die Ausnehmung weist einen Boden auf, der gegenüber der die Ausnehmung umgebenden, vorzugsweise umringenden, Außenoberfläche in das Bewegungsglied abgesenkt ist. Die Magneteinheit kann auf dem im Bewegungsglied angeordneten Boden der Ausnehmung befestigt sein. Dabei kann die Magneteinheit in die Ausnehmung eingeklebt sein. Die Ausnehmung ist nach außen geöffnet, sodass die Magneteinheit ungehindert ein Magnetfeld quer zum Stellweg bereitstellen kann. Vorzugsweise sind der erste Permanentmagnet und der zweite Permanentmagnet derart ausgebildet und angeordnet, dass sich das Magnetfeldmaximum außerhalb der Ausnehmung in einem Abstand von den beiden Permanentmagneten ausgebildet, der eine vorteilhafte Erfassung durch einen Magnetsensor gewährleistet.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass ein quer zum Stellweg vom Bewegungsglied abstehendes erstes Ende des ersten Permanentmagnets und/oder ein quer zum Stellweg vom Bewegungsglied abstehendes zweites Ende des zweiten Permanentmagneten aus der Ausnehmung, vorzugsweise über eine Außenoberfläche des Bewegungsglieds, herausragt. Das abstehende Ende weist einen Magnetpol, insbesondere einen Nordpol oder einen Südpol, auf und das befestigte Ende weist einen gegenpoligen Magnetpol auf. Bevorzugt ragen die Enden sowohl des ersten Permanentmagneten als auch des zweiten Permanentmagneten aus der Ausnehmung heraus und erstrecken sich vorzugsweise über die Außenoberfläche des Bewegungslieds hinaus. Bei einer alternativen Ausführungsform kann ein erstes Ende des ersten Permanentmagneten unterhalb der Außenoberfläche des Bewegungslieds und somit noch innerhalb der Ausnehmung angeordnet sein, während das zweite Ende des zweiten Permanentmagneten über die Außenoberfläche des Bewegungslieds hinaus und damit aus der Ausnehmung herausragt. Die Ausnehmung kann nutförmig mit einem eben ausgebildeten Nutgrund ausgebildet sein.
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Bevorzugt weist das abstehende erste Ende des ersten Permanentmagneten eine erste Stirnfläche und das abstehende zweite Ende des zweiten Permanentmagneten eine zweite Stirnfläche auf, wobei die erste Stirnfläche und die zweite Stirnfläche zueinander parallel ausgerichtet sind oder in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind. Die Stirnflächen sind dem Boden der Ausnehmung abgewandt und vorzugsweise parallel zum Boden der Ausnehmung ausgerichtet. Besonders bevorzugt sind die Stirnflächen parallel zum Stellweg ausgerichtet. Durch die zueinander parallele Ausrichtung der ersten Stirnfläche und der zweiten Stirnfläche können die Magnetfeldlinien auf einem kurzen und daher energetisch günstigen Weg in die Permanentmagnete eintreten, wodurch ein von weiteren Magnetfeldextrema abgegrenztes Magnetfeldmaximum ohne nennenswerte magnetische Streuverluste und Verzerrungen der Magnetfeldlinien ausbildet werden kann.
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Der erste Permanentmagnet und der zweite Permanentmagnet können in Richtung des Stellwegs zueinander benachbart aneinandergereiht sein. Die benachbarten Magnete können sich unmittelbar mit ihren seitlichen Bereichen berühren. Alternativ können die Permanentmagnete durch einen Spalt zueinander beabstandet sein, wobei ein Abstand der Permanentmagnete höchsten einer Erstreckung eines der Permanentmagnete längs des Stellwegs entspricht.
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Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Magnetsensor zur Detektion eines Magnetfelds der Magneteinheit ortsfest an dem Gehäuse angeordnet ist und dass eine Auswerteeinheit zum Auswerten eines Sensorsignals des Magnetsensors und zur Bestimmung einer relativen Position des Bewegungsglieds ausgebildet ist.
