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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wechselarmatur für Sensoren oder Messelektroden, welche innerhalb der Wechselarmatur gehalten werden, um in einem Prozessmedium in einem Behälter oder in einer Leitung einer Produktionsanlage eingesetzt zu werden und dort verschiedene Zustandsgrößen, wie zum Beispiel den pH-Wert oder einen Sauerstoffgehalt oder ähnliches, zu messen.
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Derartige Wechselarmaturen für Messsonden oder Sensoren bestehen herkömmlicherweise aus mindestens einem stationären Teil, dem Befestigungsabschnitt, welcher beispielsweise über einen Befestigungsflansch an dem Behältnis des Prozessmediums montierbar ist. Daneben ist ein im Verhältnis zum stationären Befestigungsabschnitt verstellbares Hubrohr vorgesehen, welches zur Aufnahme der Sensoren dient. Das Hubrohr der Wechselarmatur ist im Verhältnis zu dem Befestigungsabschnitt verschiebbar, indem es nach der Art eines Tauchrohres eingeschoben und herausgezogen werden kann. Diese Verstellung dient dem Ein- und Ausbau von Sensoren und anderen Wartungsarbeiten, wie zum Beispiel einer Reinigung, einer Kalibrierung oder ähnlichem. Wenn das Hubrohr der Wechselarmatur in der ausgefahrenen Serviceposition ist, kann auf den Sensor zugegriffen werden, ohne dass das Prozessmedium in dem Behältnis oder in der Leitung vollständig abgelassen werden muss. In der eingefahrenen Messposition des Hubrohres ist das Hubrohr üblicherweise sicher fixiert, beispielsweise über eine Kombination von Überwurfmutter und Klemmring. Sobald die der Fixierung dienende Überwurfmutter gelöst wird, kann die Wechselarmatur durch eine Bedienperson in ihre Serviceposition verfahren werden, indem das Hubrohr herausgezogen wird.
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Hierbei besteht ein Problem dahingehend, dass im Inneren derartiger Behältnisse ein relativ hoher Druck von bis zu 12 bar herrschen kann. Bisher wurden daher die Produktionsanlagen entweder abgeschaltet oder auf einen niedrigeren Wert heruntergefahren, beispielsweise auf einen Druck von 2 bar, bevor eine Wartung der Sensoren und damit ein Lösen der Wechselarmaturen erfolgte. Dies ist mit einem recht hohen Aufwand verbunden und bedingt eine längere Unterbrechung der Produktionsprozesse. Ein anderes Problem bei der Durchführung von Wartungsarbeiten oder Austauscharbeiten an derartigen Wechselarmaturen besteht darin, dass beim Auftreten von plötzlichen Druckstößen nach dem Lösen der Überwurfmutter das Hubrohr der Wechselarmatur schlagartig und unkontrolliert von der Messposition in die ausgefahrene Serviceposition geschoben werden kann. Dabei kann es im Extremfall auch zu einer Beschädigung der Wechselarmatur oder der Messsensoren kommen. Nicht zuletzt stellt ein solches „Herausschießen” des Hubrohres der Wechselarmatur, beispielsweise aufgrund eines hohen inneren Prozessdrucks von 12 bar, eine Gefahr für die Bedienperson und für die Umwelt dar.
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Im Stand der Technik war daher bei derartigen Wechselarmaturen für Sensoren eine Verstellung von der Messposition in die Serviceposition bzw. umgekehrt von Hand mit Hilfe der Muskelkraft der Bedienperson nur bis zu Drücken von in etwa 2 bar sicher möglich. Bei höheren Prozessdrücken konnten derartige Wechselarmaturen bisher nicht sicher betätigt werden.
