Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine schnellschaltende Aktorvorrichtung nach dem Anspruch 1 , einen Aktor nach dem Anspruch 29 und ein Verfahren nach dem Anspruch 30.

Elektromagnetische Aktoren sind bereits bekannt. Die Schaltgeschwindigkeiten elektromagnetischer Aktoren sind jedoch insbesondere bei größeren Hüben begrenzt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, eine gattungsgemäße Vorrichtung mit vorteilhaften Eigenschaften hinsichtlich einer Schaltgeschwindigkeit und/oder hinsichtlich eines erreichbaren Hubs bereitzustellen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Patentansprüche 1 , 29 und 30 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.

Vorteile der Erfindung

Es wird eine, vorzugsweise schnellschaltende, Aktorvorrichtung, insbesondere eine Schutzschaltervorrichtung, mit einem mechanischen Spannelement, mit einem durch das mechanische Spannelement vorspannbaren Ankerelement, welches, angetrieben durch eine Entspannung des mechanischen Spannelements, aus zumindest einer ersten Endposition in zumindest eine zweite Endposition bewegbar ist, mit einer Magneteinheit, welche dazu vorgesehen ist, das Ankerelement, vorzugsweise direkt, durch ein von der Magneteinheit erzeugtes Magnetfeld in der ersten Endposition zu halten, und mit einer Rückstelleinheit, welche dazu vorgesehen ist, das Ankerelement mittels eines motorisch antreibbaren Rückstellelements zumindest aus der zweiten Endposition in die erste Endposition zurückzubewegen und dabei das mechanische Spannelement vorzuspannen, insbesondere im Vergleich zu einem Zustand des mechanischen Stellelements in der zweiten Endposition vorzuspannen, vorgeschlagen. Dadurch kann vorteilhaft eine besonders schnelle Stellbewegung (z.B. <6 ms) in zumindest eine Stellrichtung, insbesondere mit einem vorteilhaft großen Hub (z.B. >7 mm), erreicht werden. Vorteilhaft kann durch die Ausgestaltung der Aktorvorrichtung die schnelle Stellbewegung mit dem großen Hub auf einem, insbesondere in Relation zu dem erreichbaren Hub, besonders kleinen Bauraum ermöglicht werden.

Insbesondere bildet die Aktorvorrichtung zumindest einen Teil, insbesondere eine Unterbaugruppe, eines Aktors mit einem zumindest in eine Stellrichtung mechanisch bewegten Ankerelement aus. Insbesondere bildet die Aktorvorrichtung zumindest einen Teil, insbesondere eine Unterbaugruppe, eines monostabilen Aktors aus. Insbesondere ist die Aktorvorrichtung als eine monostabile Aktorvorrichtung ausgebildet. Vorteilhaft ist die Aktorvorrichtung zumindest zu einer Verwendung in einem Schutzschalter (Schütz), insbesondere in einem Kraftfahrzeug-Schutzschalter, vorzugsweise in einem Batterieschutzschalter, vorgesehen. Beispielsweise kann die Aktorvorrichtung einen Schutzschalter eines Kraftfahrzeug-Bordnetzes ausbilden. Das mechanische Spannelement ist insbesondere als ein mechanisches Federelement, beispielsweise als eine Druckfeder, insbesondere als eine Spiral- Druckfeder, oder dergleichen, ausgebildet. Ferner soll unter einem „Ankerelement“ ein Bauteil verstanden werden, welches bei einem Betrieb der Aktorvorrichtung dazu vorgesehen ist, eine Bewegung auszuüben, welche die Funktion des Aktors bestimmt, beispielsweise eine Auslösung einer Trennung eines Stromkreises, insbesondere einer Sicherungsabschaltung des Stromkreises. Insbesondere ist das Ankerelement durch eine Federkraft des mechanischen Spannelements beeinflussbar, insbesondere bewegbar. Insbesondere weist das Ankerelement einen Federsitz auf, an dem das mechanische Spannelement mit einem Ende abgestützt ist. Vorzugsweise ist das Ankerelement mittels eines magnetischen Signals, insbesondere eines Magnetfelds, beeinflussbar. Insbesondere ist eine Bewegung des Ankerelements durch das Magnetfeld einschränkbar, vorzugsweise unterbindet das Magnetfeld eine Bewegung des Ankerelements zumindest temporär. Insbesondere ist das Ankerelement dazu vorgesehen, eine Linearbewegung, vorzugsweise ausschließlich eine Linearbewegung, durchzuführen. Insbesondere ist das mechanische Spannelement, wenn sich das Ankerelement in der ersten Endposition befindet, zumindest im Vergleich zu dem Zustand des mechanischen Spannelements, wenn sich das Ankerelement in der zweiten Endposition befindet, gespannt, vorzugsweise maximal gespannt (längenkomprimiert). Insbesondere ist das mechanische Spannelement, wenn sich das Ankerelement in der zweiten Endposition befindet, zumindest im Vergleich zu dem Zustand des mechanischen Spannelements, wenn sich das Ankerelement in der ersten Endposition befindet, entspannt. Insbesondere ist das mechanische Spannelement dazu vorgesehen, durch eine Federkraft die erste Stellbewegung des Ankerelements zumindest überwiegend oder ausschließlich anzutreiben.

Unter „vorgesehen“ soll insbesondere speziell programmiert, ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt.

Insbesondere ist die Magneteinheit dazu vorgesehen, in Abhängigkeit von dem erzeugten Magnetfeld eine Bewegung des Spannelements zu unterbinden. Insbesondere ist die Magneteinheit dazu vorgesehen, ein Magnetfeld zu erzeugen, welches eine Haltekraft auf das Ankerelement ausübt, die entgegen der Federkraft des mechanischen Spannelements wirkt. Insbesondere erzeugt die Magneteinheit keine eine die Stellbewegungen des Ankerelements antreibende Kraft. Insbesondere hält die Magneteinheit das Ankerelement indirekt, beispielsweise durch eine Steuerung eines Zustands oder einer Position eines das Ankerelement in der ersten Endposition haltenden Verriegelungselements oder Rastelements, oder bevorzugt direkt, beispielsweise durch eine direkte anziehende Wechselwirkung mit einem magnetisch aktiven Teil des Ankerelements, in der ersten Endposition fest. Insbesondere ist das Rückstellelement dazu vorgesehen, das Ankerelement mechanisch von der zweiten Endposition in die erste Endposition zu schieben oder zu drücken. Insbesondere umfasst die Rückstelleinheit einen motorischen Antrieb, beispielsweise einen eine Rotationsbewegung erzeugenden Elektromotor oder einen elektrischen Linearmotor. Insbesondere ist das motorisch antreibbare Rückstellelement zu einer Übertragung der Antriebskraft über eine Art Getriebe mit dem motorischen Antrieb verbunden.

Ferner wird vorgeschlagen, dass eine durch die Entspannung des mechanischen Spannelements erzeugte erste Stellbewegung, bei der sich zumindest das Ankerelement von der ersten Endposition in die zweite Endposition bewegt, einen Hub von zumindest 7 mm innerhalb von höchstens 6 ms erzeugt. Dadurch kann vorteilhaft eine besonders schnelle Schaltung mit einem besonders großen Hub durch die Aktorvorrichtung erzeugt werden. Vorzugsweise erzeugt die erste Stellbewegung einen Hub von zumindest 10 mm innerhalb von höchstens 4 ms.

