WO2010149558A1 - Aktuator - Google Patents

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WO2010149558A1
WO2010149558A1 PCT/EP2010/058512 EP2010058512W WO2010149558A1 WO 2010149558 A1 WO2010149558 A1 WO 2010149558A1 EP 2010058512 W EP2010058512 W EP 2010058512W WO 2010149558 A1 WO2010149558 A1 WO 2010149558A1
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actuator
pawl
functional unit
guide
actuation
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PCT/EP2010/058512
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English (en)
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Inventor
Rene Scheucher
Original Assignee
Magna Powertrain Ag & Co Kg
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H63/00Control outputs from the control unit to change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion or to other devices than the final output mechanism
    • F16H63/02Final output mechanisms therefor; Actuating means for the final output mechanisms
    • F16H63/30Constructional features of the final output mechanisms
    • F16H63/34Locking or disabling mechanisms
    • F16H63/3416Parking lock mechanisms or brakes in the transmission
    • F16H63/3425Parking lock mechanisms or brakes in the transmission characterised by pawls or wheels
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H63/00Control outputs from the control unit to change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion or to other devices than the final output mechanism
    • F16H63/02Final output mechanisms therefor; Actuating means for the final output mechanisms
    • F16H63/30Constructional features of the final output mechanisms
    • F16H63/34Locking or disabling mechanisms
    • F16H63/3416Parking lock mechanisms or brakes in the transmission
    • F16H63/3458Parking lock mechanisms or brakes in the transmission with electric actuating means, e.g. shift by wire
    • F16H63/3466Parking lock mechanisms or brakes in the transmission with electric actuating means, e.g. shift by wire using electric motors

Definitions

  • the present invention relates to an actuator for actuating a functional unit having a drive element and an actuator element that can be moved in at least one actuation movement direction.
  • Such actuators find a wide application, in particular in vehicle technology, With their help, for example, functional units can be controlled in a transmission of a motor vehicle.
  • functional units can be controlled in a transmission of a motor vehicle.
  • parking locks or clutches which are actuated by an electric motor must be mentioned in this context.
  • the actuators used In order to meet the increased requirements in terms of compactness and efficiency in all areas, the actuators used must be compact and reliable.
  • the actuator should be inexpensive to manufacture.
  • the actuator according to the invention of the type mentioned above is characterized in that the drive element and the actuator element are drivingly connected in connection.
  • the actuator element has a relative to the Aktuleitersschisraum inclined, in particular annular shaped trained run-on slope.
  • the run-up slope is formed such that an actuation of the functional unit can be effected by an interaction of the run-up slope with a correspondingly formed run-on slope of the functional unit.
  • a drive movement of the drive element which is provided for example by an electric motor, transmitted via a pair of bevels from the actuator to the functional unit.
  • a rotational drive movement is converted into a translatory movement or a pivoting movement.
  • the starting slope of the Aktu istselements is a cone-shaped surface which cooperates with a correspondingly formed, complementary counter-surface.
  • a converter device can be provided which converts a drive rotational movement into a translatory movement of the actuator element.
  • the inventive actuator has a robust construction and thus ensures reliable actuation of the functional unit. Due to the small number of components, the actuator is also compact and inexpensive to manufacture.
  • the functional unit has a support surface, via which the functional unit is supported at least temporarily - directly or indirectly - on the drive element.
  • a component of the functional unit is biased in a non-actuated state of the functional unit against the drive element.
  • a suitable design of the support surface which is adapted to the design of the drive element, a reliable support takes place.
  • the drive element is, for example, a shaft
  • the support surface has a corresponding curvature in order to at least partially conform to the shaft if the functional unit is not actuated.
  • the support surface is released from the drive element.
  • a reverse support is possible, ie a support takes place when the functional unit is actuated.
  • the actuation movement direction of the actuator element is preferably defined by a guide element, wherein the guide element has, in particular, a guide groove into which a guide rail of the actuator element engages.