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Der Magnetsensor ist derart ortsfest am Gehäuse angeordnet, dass sich das Bewegungsglied bei seiner Stellbewegung relativ zum Magnetsensor an diesem vorbeibewegt. Das aus den unterschiedlich ausgerichteten Magnetfeldern der beiden Permanentmagnete resultierende, quer zum Stellweg von der Magneteinheit ausgerichtete Magnetfeld wird vom Magnetsensor, bei dem es sich beispielsweise um einen Hall-Sensor oder einen GMR-Sensor handeln kann, erfasst. Ein hieraus resultierendes Sensorsignal des Magnetsensors wird über eine Signalleitung an die Auswerteeinheit übertragen. Die Auswerteeinheit verarbeitet das Sensorsignal und berechnet hierbei eine Information über die Position des Bewegungsglieds, die anschließend ausgegeben werden kann. Beispielhaft ist vorgesehen, dass der Magnetsensor das Magnetfeld entlang des Stellwegs nur punktuell detektieren kann. Alternativ ist der Magnetsensor für eine sich über wenigstens einen Abschnitt des Bewegungswegs erstreckende Magnetfelderfassung ausgebildet. Bevorzugt entspricht der vom Magnetsensor erfasste Abschnitt dem gesamten Stellweg des Bewegungsglieds.
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Vorzugsweise weist das Gehäuse eine Führungsfläche auf, an der das Bewegungsglied verstellbar gelagert ist. Die Führungsfläche kann eben oder gebogen ausgebildet sein. Bevorzugt ist die Führungsfläche zumindest im Wesentlichen zylinderförmig, insbesondere kreiszylindrisch ausgebildet und begrenzt eine Führungskammer. Der Magnetsensor ist an einer Gehäusewand, die die Führungsfläche beinhaltet, angeordnet. Vorzugsweise kann der Magnetsensor auf einer Seite der Gehäusewand angeordnet, die der Führungsfläche abgewandt ist. Besonders bevorzugt ist der Magnetsensor außerhalb der Führungskammer angeordnet. Alternativ kann der Magnetsensor unmittelbar auf, an oder in der Führungsfläche angeordnet sein.
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Zweckmäßigerweise weist das Gehäuse wenigstens einen Fluidanschluss auf, der in einer Fluidkammer mündet, die durch die Führungsfläche und eine Stirnfläche des Bewegungsglieds, das abdichtend an der Führungsfläche anliegt, abgegrenzt ist. Die Fluidkammer ist Teil der Führungskammer, die durch die Führungsfläche gebildet ist. Der Fluidanschluss ist zum Be- und/oder Entlüften der Fluidkammer vorgesehen, sodass ein Druck in der Fluidkammer aufgebaut werden kann, der auch auf die Stirnfläche des Bewegungsglieds wirkt. Wenn der Fluiddruck eine Kraft auf eine Fläche des Bewegungsglieds erzeugt, die in Richtung des Stellwegs ausgerichtet ist, dann wird das Bewegungsglied durch die Kraft in eine Stellbewegung versetzt.
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Sofern das Gehäuse mit dem Bewegungsglied nur eine Fluidkammer begrenzt, wird hierdurch ein einfachwirkender Fluidaktor bereitgestellt. Wenn das Gehäuse mit dem Bewegungsglied zwei fluidisch voneinander getrennte Fluidkammern begrenzt, wird hierdurch ein doppeltwirkender Fluidaktor bereitgestellt.
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Einfach- und doppeltwirkende Fluidaktuatoren können als Druckluftzylinder ausgeführt sein, die mit der erfindungsgemäßen Magneteinheit versehen werden können. Das Bewegungsglied kann in diesem Fall auch als Arbeitskolben oder Zylinderkolben bezeichnet werden.