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Demgegenüber ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Wechselarmatur zur Halterung von Sensoren bereitzustellen, welche eine manuelle Verstellung zwischen einer Messposition und einer ausgefahrenen Serviceposition und umgekehrt in sicherer Art und Weise auch bei hohen und schwankenden Prozessdrücken in dem Behälter oder der Leitung mit dem Prozessmedium ermöglicht. Diese Aufgabe wird durch eine Wechselarmatur mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Nach der Erfindung wird eine Wechselarmatur zur Halterung von Sensoren oder Messelektroden in einem Prozessmedium in einem Behälter oder in einer Leitung mit einem stationären Befestigungsabschnitt und einem dazu verstellbaren Hubrohr vorgeschlagen, innerhalb welchem der Sensor aufgenommen ist, wobei das Hubrohr zwischen einer in das Prozessmedium eingefahrenen Messposition und einer ausgefahrenen Serviceposition verstellbar ist und wobei die Wechselarmatur dadurch gekennzeichnet ist, dass eine lösbar mit dem Hubrohr gekoppelte Kurbelvorrichtung zwischen dem Befestigungsabschnitt und dem Hubrohr derart vorgesehen ist, dass eine permanent gesicherte Verstellung des Hubrohres zwischen der Messposition und der Serviceposition auch bei hohen Drücken seitens des Prozessmediums möglich ist. Durch die lösbar gekoppelte Kurbelvorrichtung zwischen dem Befestigungsabschnitt und dem Hubrohr wird einerseits verhindert, dass nach einem Lösen einer Fixierung des Hubrohres das Hubrohr bei hohen Innendrücken seitens des Prozessmediums unkontrolliert herausschießt und zu einer Beschädigung oder gar zu Verletzungen der Bedienperson führen kann. Das Hubrohr ist auch bei gelöster Fixierung durch die Kurbelvorrichtung permanent gesichert, d. h. gegen ein unkontrolliertes und ungewolltes Verstellen zwischen der Messposition und der Serviceposition und umgekehrt gesichert. Zum anderen lässt sich mittels der erfindungsgemäßen Kurbelvorrichtung das Hubrohr auch bei hohem Innendruck im Prozessmedium sowohl manuell als auch motorisch angetrieben von der ausgefahrenen Serviceposition in die Messposition gegen den Druck des Prozessmediums verfahren. Die Kurbelvorrichtung erleichtert das Aufbringen einer Verstellkraft auf das Hubrohr durch eine Bedienperson oder durch einen Stellantrieb. Somit können die Wechselarmaturen auch bei relativ hohen Innendrücken von bis zu 12 bar betätigt werden und durch eine Bedienperson in die Messposition verstellt werden. Dies war im Stand der Technik auf manuelle Weise bisher nur bis zu Drücken von 2 bar maximal möglich.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Kurbelvorrichtung ein Getriebe auf zur gesicherten Kraftübertragung auf das Hubrohr für die Verstellung zwischen der Messposition und der Serviceposition sowie umgekehrt. Das Getriebe der Kurbelvorrichtung verhindert einerseits ein unkontrolliertes Verstellen des Hubrohres nach einem Lösen einer Fixierung wie beispielsweise eines Klemmrings mit Überwurfmutter, wie sie bei derartigen Wechselarmaturen zur lagegenauen Fixierung der Messposition eingesetzt werden. Das Getriebe sichert quasi jede Verstellposition durch die erforderliche Kraft, um Reibungsverluste etc. zu überwinden. Zum anderen hat das Getriebe der Kurbelvorrichtung nach der Erfindung den Vorteil, dass die notwendige Kraft zum Verstellen des Hubrohres, welche an der Kurbelvorrichtung aufgebracht werden muss, derart dimensioniert werden kann, dass auch bei hohen Innendrücken nur eine relativ geringe Betätigungskraft erforderlich ist. Das Getriebe der Kurbelvorrichtung nach der Erfindung weist hierzu geeignete Übersetzungsverhältnisse und Bedienelemente auf, wie sie dem Fachmann des Gebiets hinlänglich bekannt sind.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein lösbares Mitnehmerelement zwischen der Kurbelvorrichtung und dem Hubrohr an der Wechselarmatur vorgesehen. Das Mitnehmerelement stellt ein konstruktiv einfaches Bauteil dar, welches eine gesicherte Verstellung des Hubrohres ermöglicht, auch als beispielsweise ein Nachbausatz an bestehenden derartigen Wechselarmaturen. Die Lösbarkeit des Mitnehmerelements erlaubt es, den Wechsel und Austausch des Sensors und den hierfür erforderlichen Ausbau des Hubrohres durchzuführen. Nach einer gesicherten Verstellung in eine maximal ausgefahrene Position des Hubrohres kann so auch bei hohem Innendruck die Vorrichtung abgekoppelt werden, indem einfach das Mitnehmerelement gelöst wird. Die notwendigen Wartungs-, Kalibrierungs- und Austauscharbeiten an der Wechselarmatur und/oder an den Sensoren können so leicht ohne erforderlichen großen Werkzeugaufwand durchgeführt werden.