Außerdem wird vorgeschlagen, dass eine von der Rückstelleinheit erzeugte zweite Stellbewegung zur Rückstellung des mechanischen Spannelements, bei der sich zumindest das Ankerelement von der zweiten Endposition in die erste Endposition bewegt, wesentlich langsamer, vorzugsweise zumindest 40-fach, bevorzugt zumindest 75-fach und besonders bevorzugt zumindest 100-fach langsamer, erfolgt als die erste Stellbewegung. Dadurch kann vorteilhaft eine materialschonende Rückstellung des Ankerelements erreicht werden. Vorteilhaft kann dadurch eine hohe Lebensdauer der Aktorvorrichtung und/oder ein Erhalt einer optimalen Funktionalität der Aktorvorrichtung über einen langen Zeitraum gewährleistet werden. Insbesondere liegt eine Dauer der zweiten Stellbewegung im Bereich von mehreren hundert Millisekunden (z.B. in einem Bereich von ca. 200 ms bis 600 ms). Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Rückstelleinheit dazu vorgesehen ist, insbesondere alternativ zu der unabhängig von der Rückstelleinheit ablaufenden ersten Stellbewegung, eine dritte Stellbewegung zu kontrollieren, bei der sich das Ankerelement wesentlich langsamer, vorzugsweise zumindest 40-fach, bevorzugt zumindest 75-fach und besonders bevorzugt zumindest 100-fach langsamer, von der ersten Endposition in die zweite Endposition bewegt, als bei der unabhängig von der Rückstelleinheit ablaufenden ersten Stellbewegung. Dadurch kann vorteilhaft eine zusätzliche kontrollierte Bewegung des Ankerelements von der ersten Endposition in die zweite Endposition, beispielsweise zu einer kontrollierten Abschaltung / Trennung eines Stromkreises, ermöglicht werden. Vorteilhaft muss dadurch nicht jede Bewegung des Ankerelements von der ersten Endposition in die zweite Endposition mit maximaler Stellgeschwindigkeit erfolgen, so dass die Bauteile der Aktorvorrichtung dadurch vorteilhaft geschont werden können. Vorteilhaft kann eine Lebensdauer erhöht werden. Beispielsweise kann bei einer Verwendung der Aktorvorrichtung in einem Kraftfahrzeug-Bordnetz durch die dritte Stellbewegung eine kontrollierte Abschaltung (z.B. bei einem Abstellen des Kraftfahrzeugs) ermöglicht werden, während die erste Stellbewegung für eine Notfallabschaltung (z.B. bei einem Unfall o.ä.) vorgesehen ist. Insbesondere wird bei der dritten Stellbewegung das Ankerelement mittels des motorisch angetriebenen Rückstellelements unter einer kontrollierten Entspannung des mechanischen Stellelements in die zweite Endposition bewegt.

Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Magneteinheit einen Elektromagneten umfasst, welcher zumindest im aktivierten Zustand dazu vorgesehen ist, zur Fixierung des Ankerelements in der ersten Endposition eine anziehende Kraftwirkung auf zumindest einen Teil des Ankerelements auszuüben. Dadurch kann vorteilhaft eine stromlose Fail-Safe-Stellung der Aktorvorrichtung in der zweiten Endposition erreicht werden. Insbesondere hält der Elektromagnet im aktivierten Zustand das Ankerelement entgegen der Federkraft des mechanischen Spannelements in der ersten Endposition. Insbesondere umfasst das Ankerelement ein magnetisches Element, welches dazu vorgesehen ist, anziehend mit dem Magnetfeld der Magneteinheit wechselzuwirken. Insbesondere ist das magnetische Element zumindest teilweise aus einem ferromagnetischen Material ausgebildet. Insbesondere ist das magnetische Element in das Ankerelement integriert. Alternativ kann das magnetische Element separat von dem Ankerelement ausgebildet und vorzugsweise mit dem Ankerelement verbunden sein. Außerdem ist alternativ zu der direkten Wechselwirkung des Elektromagneten mit dem Teil des Ankerelements auch denkbar, dass stattdessen die Magneteinheit einen Permanentmagneten aufweist, welcher anziehend mit zumindest einem Teil des Ankerelements wechselwirkt, wobei dann das Magnetfeld des Permanentmagneten zu einem Lösen der Fixierung des Ankerelements in der ersten Endposition mit einem Schaltmagnetfeld des Elektromagneten überlagert werden könnte. In diesem Fall könnte vorteilhaft statt der stromlosen Fail-Safe-Stellung der Aktorvorrichtung in der zweiten Endposition eine stromlose Fail-Safe-Stellung der Aktorvorrichtung in der ersten Endposition erreicht werden. Insbesondere ist der Elektromagnet relativ zu einer Gehäuseeinheit der Aktorvorrichtung fixiert, vorzugsweise an der Gehäuseeinheit befestigt. Insbesondere ist das Ankerelement relativ zu der Gehäuseeinheit beweglich, insbesondere innerhalb der Gehäuseeinheit beweglich gelagert.

Wenn die Aktorvorrichtung die Gehäuseeinheit aufweist, welche zumindest einen Großteil des Elektromagneten und zumindest einen Großteil des Ankerelements und/oder zumindest einen Großteil des mechanischen Spannelements umhaust, kann vorteilhaft eine einfache Montage und/oder Einpassung in einen begrenzten Bauraum ermöglicht werden. Vorteilhaft kann eine hohe Kompaktheit der Aktorvorrichtung, insbesondere in Relation zu dem erreichbaren Hub, erreicht werden. Insbesondere ist das mechanische Spannelement vollständig innerhalb der Gehäuseeinheit angeordnet. Insbesondere ist das Ankerelement mit Ausnahme eines durch das Ankerelement bewegten, ggf. einstückig mit dem Ankerelement ausgebildeten, Betätigungselements, vollständig innerhalb der Gehäuseeinheit angeordnet. Insbesondere ragt lediglich das Betätigungselement als einziges Bauteil der Aktorvorrichtung über die Gehäuseeinheit hervor. Insbesondere ist die Magneteinheit, vorzugsweise zumindest der Elektromagnet, vollständig innerhalb der Gehäuseeinheit angeordnet. Insbesondere ist der motorische Antrieb zum Antrieb des Rückstellelements vollständig innerhalb der Gehäuseeinheit angeordnet. Insbesondere umfasst die Gehäuseeinheit ein Deckelelement. Das Deckelelement kann insbesondere abnehmbar sein, vorzugsweise ist das Deckelelement jedoch fest (formschlüssig) mit der Gehäuseeinheit verbunden, beispielsweise kunststoffversch weißt oder verpresst o.dgl.

Außerdem wird vorgeschlagen, dass der Elektromagnet in Bezug auf eine Expansionsrichtung des mechanischen Spannelements zumindest im Wesentlichen seitlich neben dem mechanischen Spannelement angeordnet ist. Dadurch kann vorteilhaft eine besonders hohe Kompaktheit, insbesondere in Bezug auf die Expansionsrichtung des mechanischen Stellelements und/oder in Bezug auf eine Erstreckung parallel zu den Stellrichtungen des Ankerelements, erreicht werden. Die Expansionsrichtung des mechanischen Spannelements verläuft insbesondere parallel zu einer Längserstreckung des mechanischen Spannelements, parallel zu einer Spiralachse des mechanischen Spannelements und/oder parallel zu den Stellrichtungen des Ankerelements.

Zusätzlich wird vorgeschlagen, dass die Rückstelleinheit, insbesondere das motorisch antreibbare Rückstellelement, ein, insbesondere relativ zu der Gehäuseeinheit der Aktorvorrichtung, beweglich gelagertes Mitnehmerelement zur Kontaktierung des Ankerelements während einer Stellbewegung durch die Rückstelleinheit aufweist. Dadurch kann eine vorteilhafte und/oder einfache Kraftübertragung von dem motorischen Antrieb auf das Ankerelement und damit insbesondere auf das mechanische Spannelement erreicht werden. Insbesondere folgt das Mitnehmerelement allen Bewegungen, die das motorisch antreibbare Rückstellelement ausführt. Insbesondere ist das Mitnehmerelement fest mit dem motorisch antreibbaren Rückstellelement verbunden. Insbesondere ist das Mitnehmerelement getrennt von dem Ankerelement ausgebildet. Insbesondere ist das Mitnehmerelement in zumindest einem Betriebszustand der Aktorvorrichtung berührungsfrei zu dem Ankerelement angeordnet.

Wenn das motorisch antreibbare Rückstellelement als ein Zahnrad ausgebildet ist, kann eine besonders vorteilhafte und/oder einfache Kraftübertragung von dem motorischen Antrieb auf das Mitnehmerelement und/oder auf das Rückstellelement erreicht werden. Insbesondere ist eine Rotationsachse des Zahnrads zumindest im Wesentlichen senkrecht zu den Stellrichtungen des Ankerelements und/oder zu der Expansionsrichtung des mechanischen Stellelements ausgerichtet. Insbesondere ist eine Rotationsachse des Zahnrads zumindest im Wesentlichen senkrecht zu einer Spulenachse des Elektromagneten ausgerichtet.