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Erfindungsgemäß weist das Gehäuse zwei Bewegungsglieder auf, die vorzugsweise jeweils eine Magneteinheit aufweisen, wobei die beiden Bewegungsglieder durch eine Koppeleinheit miteinander gekoppelt sind. Es sind vorzugsweise auch zwei Magnetsensoren vorgesehen. Jedes der beiden Bewegungsglieder ist in jeweils einer Führungskammer angeordnet. Ferner ist vorgesehen, dass die Bewegungsglieder die Führungskammern in jeweils zwei Fluidkammern unterteilen. Die Fluidkammern weisen jeweils wenigstens einen Fluidanschluss zum Be- und Entlüften der jeweiligen Fluidkammer auf. Die Koppeleinheit synchronisiert die Stellbewegung der beiden Bewegungsglieder. Insbesondere können die beiden Bewegungsglieder zueinander gegenläufige Stellbewegungen ausführen, welche durch die Koppeleinheit synchronisiert sind. Die Koppeleinheit kann ein Zahnrad aufweisen, das gleichzeitig mit einer Verzahnung jedes, insbesondere als Zahnstange ausgebildeten, Bewegungsglieds kämmt. Die Bewegungsglieder sind hierzu auf gegenüberliegenden Seiten des Zahnrads angeordnet. Bei einer alternativen Ausführungsform solch einer Stellvorrichtung mit zwei Bewegungsgliedern kann nur eine Magneteinheit verwendet werden, da die beiden Bewegungsglieder durch die Koppeleinheit miteinander ständig synchronisiert sind. Beispielhaft kann eine solche Stellvorrichtung als pneumatischer Greifer eingesetzt werden.
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Es versteht sich, dass die vorstehend und nachstehend genannten Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination verwendbar sind. Beispielsweise können mehr als zwei Permanentmagnete verwendet werden. Alternativ kann ein monolithischer Quadrupolmagnet anstelle von zwei einzelnen Permanentmagneten verwendet werden, wobei der Quadrupolmagnet mit vier permanenten Magnetpolen polarisiert ist, die in alternierender Weise an seinen Umfang verteilt sind. Der Quadrupol kann wenigstens eine Fläche aufweisen, die viereckig ist und/oder vier Seiten aufweist.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt:
- 1 einen Schnitt durch eine Stellvorrichtung, die zwei Bewegungsglieder mit jeweils einer zwei Permanentmagnete aufweisenden Magneteinheit aufweist, und
- 2 eine Detaildarstellung eines Schnitts durch die Magneteinheit.
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Die 1 offenbart einen Schnitt durch eine Stellvorrichtung 10 zum Bereitstellen einer Stellbewegung. Der Schnitt durch die Stellvorrichtung 10 schneidet die darin befindlichen Bauteile in einer gemeinsamen Ebene.
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Die Stellvorrichtung 10 weist ein Gehäuse 14 auf. Das Gehäuse 14 umgibt rein exemplarisch ein erstes und ein zweites Bewegungsglied 121, 122, welche gegenläufige Stellbewegungen entlang eines geradlinigen Stellwegs 1 ausführen können.
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Nachstehend erfolgt eine Beschreibung für das im Gehäuse 14 linearbeweglich aufgenommene erste Bewegungsglied 121, die in gleicher Weise auch für das zweite Bewegungsglied 121 zutreffend ist.
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Eine längste Erstreckung der ersten und zweiten Bewegungsglieder 121, 122 ist parallel zum Stellweg 1 ausgerichtet. Die beiden Stellwege 1 der ersten und zweiten Bewegungsglieder 121, 122 sind zumindest im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet.
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Das erste Bewegungsglied 121 ist an einer Führungsfläche 42 beweglich gelagert. Die Führungsfläche 42 ist an einer Fläche einer Innenseite einer Wandung des Gehäuses 14 ausgebildet und begrenzt eine Führungskammer 43, in der das erste Bewegungsglied 121 aufgenommen ist. Rein exemplarisch ist die Führungskammer 43 kreiszylindrisch ausgebildet. Ferner ist das erste Bewegungsglied 121 beispielhaft zumindest abschnittweise kreiszylindrisch ausgebildet. Die Führungskammer 43 ist an ihren axialen Enden durch jeweils einen Deckel 15 fluiddicht abgeschlossen.
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Der Stellweg 1 des ersten Bewegungsgliedes 121 ist parallel zu einer Mittelachse des ersten Bewegungslieds 121 ausgerichtet und damit innerhalb der Führungskammer 43 angeordnet.