  • a guide / track combination which also prevents rotation of the actuator.
  • a Aktu istsschisraum is set parallel to the longitudinal extent of the drive element by the guide element. It should be noted that in kinematic reversal of the aforementioned guide / rail combination, the guide member may have the guide rail while the guide groove is formed on the actuator member.
  • the actuator element has a stop element, which has an actuation movement of the actuator element, in particular in a direction parallel to the longitudinal extension of the actuator. drive elements, limited to minimize the loads occurring in the actuator.
  • the invention further relates to a locking mechanism for non-rotatable locking a shaft, in particular a parking brake for a transmission shaft of a motor vehicle.
  • the locking mechanism has a pawl, which is pivotable about a pivot axis, in particular a pawl pin between a release position and a locking position in which the shaft is locked substantially rotationally fixed.
  • the locking mechanism further comprises a ratchet wheel rotatably connected to the shaft having a plurality of Klinkenradzähnen and arranged between the Klinkenradzähnen recesses, wherein the pawl has at least one locking tooth which engages in the locking position in one of the recesses of the ratchet wheel.
  • Embodiments for actuating the pawl provide a locking mechanism that is reliable, compact and inexpensive to manufacture.
  • FIG. 2 is a perspective view of the actuator of FIG. 1.
  • FIG. 2 is a perspective view of the actuator of FIG. 1.
  • Fig. 1 shows a cross section through a portion of a transmission 10 of a vehicle on which an actuator 12 is mounted.
  • the transmission 10 has a gear shaft 14, at the various gear wheels - shown by way of example is a transmission gear 16 - are rotatably mounted.
  • the transmission 10 In order to lock the transmission 10, for example in a parked state of the vehicle, the transmission 10 has a parking lock 18, which can be actuated by the actuator 12.
  • the parking brake 18 includes a ratchet wheel 20 which is rotatably connected to the transmission shaft 14.
  • a pawl 22 with recesses of the ratchet wheel 20 can be brought into engagement.
  • the pawl 22 must be pressed down until one or more ratchet teeth of the pawl 22 engage in said recesses of the ratchet wheel 20.
  • the movement of the pawl 22 from a release position into a blocking position is effected by the actuator 12.
  • the actuator 12 has a motor 24 which drives a spindle 26 to a rotational movement, which is converted by a thread in a translational movement of a threaded nut 30 spindle drive).
  • the threaded nut 30 is connected via a spring 32 with a guide sleeve 34 in contact.
  • the actuator capacitor 41 can be exchanged in a simple manner in order to make the actuator 12 also usable for other functional units. For this purpose, only another actuation element must be attached to the guide sleeve 34.
  • the motor 24 is activated and the threaded nut 30 moves in Fig. 1 to the right.
  • the movement of the threaded nut 30 ultimately causes the Aktuatorkonus 41 is pressed laterally against the pawl 22.
  • the actuator cone 41 and the pawl 22 each have an annular run-on slope 36 or 36 ', which convert the horizontal actuation movement A into an engagement movement of the pawl 22.
  • this is provided with a stop 38.
  • the guide sleeve 34 and the actuator cone 41 - as already described - move coaxially to an axis of rotation R of the spindle 26 to the right.
  • this has a guide rail 40b.
  • the guide rail 40b engages in a correspondingly shaped guide groove 40a (FIG. 2), which is formed on a guide element 40, which in turn is fixedly connected to a housing 42 of the transmission 10.
  • FIG. 2 shows a perspective view of the parking lock 18 with the actuator 12.
  • the guide element 40 with the guide groove 40a into which the guide rail 40b of the actuator cone 41 engages can be seen.