Wenn außerdem das Mitnehmerelement an einer Seitenfläche des Zahnrads angeordnet ist und somit einer Bewegung des Zahnrads folgt, kann vorteilhaft eine effektive und/oder einfache Kraftübertragung von dem motorischen Antrieb auf das Ankerelement bei der zweiten oder dritten Stellbewegung erreicht werden. Insbesondere ist das Mitnehmerelement derart an einer Seitenfläche des Zahnrads angeordnet, dass es bei einer Rotation des Zahnrads eine Kreisbahn beschreibt. Insbesondere ist das Mitnehmerelement außerhalb eines innersten Viertels, vorzugsweise außerhalb eines innersten Drittels und bevorzugt außerhalb einer inneren Hälfte eines Radius der Seitenfläche des Zahnrads angeordnet, so dass vorteilhaft ein optimiertes Verhältnis aus übertragbarer Kraft (Drehmoment) und erreichbarem Stellweg, insbesondere einer erreichbaren Komponente der Kreisbahn in eine Richtung parallel zu den Stellrichtungen, erreicht werden kann.

Ferner wird vorgeschlagen, dass das Mitnehmerelement dazu vorgesehen ist, das Ankerelement auf zumindest 120°, vorzugsweise auf zumindest 160°, einer monotonen Rotationsbewegung des Zahnrads und/oder auf höchstens 170°, vorzugsweise auf höchstens 130°, der monotonen Rotationsbewegung des Zahnrads mitzuführen. Dadurch kann vorteilhaft eine besonders effektive Spannung des mechanischen Spannelements erreicht werden, beispielsweise indem vorteilhaft ein möglichst großer Hub durch das Zahnrad auf das Ankerelement übertragen werden kann. Unter einer „monotonen Rotationsbewegung“ soll insbesondere eine konstante oder intermittierende Bewegung mit gleichbleibender Rotationsrichtung verstanden werden. Insbesondere ist das Mitnehmerelement auf einem zumindest 120°, vorzugsweise auf zumindest etwa 180°, umfassenden Teil der durch das Mitnehmerelement beschreibbaren Kreisbahn immer frei von einem Kontakt mit dem Ankerelement.

Wenn das Mitnehmerelement dazu vorgesehen ist, das Ankerelement im Anschluss an eine Mitführung, insbesondere nach einem Erreichen einer Übergabeposition zur Übergabe des Ankerelements an die Magneteinheit, durch eine Rotationsbewegung des Zahnrads, insbesondere durch eine Fortführung der Rotationsbewegung des Zahnrads, freizugeben, kann vorteilhaft das Ankerelement auf besonders einfache Weise für eine an den Rückstellvorgang anschließende schnelle Verlagerung in die erste Endposition freigegeben werden. Unter einer „Freigabe“ des Ankerelements soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass das Mitnehmerelement derart innerhalb der Gehäuseeinheit angeordnet ist, dass Kollisionen des Mitnehmerelements mit dem Ankerelement bei einer Absolvierung der ersten Stellbewegung ausgeschlossen sind. Insbesondere ist das Mitnehmerelement in diesem Fall außerhalb eines durch das Ankerelement während der ersten Stellbewegung überstrichenen Bewegungsvolumens angeordnet.

Wenn außerdem das Ankerelement zur Aufnahme einer durch das Mitnehmerelement auf das Ankerelement ausgeübten Kraft ein Kontaktelement aufweist, welches dazu vorgesehen ist, während der Stellbewegung durch die Rückstelleinheit von dem Mitnehmerelement zumindest teilweise überstrichen zu werden, kann vorteilhaft eine effektive und/oder einfache Kraftübertragung von dem motorischen Antrieb, insbesondere von dem Mitnehmerelement auf das Ankerelement, erfolgen. Insbesondere ist das Kontaktelement einstückig, vorzugsweise monolithisch, mit dem Ankerelement ausgebildet. Insbesondere ist das Kontaktelement als ein laschenartig in Richtung des Zahnrads ausgerichteter Überstand des Ankerelements ausgebildet.

Zudem wird vorgeschlagen, dass das Ankerelement zumindest ein erstes Ankerteilelement und ein mit dem ersten Ankerteilelement verbundenes zweites Ankerteilelement aufweist, welches zumindest im Wesentlichen senkrecht zu dem ersten Ankerteilelement angeordnet ist, wobei das Kontaktelement an dem ersten Ankerteilelement angeordnet ist und wobei das zweite Ankerteilelement zumindest einen Sitz, insbesondere den Federsitz, zur Abstützung des mechanischen Spannelements und/oder zumindest das magnetische Element, welches zu einer anziehenden Wechselwirkung mit dem Magnetfeld der Magneteinheit vorgesehen ist, aufweist. Dadurch kann eine vorteilhafte Konstruktion des Ankerelements erreicht werden. Vorteilhaft kann eine besonders kompakte Bauweise der Aktorvorrichtung, insbesondere in Relation zu dem erreichbaren Hub, erreicht werden. Insbesondere sind das erste Ankerteilelement und das zweite Ankerteilelement zumindest einstückig, vorzugsweise monolithisch, zueinander ausgebildet. Unter „einstückig“ soll insbesondere zumindest stoffschlüssig verbunden verstanden werden, beispielsweise durch einen Schweißprozess, einen Klebeprozess, einen Anspritzprozess und/oder einen anderen, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Prozess, und/oder vorteilhaft in einem Stück geformt verstanden werden, wie beispielsweise durch eine Herstellung aus einem Guss und/oder durch eine Herstellung in einem Ein- oder Mehrkomponentenspritzverfahren und vorteilhaft aus einem einzelnen Rohling. Insbesondere ist das erste Ankerteilelement und/oder das zweite Ankerteilelement flächig, insbesondere plattenartig, erstreckt.

Wenn dabei der Sitz, insbesondere der Federsitz, zur Abstützung des mechanischen Spannelements und das magnetische Element relativ zu dem ersten Ankerteilelement auf gegenüberliegenden Seiten des ersten Ankerteilelements angeordnet sind, kann eine besonders vorteilhafte Kompaktheit, insbesondere in Bezug auf die Expansionsrichtung des mechanischen Stellelements und/oder in Bezug auf eine Erstreckung parallel zu den Stellrichtungen des Ankerelements erreicht werden.

Wenn zudem zumindest ein Verstärkungselement, mittels dem das, insbesondere zu dem zweiten Ankerelement zumindest im Wesentlichen T-förmig angeordnete, erste Ankerteilelement an dem zweiten Ankerteilelement zumindest auf einer zu dem Sitz zur Abstützung des mechanischen Spannelements hinzeigenden Seite abgestützt und verstärkt ist, kann vorteilhaft eine hohe Stabilität des Ankerelements erreicht werden. Insbesondere durch eine außermittige Anordnung des Federsitzes in dem Ankerelement und eine dadurch verursachte außermittige Wirkung der Federkraft auf das Ankerelement und/oder durch eine außermittige Anordnung des magnetischen Elements in dem Ankerelement, kann es zu Torsions- und/oder Biegebelastungen innerhalb des Ankerelements kommen, welche vorteilhaft zumindest teilweise durch die Verstärkungselemente abgefangen werden können. Die Verstärkungselemente bilden insbesondere Stützschrägen oder Stützkeile aus.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass das Ankerelement ein einstückig angeformtes Führungselement zu einer Aufnahme und/oder Führung des mechanischen Spannelements aufweist. Dadurch kann vorteilhaft eine hohe Betriebssicherheit erreicht werden, insbesondere indem eine Position und Bewegung des mechanischen Spannelements genau vorgegeben werden kann. Insbesondere ist das Führungselement als eine zylindrische Erhebung des Ankerelements ausgebildet. Insbesondere umschließt zumindest ein Teil des mechanischen Spannelements das Führungselement.