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Das erste Bewegungslied 121 weist jeweils endseitig einen ersten Kolbenabschnitt 131 und einen zweiten Kolbenabschnitt 132 auf, die jeweils mittels einer Dichtung 451, 452, die in einer Ringnut des jeweiligen Kolbenabschnitts 131, 132 aufgenommen ist, fluiddicht und linearbeweglich an der Führungsfläche 42 gelagert sind.
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Jeder der Kolbenabschnitte 131, 132 weist an einem axialen Ende eine erste und eine zweite Stirnfläche 161, 162 auf. Die erste Stirnfläche 161 begrenzt mit einem ersten Abschnitt der Führungskammer 43 und dem Deckel 15 eine erste Fluidkammer 441. Die zweite Stirnfläche 162 begrenzt mit einem zweiten Abschnitt der Führungskammer 43 und dem Deckel 15 eine zweite Fluidkammer 442.
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Jede der Fluidkammern 441, 442 ist durch jeweils einen Fluidanschluss 401, 402 mit einem externen in 1 nicht illustrierten Fluidsystem verbunden sind.
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Eine Stellbewegung des ersten Bewegungsglieds 121 entlang des Stellwegs 1 vergrößert beispielsweise die erste Fluidkammer 441 während gleichzeitig die zweite Fluidkammer 442 im gleichen Maße verkleinert wird.
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Gemäß der Darstellung der 1 begrenzen das erste Bewegungsglied 121 und das zweite Bewegungsglied 122 mit dem Gehäuse 14 insgesamt vier Fluidkammern 441, 442 begrenzen, denen jeweils ein Fluidanschluss 401, 402 zugeordnet ist. Hierdurch ist die Stellvorrichtung 10 als Kombination von zwei jeweils doppeltwirkenden Bewegungsgliedern 121, 122 ausgebildet.
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Zwischen den Bewegungsgliedern 121, 122 ist gemäß 1 eine Koppeleinheit 46 angeordnet, welches eine Synchronisation der Bewegungsglieder 121, 122 herbeiführt. Die Koppeleinheit 46 ist als drehbeweglich am Gehäuse 14 gelagertes Zahnrad ausgeführt. Die Koppeleinheit 46 greift in einander gegenüberliegend angeordnete Zahnstangenabschnitte 481, 482 ein, die an den Bewegungsgliedern 12, 121, 122 zwischen den jeweiligen ersten und zweiten Kolbenabschnitten 131, 132 angeordnet sind und gewährleistet hiermit eine Zwangskopplung der beiden Bewegungsglieder 121, 122.
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An dem ersten Bewegungsglied 121 ist eine Ausnehmung 32 ausgebildet, die sich quer zum Stellweg 1 in das Material des ersten Bewegungsglieds 121 erstreckt. Die Ausnehmung 32 ist radial nach außen geöffnet und bildet eine Vertiefung, die vorzugsweise nutförmig ist. Im Falle von zwei Bewegungsgliedern 121, 122, wie es in 1 gezeigt ist, sind die Ausnehmungen 32 an voneinander abgewandten Außenoberfläche 36 der Bewegungsglieder 121, 122 angeordnet. Rein exemplarisch ist vorgesehen, dass die Ausnehmung 32 in eine Rückseite des Zahnstangenabschnitts 481, 482 eingebracht ist.
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In der Ausnehmung 32 ist eine Magneteinheit 18 angeordnet, die einen ersten Permanentmagnet 261 und einen zweiten Permanentmagnet 262 aufweist. Der erste Permanentmagnet 261 weist eine erste Polarisationsrichtung 201 auf, der zweite Permanentmagnet 262 weist eine zweite Polarisationsrichtung 202 auf. Die erste Polarisationsrichtung 201 und die zweite Polarisationsrichtung 202 sind rein exemplarisch antiparallel zueinander ausgerichtet, sodass die Magnetpole 271, 272 in zueinander entgegengesetzte Raumrichtungen weisen.