  • FIG. 2 further shows that the pawl 22 has a support surface 44, with which the pawl 22 in a disengaged state, d. H. in a release position, on the guide sleeve 34 - and thus indirectly on the spindle 26 - is supported.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Braking Arrangements (AREA)
  • Gear-Shifting Mechanisms (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Aktuator zur Aktuierung einer Funktionseinheit mit einem Antriebselement und einem in zumindest einer Aktuierungsbewegungsrichtung bewegbaren Aktuatorelement, wobei das Antriebselement und das Aktuatorelement antriebswirksam in Verbindung stehen und wobei das Aktuatorelement eine relativ zu der Aktuierungsrichtung geneigte, insbesondere ringförmig ausgebildete Anlaufschräge aufweist. Die Anlaufschräge ist derart ausgebildet, dass durch ein Zusammenwirken der Anlaufschräge mit einer entsprechend ausgebildeten Anlaufschräge der Funktionseinheit eine Aktuierung der Funktionseinheit bewirkbar ist.

Description

Aktuator
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Aktuator zur Aktuierung einer Funktionseinheit mit einem Antriebselement und einem in zumindest einer Aktuierungsbewegungsrichtung bewegbaren Aktuatorelement.
Derartige Aktuatoren finden insbesondere in der Fahrzeugtechnik eine breite Anwendung, Mit ihrer Hilfe können beispielsweise Funktionseinheiten in einem Getriebe eines Kraftfahrzeugs angesteuert werden. Beispielhaft sind in diesem Zusammenhang Parksperren oder Kupplungen zu nennen, die durch einen Elektromotor aktuiert werden,
Um den in allen Bereichen gestiegenen Anforderungen in Sachen Kompaktheit und Effizienz Rechnung zu tragen, müssen auch die eingesetzten Aktuatoren kompakt und zuverlässig sein.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Aktuator zu schaffen, der wenig Bauraum benötigt und der gleichzeitig zuverlässig die Aktuierung einer Funktionseinheit ermöglicht. Außerdem soll der Aktuator kostengünstig herzustellen sein.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch einen Aktuator mit den Merkma- len des Anspruchs 1.
Der erfindungsgemäße Aktuator der eingangs genannten Art zeichnet sich dadurch aus, dass das Antriebselement und das Aktuatorelement antriebswirksam in Verbindung stehen. Das Aktuatorelement weist eine relativ zu der Aktuierungsbewegungsrichtung geneigte, insbesondere ring- förmig ausgebildete Anlaufschräge auf. Die Anlaufschräge ist derart ausgebildet, dass durch ein Zusammenwirken der Anlaufschräge mit einer entsprechend ausgebildeten Anlaufschräge der Funktionseinheit eine Aktuierung der Funktionseinheit bewirkbar ist.
Mit anderen Worten wird eine Antriebsbewegung des Antriebselements, die beispielsweise durch einen elektrischen Motor bereitgestellt wird, über ein Anlaufschrägenpaar von dem Aktuatorelement auf die Funktionseinheit übertragen. Insbesondere wird dabei eine rotatorische Antriebsbewe- gung in eine Translationsbewegung oder eine Schwenkbewegung umgewandelt. Beispielswiese ist die Anlaufschräge des Aktuierungselements eine konusförmige Fläche, die mit einer entsprechend ausgebildeten, komplementären Gegenfläche zusammenwirkt.
Zwischen dem Antriebselement und dem in zumindest eine Antriebsrichtung bewegbaren Aktuatorelement kann eine Wandlereinrichtung vorgesehen sein, die eine Antriebsdrehbewegung in eine translatorische Bewegung des Aktuatorelements umwandelt.
Der erfmdungsgemäße Aktuator weist eine robuste Bauweise auf und sorgt somit für eine zuverlässige Aktuierung der Funktionseinheit. Durch die geringe Anzahl von Bauteilen ist der Aktuator zudem kompakt und kostengünstig herzustellen.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind in der Beschreibung, den Zeichnungen und den Unteransprüchen angegeben.