Zudem wird vorgeschlagen, dass das mechanische Spannelement als eine zumindest abschnittsweise und/oder teilweise um das Führungselement herum gewundene Spiralfeder, insbesondere Spiral-Druckfeder, ausgebildet ist. Dadurch kann vorteilhaft eine hohe Betriebssicherheit erreicht werden, insbesondere indem eine Position und Bewegung der Spiralfeder genau vorgegeben werden kann. Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die schnellschaltende Aktorvorrichtung das mit dem Ankerelement zumindest Wirkverbundene, vorzugsweise einstückig ausgebildete, Betätigungselement aufweist, welches auf einer dem mechanischen Spannelement gegenüberliegenden Seite des Ankerelements angeordnet ist. Dadurch kann vorteilhaft eine optimierte Ausnutzung des großen Hubs für eine Betätigungsbewegung erreicht werden. Das Betätigungselement ist insbesondere dazu vorgesehen, einen Stromkreis zu unterbrechen und/oder einen Schalter zu betätigen, welcher zu einer Unterbrechung eines Stromkreises führt. Insbesondere befindet sich das Betätigungselement in einem maximal ausgefahrenen Zustand, wenn sich das Ankerelement in der zweiten Endposition befindet. Insbesondere bildet der maximal ausgefahrene Zustand eine Auslösestellung des Betätigungselements aus, welche dazu vorgesehen ist, eine Unterbrechung des Stromkreises zu bewerkstelligen oder zu bewirken. Insbesondere befindet sich das Betätigungselement in einem minimal ausgefahrenen Zustand, wenn sich das Ankerelement in der ersten Endposition befindet. Insbesondere bildet der minimal ausgefahrene Zustand eine Sicherungsstellung des Betätigungselements aus, in welcher der Stromkreis nicht durch das Betätigungselement unterbrochen ist. Insbesondere treiben die mechanische Spanneinheit und Rückstelleinheit die Bewegung des Betätigungselements an.

Ferner wird vorgeschlagen, dass die schnellschaltende Aktorvorrichtung einen Elektromotor aufweist, welcher dazu vorgesehen ist, eine Antriebskraft zur Bewegung des Rückstellelements zu erzeugen. Dadurch kann vorteilhaft eine kontrollierte Spannung des mechanischen Spannelements ermöglicht werden. Insbesondere ist der Elektromotor zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig in der Gehäuseeinheit angeordnet. Insbesondere ist der Elektromotor über einen gemeinsamen Stromeingang der Gehäuseeinheit und/oder eine gemeinsame Stromdurchführung der Gehäuseeinheit mit Strom versorgt wie der Elektromagnet.

Wenn die schnellschaltende Aktorvorrichtung zusätzlich ein Schneckengetriebe aufweist, welches dazu vorgesehen ist, die Antriebskraft des Elektromotors auf das Rückstellelement, insbesondere auf das Zahnrad, zu übertragen, kann vorteilhaft eine besonders kompakte Bauweise der Aktorvorrichtung, insbesondere in Relation zu dem erreichbaren Hub, erreicht werden. Insbesondere weist das Schneckengetriebe ein Schneckenrad auf, welches an einem Abtrieb des eine Rotationsbewegung erzeugenden Elektromotors angeordnet ist. Insbesondere verzahnt das Schneckenrad mit dem als Zahnrad ausgebildeten Rückstellelement zu einer Umsetzung der Rotationsbewegung des Abtriebs des Elektromotors in eine Rotationsbewegung des Zahnrads, dessen Rotationsachse vorzugsweise zumindest im Wesentlichen senkrecht zu der Rotationsachse des Abtriebs des Elektromotors verläuft. Der Ausdruck „im Wesentlichen senkrecht“ soll hier insbesondere eine Ausrichtung einer Richtung relativ zu einer Bezugsrichtung definieren, wobei die Richtung und die Bezugsrichtung, insbesondere in einer Projektionsebene betrachtet, einen Winkel von 90° einschließen und der Winkel eine maximale Abweichung von insbesondere kleiner als 8°, vorteilhaft kleiner als 5° und besonders vorteilhaft kleiner als 2° aufweist.

Wenn außerdem der Elektromotor dazu vorgesehen ist, eine Rückwärtsdrehung zu einer kontrollierten, insbesondere durch das Mitnehmerelement geführten, Überführung des Ankerelements aus der ersten Endposition in die zweite Endposition zu erzeugen, kann vorteilhaft die kontrollierte Bewegung des Ankerelements von der ersten Endposition in die zweite Endposition ermöglicht werden. Vorteilhaft können dadurch die Bauteile der Aktorvorrichtung vorteilhaft geschont werden. Vorteilhaft kann eine Lebensdauer der Aktorvorrichtung erhöht werden.

Zusätzlich wird vorgeschlagen, dass die schnellschaltende Aktorvorrichtung eine Sensoreinheit, insbesondere mit zumindest einem Sensor, aufweist, welche dazu vorgesehen ist, zumindest einen Zustand, insbesondere zumindest die Endpositionen des Ankerelements, und/oder eine Bewegung des Ankerelements zu detektieren und/oder zu überwachen. Dadurch kann vorteilhaft eine präzise Kontrolle und/oder Steuerung der Bewegung und/oder der Stellung des Ankerelements ermöglicht werden. Vorteilhaft kann eine hohe Betriebssicherheit erreicht werden. Wenn die Sensoreinheit, vorzugsweise zumindest ein Sensor der Sensoreinheit, dazu vorgesehen ist, einen Motorstrom eines Elektromotors der Rückstelleinheit zur Ermittlung einer Rückstellzeit der Rückstelleinheit, innerhalb welcher das Ankerelement von der zweiten Endposition in die erste Endposition verbracht wird, zur Ermittlung einer Momentanposition eines Mitnehmerelements der Rückstelleinheit, wie beispielsweise einer Winkelposition des Mitnehmerelements oder einer Vertikalposition des Mitnehmerelements, und/oder zur Ermittlung eines Wegs des Mitnehmerelements der Rückstelleinheit zu detektieren und/oder zu überwachen, kann vorteilhaft eine präzise Zustandsüberwachung der Aktorvorrichtung erreicht werden. Vorteilhaft können dadurch Fehlfunktionen detektiert und/oder vermieden werden. Insbesondere ist der Sensor dazu vorgesehen, zur Bestimmung der Momentanposition und/oder des Wegs des Mitnehmerelements ein Ripple-Count-Verfahren durchzuführen. Insbesondere ist der Sensor der Sensoreinheit als ein Asynchronzähler (Ripple Counter) ausgebildet, welcher dazu vorgesehen ist, eine Struktur des Motorstroms des Elektromotors, beispielsweise eine Welligkeit des Motorstroms, zu detektieren und auszuwerten. Insbesondere ist der Asynchronzähler dazu vorgesehen, aus einer Anzahl an detektierten Mustern (z.B. Ripples) in dem Motorstrom auf eine Umdrehungszahl des Motors und somit auf die Momentanposition und/oder den Weg des Mitnehmerelements zu schließen.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Sensoreinheit einen Hall-Sensor aufweist, welcher dazu vorgesehen ist, eine Bewegung zumindest eines Teils des Rückstellelements zur Ermittlung der Rückstellzeit der Rückstelleinheit, der Momentanposition des Mitnehmerelements und/oder des Wegs des Mitnehmerelements zu überwachen. Dadurch kann vorteilhaft eine präzise Zustandsüberwachung der Aktorvorrichtung erreicht werden. Vorteilhaft können dadurch Fehlfunktionen detektiert und/oder vermieden werden. Insbesondere umfasst die Sensoreinheit ein Magnetelement, welches vorzugsweise als ein Permanentmagnet ausgebildet ist. Insbesondere ist der Hall-Sensor dazu vorgesehen, ein Magnetfeld des Magnetelements, vorzugsweise Änderungen des Magnetfelds des Magnetelements (z.B. Änderungen einer Magnetfeldstärke des Magnetelements am Ort des Hall Sensors, Änderungen einer Magnetfeldrichtung des Magnetelements am Ort des Hall Sensors, Änderungen eines Aufenthaltsorts des Magnetelements relativ zu dem Hall-Sensor, etc.) zu detektieren. Insbesondere ist der Hall-Sensor dazu vorgesehen, anhand der detektierten Änderung des Magnetfelds des Magnetelements eine Momentanposition des Rückstellelements, insbesondere des Mitnehmerelements, und/oder einen Weg des Rückstellelements, insbesondere des Mitnehmerelements, zu ermitteln. Das Magnetelement kann beispielsweise in das Rückstellelement und/oder in das Mitnehmerelement integriert sein. Vorzugsweise ist das Magnetelement in diesem Fall derart in das Rückstellelement und/oder in das Mitnehmerelement integriert, dass eine Bewegung des Rückstellelements und/oder des Mitnehmerelements eine Bewegung des Magnetelements verursacht. Alternativ kann das Magnetelement beispielsweise auf einer Seite des Rückstellelements angeordnet sein, welche einer Seite des Rückstellelements, auf der der Hall-Sensor angeordnet ist, gegenüberliegt. In diesem Fall ist das Rückstellelement und/oder das Mitnehmerelement zu einem Teil aus einem magnetflussleitenden Material, beispielsweise aus einem ferromagnetischen Material, ausgebildet, so dass das Magnetfeld der Magneteinheit in Abhängigkeit von der Momentanposition des Rückstellelements und/oder des Mitnehmerelements, und/oder dem Weg des Rückstellelements und/oder des Mitnehmerelements, unterschiedlich geformt, vorzugsweise unterschiedlich durch das Rückstellelement und/oder das Mitnehmerelement geleitet wird.