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Ferner sind dem Gehäuse 14 zwei Magnetsensoren 221, 222 zur Erfassung der Magnetfelder 24 der jeweiligen Magneteinheiten 18 zugeordnet. Die Magnetsensoren 221, 222 sind ortsfest in dem Gehäuse 14 angeordnet. Während der Stellbewegung des Bewegungsglieds 121, 122 wird jeweils eine Magneteinheit 18 einem feststehenden Magnetsensor 221, 222 vorbeigeführt. Der Stellweg 1 der Bewegungsglieder 121, 122 und die Bewegungsbahn der Permanentmagnete 261, 262 unterscheiden sich in Länge und Richtung nicht, sodass eine Detektion der Position des Magnetfelds 24 der Permanentmagnete 261, 262 repräsentativ für die Position des Bewegungsglieds 1 ist.
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Das Magnetfeld 24 erstreckt sich von der Magneteinheit 18 quer zum Stellweg 1 und erzeugt eine Wechselwirkung mit dem Magnetsensor 22. Durch die Wechselwirkung erzeugt der jeweilige Magnetsensor 221, 222 ein Sensorsignal, welches an eine Auswerteeinheit 20 übertragen wird. Die Auswerteeinheit 20 ist mit dem jeweiligen Magnetsensor 221, 222 über eine Signalleitung 21 verbunden, über die das Sensorsignal vom jeweiligen Magnetsensor 221, 222 an die Auswerteeinheit 20 übertragen wird. Die Auswerteeinheit 20 verarbeitet das Sensorsignal und gibt eine Position des Bewegungsglieds 121, 122 entlang des Stellwegs 1 aus.
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Die Magnetsensoren 221, 222 können dazu ausgebildet sein, eine Position des jeweiligen Bewegungsglieds 121, 122 in, insbesondere zwei, diskreten Schritten zu detektieren, beispielsweise bei Unterschreitung eines vorgebbaren Magnetfeldpegels mit einem Low-Signal und bei Überschreitung des vorgebbaren Magnetfeldpegels mit einem High-Signal. Alternativ können die Magnetsensoren 221, 222 zur Ausgabe eines Sensorsignals vorgesehen sein, das mit der Feldstärke des Magnetfelds 24 der Magneteinheit 18 korreliert, insbesondere proportional zur Feldstärke des Magnetfelds der Magneteinheit 18 ist. Besonders bevorzugt ist wenigstens einer der Magnetsensoren 221, 222 für eine Positionserfassung der Magneteinheit 18 entlang des gesamten Stellwegs 1 ausgebildet.
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2 zeigt einen Schnitt durch die Magneteinheit 18 und die Ausnehmung 32 entlang des Stellwegs 1, wobei die Magneteinheit 18 einen ersten Permanentmagneten 261 und einen zweiten Permanentmagneten 262 aufweist. Die Permanentmagnete261, 262 sind rein exemplarisch als Stabmagnete ausgebildet und in der Ausnehmung 32 zueinander benachbart angeordnet. Die Permanentmagnete 261, 262 liegen seitlich vorzugsweise direkt aneinander an. Ferner sind der erste Permanentmagnet 261 und der zweite Permanentmagnet 262 jeweils mit einem stirnseitigen Endbereich 271, 272 am Boden 33 der Ausnehmung 32 befestigt. Beispielsweise sind der erste Permanentmagnet 261 und der zweite Permanentmagnet 262 stoffschlüssig, insbesondere mittels eines Klebstoffs, am Boden 33 der Ausnehmung 32 angebracht. Die aus der Ausnehmung 32 abstehenden Endbereiche 341, 342 der beiden Permanentmagnete 261, 262 ragen rein exemplarisch über eine Außenoberfläche 36 des Bewegungsglieds 121, 122 in radialer Richtung ab. Rein exemplarisch sind die Endbereiche 341, 342 der beiden Permanentmagnete 261, 262 unmittelbar benachbart zu einem der im Gehäuse 14 integrierten Magnetsensoren 221, 222 angeordnet und ermöglichen damit eine vorteilhafte Erfassung eines Magnetfelds 24 durch den jeweiligen Magnetsensor 221, 222. Zwischen den Endbereichen 341, 342 der beiden Permanentmagnete 261, 262 und dem Magnetsensor 221, 222 ist rein exemplarisch lediglich ein dünnwandiger Wandbereich des Gehäuses 14 angeordnet.