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Getriebe der Kurbelvorrichtung eine Trapezgewindestange auf, die sich parallel zu der Längsrichtung der Wechselarmatur selbst erstreckt. Mit der Trapezgewindestange parallel zu der Wechselarmatur kann mit relativ geringem baulichem Aufwand der erforderliche Verstellweg des Hubrohres umgesetzt werden. Die parallel zur Wechselarmatur sich erstreckende Trapezgewindestange ist außerdem zusammen mit der Wechselarmatur eine relativ kompakte Baueinheit, die sich nur in eine Richtung erstreckt und so wenig zusätzlichen Bauraum an dem Behälter oder der Rohrleitung, in welcher das Prozessmedium strömt, erfordert.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Wechselarmatur ist die Kurbelvorrichtung eine manuell betätigbare Vorrichtung. Vorzugsweise weist die Wechselarmatur ein Handrad zur manuellen Betätigung der Kurbelvorrichtung auf. Auf diese Weise kann durch eine Bedienperson auf manuelle Weise eine permanent gesicherte Verstellung des Hubrohres an der Wechselarmatur für Wartungsarbeiten und ähnliches unabhängig von dem herrschenden Innendruck erfolgen. Die Betätigung über ein Handrad ist konstruktiv einfach gestaltet und erlaubt es, über eine entsprechende Dimensionierung des Handrads relativ große Verstellkräfte auf das Hubrohr aufzubringen.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Kurbelvorrichtung über einen Montageadapter und ein Kugellager an dem Befestigungsabschnitt, insbesondere an einem Befestigungsflansch des Befestigungsabschnitts, lösbar montierbar. Das Kugellager erlaubt die gesicherte Verstellung durch eine Drehbewegung von Elementen der Kurbelvorrichtung. Der Montageadapter, der vorteilhafterweise an einem Befestigungsflansch am Befestigungsabschnitt montiert ist, erlaubt auch eine nachträgliche Ausrüstung von bestehenden Wechselarmaturen mit der erfindungsgemäßen Sicherung in Form einer lösbaren Kurbelvorrichtung.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Wechselarmatur weist die Kurbelvorrichtung ein spezifisches Kraftübertragungsverhältnis zwischen notwendiger Betätigungskraft und resultierender Verstellkraft derart auf, dass eine leichte und gesicherte manuelle Verstellung des Hubrohres bei einem Prozessmediumdruck von bis zu 12 bar ermöglicht wird. Das Kraftübertragungsverhältnis kann durch verschiedene, dem Fachmann des Gebiets bekannte Maßnahmen eingestellt werden, zum Beispiel durch das Übersetzungsverhältnis von Getriebeteilen, die Gewindesteigungen, den Durchmesser eines Handrads oder ähnliches.
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Die Erfindung wird im Folgenden mehr im Detail anhand von mehreren Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben werden. In der Zeichnung zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Wechselarmatur in eingefahrener Messposition;
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2 eine perspektivische Ansicht des Ausführungsbeispiels der 1 in ausgefahrener Serviceposition;
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3 eine perspektivische Detailansicht der Wechselarmatur nach dem ersten Ausführungsbeispiel;
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4 eine Schnittansicht der Detailansicht aus der 3; und
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5 eine geschnittene perspektivische Detailansicht eines Ausführungsbeispiels für eine Kopplung der Kurbelvorrichtung auf Seiten des Befestigungsabschnitts der Wechselarmatur.
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Die 1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Wechselarmatur mit Kurbelvorrichtung in der Messposition, in welcher ein Hubrohr 3 der Wechselarmatur 1 vollständig in einen Behälter oder Tank (nicht dargestellt) eingefahren ist, so dass ein Sensor 4 oder eine Messelektrode Werte des Prozessmediums, wie einen Sauerstoffgehalt, einen pH-Wert oder ähnliches, ermitteln kann. Die Wechselarmatur 1 weist im Wesentlichen einen stationären Befestigungsabschnitt 2 auf, der bei diesem Ausführungsbeispiel mit einem seitlich abkragenden kreisrunden Befestigungsflansch 12 versehen ist, über welchen er an einer Öffnung einer Rohrleitung oder eines Behältnisses montiert wird. Daneben weist die Wechselarmatur 1 ein im Verhältnis zum Befestigungsabschnitt 2 verstellbares Hubrohr 3 auf, welches der eigentlichen Aufnahme des Sensors 4 bzw. der Messelektrode dient. Der Sensor 4 oder die Messelektrode ist dazu an einem unteren Ende des Hubrohres 3 in einer entsprechenden Aufnahme montiert. Wenn der Sensor 4 ausgetauscht werden muss, eine Kalibrierung vorgenommen werden muss oder eine Reinigung oder ähnliche Wartungsarbeiten am Sensor 4 oder der Messelektrode durchzuführen sind, wird das Hubrohr 3 der Wechselarmatur aus der in der 1 dargestellten Messposition in die Serviceposition herausgefahren (vgl. 2). Dies erfolgte nach dem Stand der Technik bisher auf manuelle Art und Weise. Nachdem eine Fixierung, wie zum Beispiel eine Kombination Klemmring/Überwurfmutter, gelöst wurde, wurde das Hubrohr von Hand aus dem Behältnis oder der Rohrleitung herausgezogen. Erfindungsgemäß erfolgt dieser Verstellvorgang zwischen der Messposition und der Serviceposition nun in permanent gesicherter Art und Weise anhand einer spezifischen Kurbelvorrichtung 10, die im Folgenden dargestellt wird.