Ferner wird vorgeschlagen, dass die Sensoreinheit dazu vorgesehen ist, eine Übergabeposition der Rückstelleinheit und/oder des Ankerelements zu detektieren, in welcher das Ankerelement nach einer Rückstellung durch die Rückstelleinheit an die Magneteinheit übergeben wird. Dadurch kann vorteilhaft eine präzise Zustandsüberwachung der Aktorvorrichtung erreicht werden. Vorteilhaft können dadurch Fehlfunktionen detektiert und/oder vermieden werden. Vorteilhaft kann eine hohe Betriebssicherheit erreicht werden. Insbesondere ist der Hall-Sensor dazu vorgesehen, die Übergabeposition zu detektieren. Insbesondere ist die Übergabeposition als die Position der Rückstelleinheit, insbesondere des Mitnehmerelements, ausgebildet, in welcher das Mitnehmerelement das Ankerelement in die erste Endposition bewegt hat. Insbesondere ist die Übergabeposition als die Position der Rückstelleinheit, insbesondere des Mitnehmerelements, ausgebildet, in welcher das Mitnehmerelement eine entlang der durch das Mitnehmerelement beschriebenen Kreisbahn minimale vertikale Entfernung von der Gehäuseeinheit, insbesondere von der Deckeleinheit, aufweist.

Wenn die Sensoreinheit dazu vorgesehen ist, ein Induktionssignal zur Erkennung der Übergabeposition zu detektieren, kann vorteilhaft eine einfache und/oder zuverlässige Erkennung der Übergabeposition ermöglicht werden. Insbesondere ist das Induktionssignal als ein durch ein Magnetfeld oder durch eine Änderung eines Magnetfelds, beispielsweise eine Änderung des Magnetfelds in Folge einer Bewegung eines ferromagnetischen Bauteils in einem Magnetfeld, erzeugtes elektrisches Signal ausgebildet.

In diesem Zusammenhang wird zudem vorgeschlagen, dass die Sensoreinheit zumindest teilweise einstückig mit dem Elektromagneten ausgebildet ist, in welchem das Induktionssignal durch eine Annäherung des Ankerelements an den Elektromagneten, insbesondere durch eine Annäherung des in dem Ankerelement integrierten oder an dem Ankerelement fixierten magnetischen Elements und/oder eines weiteren Magnetelements an den Elektromagneten, erzeugt wird. Dadurch kann vorteilhaft eine einfache und/oder zuverlässige Erkennung der Übergabeposition ermöglicht werden. Vorteilhaft kann eine Übergabeposition ohne eine Notwendigkeit eines zusätzlichen Sensors, wie beispielsweise den Hall- Sensor, ermöglicht werden. Dadurch kann vorteilhaft eine simple, kostenoptimierte und/oder kompakte Ausgestaltung der Aktorvorrichtung erreicht werden. Darunter, dass zwei Einheiten „teilweise einstückig“ ausgebildet sind, soll insbesondere verstanden werden, dass die Einheiten zumindest ein, insbesondere zumindest zwei, vorteilhaft zumindest drei, gemeinsame Elemente aufweisen, die Bestandteil, insbesondere funktionell wichtiger Bestandteil, beider Einheiten sind.

Außerdem wird ein Aktor, insbesondere ein Schutzschalter, mit der schnellschaltenden Aktorvorrichtung vorgeschlagen. Dadurch kann vorteilhaft ein Aktor mit einer besonders schnellen Stellbewegung in zumindest eine Stellrichtung, insbesondere mit einem vorteilhaft großen Hub, erhalten werden.

Zudem wird ein Verfahren mit der schnellschaltenden Aktorvorrichtung, insbesondere mit der Schutzschaltervorrichtung, vorgeschlagen, mit einem Spannschritt, in dem ein Ankerelement von einer motorisch angetriebenen Rückstelleinheit in eine, vorzugsweise direkt, von einem Magnetfeld stabil gehaltene erste Endposition bewegt wird, wodurch zugleich ein an dem Ankerelement abgestütztes mechanisches Spannelement gespannt wird, und mit einem ersten Entspannschritt und einem zu dem ersten Entspannschritt alternativ durchführbaren zweiten Entspannschritt, wobei in dem ersten Entspannschritt das Ankerelement aus der ersten Endposition losgelassen und mit einer unkontrollierten Beschleunigung von dem mechanischen Spannelement in die zweite Endposition bewegt wird und wobei von dem zweiten Entspannschritt das Ankerelement aus der ersten Endposition losgelassen und mit einer durch die Rückstelleinheit kontrollierten Beschleunigung von dem mechanischen Spannelement in die zweite Endposition bewegt wird, wobei der erste Entspannschritt zu einer Notbetätigung der schnellschaltenden Aktorvorrichtung, insbesondere zu einem Auslösen einer Sicherungsabschaltung der

Schutzschaltervorrichtung, vorgesehen ist, während der zweite Entspannschritt zu einer regulären Betätigung der schnellschaltenden Aktorvorrichtung, insbesondere zu einem Auslösen einer geordneten Abschaltung der Schutzschaltervorrichtung, vorgesehen ist. Dadurch kann vorteilhaft die Expansion des mechanischen Stellelements zu einer gleichzeitigen Umsetzung eines Notfallmodus mit der schnellen ersten Stellbewegung und eines Regelfallmodus mit der kontrollierten, langsameren dritten Stellbewegung genutzt werden. Vorteilhaft kann durch die zusätzliche Ermöglichung des kontrollierten Schaltvorgangs eine

Materialschonung und dadurch eine hohe Lebensdauer erreicht werden.

Die erfindungsgemäße Aktorvorrichtung, der erfindungsgemäße Aktor und das erfindungsgemäße Verfahren sollen hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Aktorvorrichtung, der erfindungsgemäße Aktor und das erfindungsgemäße Verfahren zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten abweichende Anzahl aufweisen.

Zeichnungen

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Aktors mit einer schnellschaltenden Aktorvorrichtung,

Fig. 2 eine schematische Ansicht der schnellschaltenden Aktorvorrichtung mit einem ersten ausgeblendeten Teil einer Gehäuseeinheit und mit einem Ankerelement, welches sich in einer ersten Endposition befindet,

Fig. 3 eine weitere schematische Ansicht der schnellschaltenden Aktorvorrichtung mit einem zweiten ausgeblendeten Teil der Gehäuseeinheit, mit dem Ankerelement, welches sich in der ersten Endposition befindet und mit einem Mitnehmerelement, einer Rückstelleinheit, welches sich in einer Freigabeposition befindet, Fig. 4 eine schematische Ansicht der schnellschaltenden Aktorvorrichtung mit dem ersten ausgeblendeten Teil der Gehäuseeinheit, mit einer teilweise ausgeblendeten Magneteinheit und mit einem Ankerelement, welches sich in einer zweiten Endposition befindet,

Fig. 5 eine schematische Ansicht eines Teils der schnellschaltenden Aktorvorrichtung mit dem Ankerelement und mit dem Rückstellelement der Rückstelleinheit,

Fig. 6 eine schematische perspektivische Ansicht des Ankerelements und

Fig. 7 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Fig. 1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Aktors 66. Der Aktor 66 ist als ein Schutzschalter ausgebildet. Der Aktor 66 ist dazu vorgesehen, in zumindest einem Schaltzustand einen elektrischen Stromkreis 78 zu unterbrechen. Der beispielhaft dargestellte Stromkreis 78 umfasst ein erstes Kontaktelement 80 und ein zweites Kontaktelement 82. Der beispielhaft dargestellte Stromkreis 78 umfasst einen Verbraucher 84 (z.B. ein Kraftfahrzeug-Bordnetz) und eine Spannungsquelle 86 (z.B. einen Akkumulator eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Elektrofahrzeugs). Das erste Kontaktelement 82 ist im beispielhaft dargestellten Fall elastisch rückfedernd ausgebildet. Der Aktor 66 ist dazu vorgesehen, in dem Betriebszustand, in dem der Stromkreis 78 unterbrochen ist, das erste Kontaktelement 82 durch ein Betätigungselement 56 des Aktors 66 zu verbiegen (in der Zeichnung der Fig. 1 nach unten zu drücken), so dass der elektrische Kontakt mit dem zweiten Kontaktelement 82 getrennt ist und dass die Spannungsquelle 86 von dem Verbraucher 84 getrennt ist. Der Aktor 66 weist eine schnellschaltende Aktorvorrichtung 68 auf.