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Beispielhaft ist vorgesehen, dass das Bewegungsglied 12, insbesondere aus Gründen der Stabilität und der Herstellungskosten, zumindest im Wesentlichen, insbesondere vollständig, aus einem magnetisierbaren Material wie Stahl hergestellt ist und damit ferromagnetische Eigenschaften aufweist.
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An den Endbereichen 341, 342 der beiden Permanentmagnete 261, 262 ist jeweils ein Magnetpol 271, 272 ausgebildet. Der erste Magnetpol 271 des ersten Endbereichs 341 ist beispielsweise ein magnetischer Nordpol, während der erste Magnetpol 271 des zweiten Endbereichs 342 ein magnetischer Südpol ist. In jedem Fall weisen die beiden zueinander benachbarten Permanentmagnete 261, 262 gegensätzliche Polarisierungsrichtungen 201, 202 auf. Jeder Permanentmagnet 261, 262 weist rein exemplarisch genau ein Magnetpolpaar auf.
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Beispielhaft ist vorgesehen, dass der erste Endbereich 341 des ersten Permanentmagneten 261 eine erste Stirnfläche 381 und der zweite Endbereich 342 des zweiten Permanentmagneten 262 eine zweite Stirnfläche 382 aufweist, wobei die beiden Stirnflächen 381, 382 in einer nicht eingezeichneten, gemeinsamen Ebene angeordnet sind, die parallel zum Boden 33 der Ausnehmung 32 ausgerichtet ist. Ferner sind die Stirnflächen 381; 382 parallel zum Stellweg 1 ausgerichtet. Hierdurch sind ein Nordpol des ersten Permanentmagneten 261 und ein Südpol des zweiten Permanentmagneten 262 nebeneinander angeordnet, sodass die Magnetfeldlinien von dem Nordpol des ersten Permanentmagneten 261 in den Südpol des zweiten Permanentmagneten 262 verlaufen.
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Der Magnetsensor 221, 222 weist eine Hauptempfindlichkeitsachse auf, die diejenige Raumrichtung beschreibt, in der eine maximale Empfindlichkeit des Magnetsensors 221, 222 für Magnetfelder vorliegt. Rein exemplarisch wird davon ausgegangen, dass die Hauptempfindlichkeitsachse des jeweiligen Magnetsensors 221, 222 parallel zum Stellweg 1 ausgerichtet ist. Das aus dem einen der Magnetpole 271, 272 austretende und in den benachbarten Magnetpol 271, 272 eintretende Magnetfeld 24, bildet ein lokales Magnetfeldmaximum 28 aus, welches durch den Magnetsensor 221, 222 unter Ausnutzung seiner maximalen Empfindlichkeit detektiert werden kann, da eine Feldrichtung des Magnetfeldmaximums 28 parallel zum Stellweg und parallel zur Hauptempfindlichkeitsachse des Magnetsensors 221, 222 ausgerichtet ist.
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Neben dem zwischen den Permanentmagneten 261, 262 ausgebildeten Magnetfeldmaximum 28 können beispielsweise wenigstens zwei weitere kleinere Magnetfeldextrema 29 vorliegen, die neben dem Magnetfeldmaximum 28 angeordnet sind. Das Magnetfeldmaximum 28 weist jedoch gegenüber den Magnetfeldextrema 29 bei Betrachtung des Abstands, den der jeweilige Magnetsensor 221, 222 gegenüber den Endbereichen 341, 342 der beiden Permanentmagnete 261, 262 einnimmt, eine höhere magnetische Flussdichte auf und gewährleistet damit eine eindeutige Detektion der Position des Bewegungsglieds 121, 122 längs des Stellwegs 1.
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Ferner steht das Magnetfeldmaximum 28 vom Bewegungsglied 121, 122 ab, wobei eine an das Magnetfeldmaximum 28 anliegende gedachte Tangente parallel zum Stellweg 1 ausgerichtet ist.