Gemäß einer Ausführungsform des Aktuators weist die Funktionseinheit eine Abstützfläche auf, über die sich die Funktionseinheit zumindest zeit- weise - direkt oder indirekt - an dem Antriebselement abstützt. Beispiels- weise wird ein Bauteil der Funktionseinheit in einem nicht aktuierten Zustand der Funktionseinheit gegen das Antriebselement vorgespannt. Durch eine geeignete Ausgestaltung der Abstützfläche, die an die Gestaltung des Antriebselements angepasst ist, erfolgt eine zuverlässige Abstüt- zung. Handelt es sich bei dem Antriebselement beispielsweise um eine Welle, so weist die Abstützfläche eine entsprechende Krümmung auf, um sich zumindest abschnittsweise an die Welle anzuschmiegen, wenn die Funktionseinheit nicht aktuiert ist. Bei Aktuierung wird die Abstützfläche von dem Antriebselement gelöst. Grundsätzlich ist auch eine umgekehrte Abstützung möglich, d. h. eine Abstützung erfolgt, wenn die Funktionseinheit aktuiert wird.
Vorzugsweise ist die Aktuierungsbewegungsrichtung des Aktuatorele- ments durch ein Führungselement definiert, wobei das Führungselement insbesondere eine Führungsnut aufweist, in die eine Führungsschiene des Aktuatorelements eingreift. Diese Maßnahme stellt sicher, dass sich das Aktuatorelement lediglich entlang eines wohl definierten Pfades bewegt, um eine Aktuierung der Funktionseinheit zu bewirken. Vorzugsweise erfolgt dies durch eine Führungsnut/ -Schienenkombination, die auch ein Verdrehen des Aktuatorelements verhindert. Insbesondere ist durch das Führungselement eine Aktuierungsbewegungsrichtung parallel zu der Längserstreckung des Antriebselements festgelegt. Es ist zu erwähnen, dass in kinematischer Umkehr der vorstehend genannten Führungsnut/ -Schienenkombination das Führungselement die Führungsschiene aufwei- sen kann, während die Führungsnut an dem Aktuatorelement ausgebildet ist.
Ferner kann vorgesehen sein, dass das Aktuatorelement ein Anschlagelement aufweist, das eine Aktuierungsbewegung des Aktuatorelements, insbesondere in einer Richtung parallel zu der Längserstreckung des An- triebselements, begrenzt, um die in dem Aktuator auftretenden Belastungen zu minimieren.
Die Erfindung betrifft weiterhin einen Sperrmechanismus zum drehfesten Arretieren einer Welle, insbesondere eine Parksperre für eine Getriebewelle eines Kraftfahrzeugs. Der Sperrmechanismus weist eine Sperrklinke auf, die um eine Schwenkachse, insbesondere einen Klinkenbolzen zwischen einer Freigabestellung und einer Sperrstellung, in der die Welle im Wesentlichen drehfest gesperrt ist, verschwenkbar ist. Der Sperrmechanis- mus weist weiterhin ein mit der Welle drehfest verbundenes Klinkenrad auf, das eine Mehrzahl von Klinkenradzähnen sowie von zwischen den Klinkenradzähnen angeordneten Ausnehmungen aufweist, wobei die Sperrklinke zumindest einen Sperrzahn aufweist, der in der Sperrstellung in eine der Ausnehmungen des Klinkenrads eingreift. Durch den Einsatz eines Aktuators gemäß zumindest einer der vorstehend beschriebenen
Ausführungsformen zur Betätigung der Sperrklinke wird ein Sperrmechanismus geschaffen, der zuverlässig und kompakt ist und sich kostengünstig herstellen lässt.
Im Folgenden wird die Erfindung rein beispielhaft anhand einer vorteilhaften Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Ausführungsform des erfm- dungsgemäßen Aktuators,
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des Aktuators der Fig. 1.
Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch einen Abschnitt eines Getriebes 10 eines Fahrzeuges, an dem ein Aktuator 12 montiert ist. Das Getriebe 10 weist eine Getriebewelle 14 auf, an der verschiedene Getriebezahnräder - beispielhaft gezeigt ist ein Getriebezahnrad 16 - drehfest befestigt sind. Um das Getriebe 10 beispielsweise in einem geparkten Zustand des Fahrzeugs sperren zu können, weist das Getriebe 10 eine Parksperre 18 auf, die durch den Aktuator 12 betätigbar ist.
Die Parksperre 18 umfasst ein Klinkenrad 20, das drehfest mit der Getriebewelle 14 verbunden ist. Um die Getriebewelle 14 drehfest zu sichern, kann eine Sperrklinke 22 mit Ausnehmungen des Klinkenrads 20 in Ein- griff gebracht werden. Zu diesem Zweck muss die Sperrklinke 22 nach unten gedrückt werden, bis ein oder mehrere Sperrzähne der Sperrklinke 22 in die genannten Ausnehmungen des Klinkenrads 20 eingreifen.
Die Bewegung der Sperrklinke 22 aus einer Freigabe Stellung in eine Sperrstellung erfolgt durch den Aktuator 12. Der Aktuator 12 weist einen Motor 24 auf, der eine Spindel 26 zu einer Drehbewegung antreibt, die über ein Gewinde in eine translatorische Bewegung einer Gewindemutter 30 umgewandelt wird (Spindeltrieb). Die Gewindemutter 30 steht über eine Feder 32 mit einer Führungshülse 34 in Kontakt. Auf die Führungs- hülse 34 ist ein Aktuatorkonus 41 aufgesteckt. Dadurch kann der Aktua- torkonus 41 auf einfache Weise ausgetauscht werden, um den Aktuator 12 auch für andere Funktionseinheiten nutzbar zu machen. Zu diesem Zweck muss lediglich ein anderes Aktuierungselement auf die Führungshülse 34 aufgesteckt werden.
Zur Aktuierung der Parksperre 18 wird der Motor 24 aktiviert und die Gewindemutter 30 bewegt sich in Fig. 1 nach rechts. Die Bewegung der Gewindemutter 30 bewirkt letztlich, dass der Aktuatorkonus 41 seitlich gegen die Sperrklinke 22 gedrückt wird. Um eine rechtwinklig zu der zu erzeugenden Bewegung der Sperrklinke 22 aufgebrachte Aktuierungsbe- wegung A umzusetzen, weisen der Aktuatorkonus 41 und die Sperrklinke 22 jeweils eine ringförmige Anlaufschräge 36 bzw. 36' auf, die die horizontale Aktuierungsbewegung A in eine Eingriffsbewegung der Sperrklinke 22 umzuwandeln. Um die Aktuierungsbewegung A des Aktuatorkonus 41 zu begrenzen, ist dieser mit einem Anschlag 38 versehen.
Bei einer Aktuierung bewegen sich die Führungshülse 34 und der Aktuatorkonus 41 - wie bereits beschrieben - koaxial zu einer Rotationsachse R der Spindel 26 nach rechts. Um eine Drehung des Aktuatorkonus 41 zu vermeiden, weist dieser eine Führungsschiene 40b auf. Die Führungsschiene 40b greift in eine entsprechend geformte Führungsnut 40a ein (Fig. 2), die an einem Führungselement 40 ausgebildet ist, das wiederum mit einem Gehäuse 42 des Getriebes 10 fest verbunden ist.
Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht der Parksperre 18 mit dem Aktu- ator 12. Zu sehen ist das Führungselement 40 mit der Führungsnut 40a, in die die Führungsschiene 40b des Aktuatorkonus 41 eingreift.
Fig. 2 zeigt ferner, dass die Sperrklinke 22 eine Abstützfläche 44 aufweist, mit der sich die Sperrklinke 22 in einen ausgerückten Zustand, d. h. in einer Freigabestellung, an der Führungshülse 34 - und damit indirekt auf der Spindel 26 - abstützt.