Die Fig. 2 zeigt eine schematische Ansicht der schnellschaltenden

Aktorvorrichtung 68 mit teilweise ausgeblendeter Gehäuseeinheit 28. Die Aktorvorrichtung 68 ist als eine Schutzschaltervorrichtung ausgebildet. Die Aktorvorrichtung 68 weist die Gehäuseeinheit 28 auf. Die Gehäuseeinheit 28 umschließt die Aktorvorrichtung 68 zu einem Großteil. Die Gehäuseeinheit 28 umfasst ein abnehmbares Deckelelement 90. Die Aktorvorrichtung 68 weist ein mechanisches Spannelement 10 auf. Das mechanische Spannelement 10 ist als eine Spiral-Druckfeder ausgebildet. Das mechanische Spannelement 10 ist mit einem ersten Ende 88 an der Gehäuseeinheit 28, insbesondere an dem Deckelelement 90, vorzugsweise an einem Federsitz der Gehäuseeinheit 28 oder des Deckelelements 90, abgestützt. Alternativ kann das mechanische Spannelement 10 auch an einem von dem Deckelelement 90 verschiedenen Bauteil der Aktorvorrichtung 68 abgestützt sein, beispielsweise an einem Magnetkern 100 eines Elektromagneten 26 der Aktorvorrichtung 68 oder an einem Magnetflussleitelement 102 des Elektromagneten 26 der Aktorvorrichtung 68. In diesem Fall kann vorteilhaft durch eine Abstützung an einem metallisch harten Bauteil anstatt an einem Kunststoffbauteil eine erhöhte Gesamtstabilität erreicht werden. Das mechanische Spannelement 10 ist vollständig innerhalb der Gehäuseeinheit 28 angeordnet. Die Aktorvorrichtung 68 weist ein Ankerelement 12 auf. Das Ankerelement 12 ist (mit Ausnahme des ggf. einstückig mit dem Ankerelement 12 ausgebildeten Betätigungselements 56) vollständig innerhalb der Gehäuseeinheit 28 angeordnet. Das Ankerelement 12 ist als ein Spritzgussteil ausgebildet. Ein zweites Ende 92 des mechanischen Spannelements 10 ist an dem Ankerelement 12 abgestützt. Das Ankerelement 12 ist durch das mechanische Spannelement 10, insbesondere in einer ersten Endposition 14 (vgl. Fig. 2 und Fig. 3), vorspannbar. Das Ankerelement 12 befindet sich in der Darstellung der Fig. 2 in der ersten Endposition 14. Das Ankerelement 12 ist angetrieben durch eine Entspannung des mechanischen Spannelements 10 aus der ersten Endposition 14 in eine zweite Endposition 16 des Ankerelements 12 (vgl. Fig. 4) bewegbar. Bei einer ersten Stellbewegung bewegt sich das Ankerelement 12 von der ersten Endposition 14 in die zweite Endposition 16. Die erste Stellbewegung ist durch eine Entspannung des mechanischen Spannelements 10 erzeugt. Die erste Stellbewegung bildet eine schnelle Stellbewegung aus, bei der durch das Ankerelement 12 ein Hub 24 von zumindest 7 mm innerhalb von höchstens 6 ms überstrichen wird. Das Ankerelement 12 weist ein Führungselement 54 auf, welches zu einer Aufnahme und/oder zu einer Führung des mechanischen Spannelements 10 vorgesehen ist. Das Führungselement 54 ist einstückig an das Ankerelement 12 angeformt, das mechanische Spannelement 10, insbesondere die Spiral-Druckfeder, ist abschnittsweise um das Führungselement 54 herum gewundenen. Das Führungselement 54 (oder alternativ ein weiteres Führungselement) ist zudem zu einer Führung der Bewegung des Ankerelements 12 vorgesehen. Die Aktorvorrichtung 68 weist eine Führungsstange 122 auf. Das Ankerelement 12 ist entlang einer Längsrichtung der Führungsstange 122 innerhalb der Gehäuseeinheit 28 bewegbar. Das Führungselement 54 umschließt die Führungsstange 122 zumindest abschnittsweise. Die Aktorvorrichtung 68 weist das Betätigungselement 56 auf. Das Betätigungselement 56 ist mit dem Ankerelement 12 wirkverbunden. Das Betätigungselement 56 ist an dem Ankerelement 12 auf einer dem mechanischen Spannelement 10 gegenüberliegenden Seite 58 des Ankerelements 12 angeordnet.

Die Aktorvorrichtung 68 weist eine Magneteinheit 18 auf (siehe insbesondere auch Fig. 3). Die Magneteinheit 18 ist dazu vorgesehen, das Ankerelement 12 durch ein von der Magneteinheit 18 erzeugtes Magnetfeld in der ersten Endposition 14 zu halten. Die Magneteinheit 18 ist vollständig in der Gehäuseeinheit 28 angeordnet. Die Magneteinheit 18 ist relativ zu der Gehäuseeinheit 28 unbeweglich fixiert. Die Magneteinheit 18 ist an dem Deckelelement 90 befestigt. Alternativ kann die Magneteinheit 18 auch an einem von dem Deckelelement 90 verschiedenen Bauteil der Aktorvorrichtung 68 angeordnet und/oder befestigt sein, beispielsweise an dem Magnetkern 100 oder an dem Magnetflussleitelement 102. Die Magneteinheit 18 weist den Elektromagneten 26 auf. Der Elektromagnet 26 ist vollständig in der Gehäuseeinheit 28 angeordnet. Der Elektromagnet 26 ist in Bezug auf eine Expansionsrichtung 30 des mechanischen Spannelements 10 seitlich neben dem mechanischen Spannelement 10 angeordnet. Der Elektromagnet 26 weist eine (nur schematisch dargestellte) Spulenwicklung 96 auf. Der Elektromagnet 26 weist einen Spulenkörper 98 auf. Die Spulenwicklung 96 ist um den Spulenkörper 98 gewickelt. Der Elektromagnet 26 weist den in einem Inneren des Spulenkörpers 98 angeordneten Magnetkern 100 auf. Der Elektromagnet 26 ist im aktivierten Zustand, d.h. im bestromten Zustand, dazu vorgesehen, zur Fixierung des Ankerelements 12 in der ersten Endposition 14 eine anziehende Kraftwirkung auf zumindest einen Teil des Ankerelements 12 auszuüben. Die Aktorvorrichtung 68 weist ein magnetisches Element 46 auf. Das magnetische Element 46 ist als eine ferromagnetische Platte, z.B. als eine Eisenplatte, ausgebildet. Das magnetische Element 46 ist an dem Ankerelement 12 fixiert. Das magnetische Element 46 ist in dem Ankerelement 12 durch Rastelemente 94 des Ankerelements 12 verrastet. Der Elektromagnet 26 ist im aktivierten Zustand dazu vorgesehen, zur Fixierung des Ankerelements 12 in der ersten Endposition 14 eine anziehende Kraftwirkung auf das magnetische Element 46 auszuüben. Der Elektromagnet 26 weist das bügelförmige, in Richtung des magnetischen Elements 46 offene Magnetflussleitelement 102 auf.