Vorstehend wurde anhand einer „ziehenden" Ausführungsform des Aktua- tors 12 dessen Funktionsweise beschrieben. Unter „ziehender" Variante ist zu verstehen, dass bei einer Aktuierung die Führungshülse 34 und der Aktuatorkonus 41 zu dem Motor 24 hin bewegt werden, d. h. die Aktuierungsbewegung A weist in Richtung des Motors. Grundsätzlich ist auch eine „drückende" Variante umsetzbar, bei der die Führungshülse 34 und der Aktuatorkonus 41 bei einer Aktuierung von dem Motor 24 wegbewegt werden.
Be zugszeic he nliste
10 Getriebe
12 Aktuator
14 Getriebewelle
16 Getriebezahnrad
18 Parksperre
20 Klinkenrad
22 Sperrklinke
24 Motor
26 Spindel
30 Gewindemutter
32 Feder
34 Führungshülse
36, 36' Anlaufschräge
38 Anschlag
40 Führungselement
40a Führungsnut
40b Führungsschiene
41 Aktuatorkonus
42 Gehäuse
44 Abstützfläche
A Aktuierungsbewegung
R Rotationsachse

Claims

Patentansprüche
1. Aktuator zur Aktuierung einer Funktion seinheit (22) mit einem Antriebselement (26) und einem in zumindest einer Aktuierungsbewe- gungsrichtung (A) bewegbaren Aktuatorelement (41), wobei das Antriebselement (26) und das Aktuatorelement (41) antriebswirksam in Verbindung stehen und wobei das Aktuatorelement (41) eine relativ zu der Aktuierungsbewegungsrichtung (A) geneigte, insbesondere ringförmig ausgebildete Anlaufschräge (36) aufweist, der derart ausgebildet ist, dass durch ein Zusammenwirken der Anlaufschräge (36) mit einer entsprechend ausgebildeten Anlaufschräge (36') der Funktionseinheit (22) eine Aktuierung der Funktionseinheit (22) be- wirkbar ist.
2, Aktuator nach Anspruch 1 , dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Funktionseinheit (22) eine Abstützfläche (44) aufweist, über die sich die Funktionseinheit (22) zumindest zeitweise an dem Antriebselement (26) abstützt.
3. Aktuator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Aktuierungsbewegungsrichtung (A) des Aktuatorelements (41) durch ein Führungselement (40) definiert ist, wobei das Führungselement (40) insbesondere eine Führungsnut (40a) umfasst, in die eine Führungsschiene (40b) des Aktuatorelements (41) eingreift.
4. Aktuator nach Anspruch 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass das Führungselement (40) eine Aktuierungsbewegungsrichtung (A) parallel zu der Längserstreckung des Antriebselements (26) festlegt.
5. Aktuator nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass das Aktuatorelement (41) ein Anschlagelement (38) aufweist, das eine Aktuierungsbewegung (A) des Aktuatorelements, insbesondere in einer Richtung parallel zu der Längserstreckung des Antriebsele- ments (26), begrenzt.
6. Sperrmechanismus zum drehfesten Arretieren einer Welle (14), insbesondere Parksperre für eine Getriebewelle eines Kraftfahrzeugs, mit einer Sperrklinke (22), die um eine Schwenkachse, insbesondere einen Klinkenbolzen zwischen einer Freigabestellung und einer
Sperrstellung, in der die Welle im Wesentlichen drehfest gesperrt ist, verschwenkbar ist, mit einem mit der Welle (14) drehfest verbundenen Klinkenrad (20), das eine Mehrzahl von Klinke nradzähnen sowie von zwischen den Klinkenradzähnen angeordneten Ausnehmungen aufweist, wobei die
Sperrklinke (22) zumindest einen Sperrzahn aufweist, der in der Sperrstellung in eine der Ausnehmungen des Klinkenrads (20) eingreift, und mit einem Aktuator gemäß zumindest einem der vorstehenden An- Sprüche, wobei die Sperrklinke (22) die Funktionseinheit ist.
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