Die Aktorvorrichtung 68 weist eine Rückstelleinheit 20 auf. Die Rückstelleinheit 20 ist dazu vorgesehen, das Ankerelement 12 aus der zweiten Endposition 16 in die erste Endposition 14 zurückzubewegen. Die Rückstelleinheit 20 ist dazu vorgesehen, bei der Bewegung des Ankerelements 12 in Richtung der zweiten Endposition 16 das mechanische Spannelement 10 vorzuspannen. Die von der Rückstelleinheit 20 erzeugte zweite Stellbewegung zur Rückstellung des mechanischen Spannelements 10, bei der sich das Ankerelement 12 von der zweiten Endposition 16 in die erste Endposition 14 zurückbewegt, erfolgt zumindest 40-mal langsamer als die erste Stellbewegung, bei der sich das Ankerelement 12 angetrieben von dem mechanischen Spannelement 10 von der ersten Endposition 14 in die zweite Endposition 16 bewegt. Eine Schaltzeit der zweiten Stellbewegung ist länger als 200 ms. Die Rückstelleinheit 20 weist ein Rückstellelement 22 auf. Das Rückstellelement 22 ist motorisch antreibbar. Das motorisch antreibbare Rückstellelement 22 ist als ein Zahnrad 36 ausgebildet. Das Zahnrad 36 weist eine Rotationsachse 106 (vgl. auch Fig. 5) auf, welche senkrecht zu einer Hauptbewegungsrichtung 108 des Ankerelements 12 ausgerichtet ist. Die Hauptbewegungsrichtung 108 des Ankerelements 12 ist parallel zu der Expansionsrichtung 30 des mechanischen Spannelements 10. Das Rückstellelement 22 weist ein Mitnehmerelement 32 auf. Das Mitnehmerelement 32 ist relativ zu der Gehäuseeinheit 28 beweglich gelagert. Das Mitnehmerelement 32 ist zur Kontaktierung des Ankerelements 12 während einer Stellbewegung durch die Rückstelleinheit 20 vorgesehen. Das Mitnehmerelement 32 ist an einer Seitenfläche 34 des Zahnrads 36 angeordnet. Das Mitnehmerelement 32 ist außermittig an der Seitenfläche 34 des Zahnrads 36 angeordnet. Das Mitnehmerelement 32 folgt einer Bewegung des Zahnrads 36. Das Mitnehmerelement 32 ist dazu vorgesehen, das Ankerelement 12 auf zumindest 120° einer monotonen Rotationsbewegung des Zahnrads 36 mitzuführen. Das Mitnehmerelement 32 ist dazu vorgesehen, das Ankerelement 12 auf höchstens 170° der monotonen Rotationsbewegung des Zahnrads 36 mitzuführen. Das Mitnehmerelement 32 ist als eine Art Bolzen ausgebildet, welcher über die Seitenfläche 34 des Zahnrads 36 hervorsteht. Das Mitnehmerelement 32 ist als eine Art Bolzen ausgebildet, welcher in Richtung des Elektromagneten 26 über die Seitenfläche 34 des Zahnrads 36 hervorsteht. Das Rückstellelement 22 weist ein Achselement 110 auf. Das Zahnrad 36 ist um das Achselement 110 rotierbar gelagert. Das Achselement 110 ist wiederum positionsfest in/an der Gehäuseeinheit 28 gelagert. Alternativ kann das Achselement 110 auch an einem von der Gehäuseeinheit 28 verschiedenen Bauteil der Aktorvorichtung 68 gelagert sein, beispielsweise an dem Magnetkern 100 und/oder dem Magnetflussleitelement 102. Das Mitnehmerelement 32 ist dazu vorgesehen, das Ankerelement 12 im Anschluss an eine Mitführung des Ankerelements 12, durch eine Rotationsbewegung des Zahnrads 36, insbesondere durch eine Fortführung der die Mitführung erzeugenden Rotationsbewegung des Zahnrads 36, freizugeben. Wenn das Ankerelement 12 in der ersten Endposition 14 fixiert ist, wird das Mitnehmerelement 32, insbesondere das Zahnrad 36, in eine Freigabeposition (vgl. auch Fig. 3) rotiert.

Die Aktorvorrichtung 68 weist einen Elektromotor 60 auf. Der Elektromotor 60 ist dazu vorgesehen, die Antriebskraft zur Bewegung des motorisch antreibbaren Rückstellelements 22 zu erzeugen. Der Elektromotor 60 ist vollständig innerhalb der Gehäuseeinheit 28 angeordnet. Der Elektromotor 60 weist einen Abtrieb 104 auf. Der Abtrieb 104 weist eine Rotationsachse 112 auf. Die Rotationsachse 112 des Abtriebs 104 und die Rotationsachse 106 des Zahnrads 36 verlaufen in senkrecht zueinanderstehende Richtungen. Die Aktorvorrichtung 68 weist ein Schneckengetriebe 62 auf. Das Schneckengetriebe 62 ist dazu vorgesehen, die Antriebskraft des Elektromotors 60 auf das Rückstellelement 22 zu übertragen. Das Schneckengetriebe 62 weist eine Getriebeübersetzung auf. Das Schneckengetriebe 62 umfasst eine Schneckenwelle 114. Das Schneckengetriebe 62 umfasst das Zahnrad 36. Die Schneckenwelle 114 verzahnt mit dem Zahnrad 36 zur Übertragung der Antriebsenergie und zur Änderung der Ausrichtung der angetriebenen Rotationsachse 106, 112.

Der Elektromotor 60 ist dazu vorgesehen, eine der zur Rückstellung des Ankerelements 12 von der zweiten Endposition 16 in die erste Endposition 14 verwendeten Rückstell-Rotationsrichtung entgegengesetzte Rückwärtsdrehung zu erzeugen. Die Rückwärtsdrehung des Elektromotors 60, insbesondere des Abtriebs 104, ist zu einer kontrollierten (langsamen) Überführung des Ankerelements 12 aus der ersten Endposition 14 in die zweite Endposition 16 vorgesehen. Die Rückwärtsdrehung des Elektromotors 60, insbesondere des Abtriebs 104, ist zu einer durch das Mitnehmerelement 32 geführten Überführung des Ankerelements 12 aus der ersten Endposition 14 in die zweite Endposition 16 vorgesehen. Die Rückstelleinheit 20 ist dazu vorgesehen, mittels der Rückwärtsdrehung des Elektromotors 60, alternativ zu der unabhängig von der Rückstelleinheit 20 ablaufenden ersten Stellbewegung, eine dritte Stellbewegung zu kontrollieren, bei der sich das Ankerelement 12 zumindest 40-fach langsamer von der ersten Endposition 14 in die zweite Endposition 16 bewegt als bei der unabhängig von der Rückstelleinheit 20 ablaufenden ersten Stellbewegung.

Die Aktorvorrichtung 68 weist eine Sensoreinheit 64 auf. Die Sensoreinheit 64 ist dazu vorgesehen, einen Zustand und/oder eine Bewegung des Ankerelements 12 zu detektieren und/oder zu überwachen. Die Sensoreinheit 64 weist einen ersten Sensor 1 16 auf. Die Sensoreinheit 64 ist dazu vorgesehen, mittels des ersten Sensors 1 16 einen Motorstrom des Elektromotors 60 der Rückstelleinheit 20 zur Ermittlung einer Rückstellzeit der Rückstelleinheit 20, innerhalb welcher das Ankerelement 12 von der zweiten Endposition 16 in die erste Endposition 14 verbracht wird, zur Ermittlung einer Momentanposition des Mitnehmerelements 32 und/oder zur Ermittlung eines Wegs des Mitnehmerelements 32 zu detektieren und/oder zu überwachen. Der erste Sensor 116 ist zumindest teilweise einstückig mit dem Elektromotor 60 oder mit einer Steuereinheit (nicht gezeigt) zur Steuerung des Elektromotors 60 ausgebildet.

Die Sensoreinheit 64 weist einen zweiten Sensor 1 18 auf. Die Sensoreinheit 64 weist einen Hall-Sensor auf. Der zweite Sensor 1 18 ist als der Hall-Sensor ausgebildet. Der zweite Sensor 118 ist dazu vorgesehen, eine Bewegung zumindest eines Teils des Rückstellelements 22 zur Ermittlung der Rückstellzeit der Rückstelleinheit 20, der Momentanposition des Mitnehmerelements 32 und/oder des Wegs des Mitnehmerelements 32 zu detektieren und/oder zu überwachen. Das Mitnehmerelement 32 ist im beispielhaft dargestellten Fall teilweise als ein Permanentmagnet ausgebildet. Der zweite Sensor 1 18 ist dazu vorgesehen, das Magnetfeld des Permanentmagneten des Mitnehmerelements 32 zu detektieren und basierend auf der momentan detektierten Magnetfeldstärke und/oder der momentan detektierten Magnetfeldrichtung des Magnetfelds des Permanentmagneten des Mitnehmerelements 32 eine Position und/oder eine Bewegung des Mitnehmerelements 32 zu ermitteln.

Die Sensoreinheit 64 weist einen dritten Sensor 120 auf (vgl. Fig. 3). Der dritte Sensor 120 ist dazu vorgesehen, eine Übergabeposition der Rückstelleinheit 20 zu detektieren, in welcher das Ankerelement 12 nach einer Rückstellung durch die Rückstelleinheit 20 an die Magneteinheit 18 übergeben wird. Der dritte Sensor 120 ist dazu vorgesehen, ein Induktionssignal zur Erkennung der Übergabeposition zu detektieren. Generell ist denkbar, dass zwei oder mehr als zwei Sensoren 116, 118, 120 der Sensoreinheit 64 zumindest teilweise einstückig miteinander ausgebildet sind. Der dritte Sensor 120 ist einstückig mit dem Elektromagnet 26 ausgebildet. In dem Elektromagneten 26 wird das Induktionssignal bei einer Annäherung des Ankerelements 12 an den Elektromagneten 26 erzeugt. Eine Steuereinheit (nicht gezeigt) des Elektromagneten 26 ist dazu vorgesehen, das Induktionssignal aus dem Elektromagneten 26 auszulesen.

Die Fig. 6 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht des Ankerelements 12. Das Ankerelement 12 weist ein Kontaktelement 38 auf. Das Kontaktelement 38 ist zur Aufnahme einer durch das Mitnehmerelement 32 auf das Ankerelement 12 ausgeübten Kraft vorgesehen. Das Kontaktelement 38 ist dazu vorgesehen, während der zweiten Stellbewegung durch die Rückstelleinheit 20 von dem Mitnehmerelement 32 überstrichen zu werden. Das Ankerelement 12 weist ein erstes Ankerteilelement 40 und ein mit dem ersten Ankerteilelement 40 verbundenes zweites Ankerteilelement 42 auf. Die beiden Ankerteilelemente 40, 42 sind zu einem Großteil plattenartig erstreckt. Das zweite Ankerteilelement 42 ist senkrecht zu dem ersten Ankerteilelement 40 angeordnet. Das Kontaktelement 38 ist an dem ersten Ankerteilelement 40 angeordnet. Das Kontaktelement 38 ist als in eine zu dem Zahnrad 36 hinweisende Richtung über den Rest des ersten Ankerteilelements 40 überstehende Lasche ausgebildet. Das zweite Ankerteilelement 42 bildet einen Sitz 44 zur Abstützung des mechanischen Spannelements 10 aus. Das zweite Ankerteilelement 42 weist das Führungselement 54 auf. Das zweite Ankerteilelement 42 weist das magnetische Element 46, welches zu einer anziehenden Wechselwirkung mit dem Magnetfeld der Magneteinheit 18 vorgesehen ist, auf. Das zweite Ankerteilelement 42 weist die Rastelemente 94 auf. Der Sitz 44 zur Abstützung des mechanischen Spannelements 10 und das magnetische Element 46 sind relativ zu dem ersten Ankerteilelement 40 gesehen auf gegenüberliegenden Seiten 50, 52 des ersten Ankerteilelements 40 angeordnet. Das Führungselement 54 und das magnetische Element 46 sind relativ zu dem ersten Ankerteilelement 40 gesehen auf gegenüberliegenden Seiten 50, 52 des ersten Ankerteilelements 40 angeordnet. Die Aktorvorrichtung 68 weist ein Verstärkungselement 48 auf. Das Verstärkungselement 48 ist dazu vorgesehen, das erste Ankerteilelement 40 an dem zweiten Ankerteilelement 42 abzustützen. Das Verstärkungselement 48 ist dazu vorgesehen, das erste Ankerteilelement 40 an dem zweiten Ankerteilelement 42 auf einer zu dem Sitz 44 zur Abstützung des mechanischen Spannelements 10 hinzeigenden Seite 50 abzustützen und zu verstärken.

Die Fig. 7 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens mit der schnellschaltenden Aktorvorrichtung 68. In einem Spannschritt 70 wird das Ankerelement 12 von dem motorisch angetriebenen Rückstellelement 22 in die direkt von dem Magnetfeld stabil gehaltene erste Endposition 14 bewegt. Dadurch wird der durch den Aktor 66 gesicherte Stromkreis 78 geschlossen. In dem Spannschritt 70 wird zudem zugleich das an dem Ankerelement 12 abgestützte mechanische Spannelement 10 gespannt. In einem weiteren Verfahrensschritt 72 wird der Elektromagnet 26 der Magneteinheit 18 aktiviert. Dadurch wird das Ankerelement 12 in der ersten Endposition 14 gehalten. In zumindest einem weiteren Verfahrensschritt 124 wird das Mitnehmerelement 32 durch ein Weiterdrehen des Zahnrads 36 aus einer Bewegungsbahn des Ankerelements 12 entfernt. In einem ersten Entspannschritt 74 wird das Ankerelement 12 aus der ersten Endposition 14 losgelassen. In dem ersten Entspannschritt 74 wird der Elektromagnet 26 deaktiviert. In dem ersten Entspannschritt 74 wird das aus der ersten Endposition 14 losgelassene Ankerelement 12 mit einer unkontrollierten Beschleunigung von dem mechanischen Spannelement 10 in die zweite Endposition 16 bewegt. In dem ersten Entspannschritt 74 wird das Ankerelement 12 mindestens 7 mm in höchstens 6 ms bewegt. In dem ersten Entspannschritt 74 wird durch die Bewegung des Ankerelements 12 der durch den Aktor 66 gesicherte Stromkreis 78 geöffnet. In dem ersten Entspannschritt 74 wird der Stromkreis 78 schlagartig geöffnet, bevor ein (thermischer) Schaden entstehen oder ein Stromschlag ausgelöst werden kann. Der erste Entspannschritt 74 ist zu einer Notbetätigung der schnellschaltenden Aktorvorrichtung 68 vorgesehen. In einem zu dem ersten Entspannschritt 74 alternativen zweiten Entspannschritt 76 wird das Ankerelement 12 aus der ersten Endposition 14 losgelassen. In dem zweiten Entspannschritt 76 wird der Elektromagnet 26 deaktiviert. In dem zweiten Entspannschritt 76 wird das aus der ersten Endposition 14 losgelassene Ankerelement 12 mit einer durch die Rückstelleinheit 20 kontrollierten Beschleunigung von dem mechanischen Spannelement 10 in die zweite Endposition 16 bewegt. In dem zweiten Entspannschritt 76 wird das Ankerelement 12 mindestens 7 mm in wenigstens 200 ms bewegt. In dem zweiten Entspannschritt 76 wird durch die Bewegung des Ankerelements 12 der durch den Aktor 66 gesicherte Stromkreis 78 kontrolliert geöffnet. Der zweite Entspannschritt 76 ist zu einer regulären Betätigung der schnellschaltenden Aktorvorrichtung 68 vorgesehen.

Bezugszeichen

10 Mechanisches Spannelement

12 Ankerelement

14 Erste Endposition

16 Zweite Endposition

18 Magneteinheit

20 Rückstelleinheit

22 Rückstellelement

24 Hub

26 Elektromagnet

28 Gehäuseeinheit

30 Expansionsrichtung

32 Mitnehmerelement

34 Seitenfläche

36 Zahnrad

38 Kontaktelement

40 Erstes Ankerteilelement

42 Zweites Ankerteilelement

44 Sitz

46 Magnetisches Element

48 Verstärkungselement

50 Seite

52 Seite

54 Führungselement

56 Betätigungselement

58 Seite

60 Elektromotor

62 Schneckengetriebe

64 Sensoreinheit

66 Aktor Aktorvorrichtung

Spannschritt

Verfahrensschritt

Erster Entspannschritt

Zweiter Entspannschritt

Stromkreis

Erstes Kontaktelement

Zweites Kontaktelement

Verbraucher

Spannungsquelle

Erstes Ende

Deckelelement

Zweites Ende

Rastelement

Spulenwicklung

Spulenkörper

Magnetkern

Magnetflussleitelement

Abtrieb

Rotationsachse

Hauptbewegungsrichtung

Achselement

Rotationsachse

Schneckenwelle

Erster Sensor

Zweiter Sensor

Dritter Sensor

Führungsstange

Verfahrensschritt