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Die Kurbelvorrichtung 10 erstreckt sich im Wesentlichen parallel zur Längsachse der Wechselarmatur 1 und weist einen Montageadapter 9 auf, über welchen sie am Befestigungsflansch 12 des Befestigungsabschnitts 2 der Wechselarmatur montierbar ist. Am Montageadapter 9 ist ein Kugellager 11 vorgesehen, in welchem eine Trapezgewindestange 7 drehbar gelagert ist. Die Trapezgewindestange 7 ist mit einem Mitnehmerelement 6 gekoppelt, das eine lösbare Verbindung mit dem Hubrohr 3 der Wechselarmatur 1 darstellt. Das Mitnehmerelement 6 ist dafür an dem Hubrohr 3 mittels einer schnallenartigen Halterung lagefest befestigt und weist bei diesem Ausführungsbeispiel nach den 1 und 2 zwei federbelastete Rastbolzen 13 auf, über welche es auf einfache Art und Weise von dem Hubrohr 3 gelöst werden kann, damit die entsprechenden Wartungsarbeiten am Sensor 4 ausgeführt werden können.
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Die Kurbelvorrichtung 10 nach der Erfindung weist ein Getriebe 5 in Form einer Trapezgewindestange mit Verstellmutter auf, so dass eine über ein Handrad 8 aufgebrachte Drehbewegung in eine in Richtung der Längsachse der Wechselarmatur 1 verlaufende Verstellbewegung umgewandelt werden kann (vgl Betätigungs- und Verstellpfeile in den 1 und 2). Ein Drehen am Handrad 8 der Kurbelvorrichtung 10 bewirkt damit eine permanent gesicherte, weil mechanisch gekoppelte Verstellung des Hubrohres 3 relativ zu dem Befestigungsabschnitt 2 der Wechselarmatur 1. Die Kurbelvorrichtung 10 nach der Erfindung erlaubt es somit, auch bei hohen Innendrücken eine leichte Verstellung des Hubrohres 3 gegen den Innendruck in die Messposition vorzunehmen. Daneben erlaubt es die Kurbelvorrichtung 10 nach der Erfindung, das Hubrohr 3 von der Messposition in die Serviceposition zu verstellen, ohne dass ein unkontrolliertes Herausschießen nach einem Lösen einer Fixierung oder ähnlichem vorkommen kann. Damit ist eine permanent gesicherte und erleichterte Verstellung der Wechselarmatur gewährleistet. Bei dem in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt die Betätigung der Kurbelvorrichtung 10 und die Drehung der Trapezgewindestange 7 über ein Handrad 8 mit drei Speichen und einem Drehfinger an einer der Speichen. Statt des Handrads 8 kann erfindungsgemäß auch eine einfache Kurbel zur Betätigung der Verstellung der Wechselarmatur vorgesehen sein. Die lösbare Kopplung des Mitnehmerelements zwischen dem Getriebe 5 der Kurbelvorrichtung und dem Hubrohr 3 kann ebenfalls auf andere Art und Weise als mit federbelasteten Rastbolzen 13 realisiert werden. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Montageadapter 9 als eine im Wesentlichen U-förmige Platte dargestellt, welche über vier Befestigungsschrauben an dem Befestigungsflansch montiert wird, der wiederum selbst zur Befestigung über Schrauben an dem Behälter oder der Rohrleitung (nicht dargestellt) dient. Auf diese Weise kann die Kurbelvorrichtung 10 nach der Erfindung auch an bestehenden derartigen Wechselarmaturen 1 beispielsweise als Nachrüstbausatz montiert werden. Außerdem erlaubt dies eine leichte Demontage der Kurbelvorrichtung 10, beispielsweise bei einem vollständigen Austausch einer Wechselarmatur 1 gegen eine andere.
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In der 3 ist in einer perspektivischen Detailansicht die Verbindung zwischen der Wechselarmatur und der Kurbelvorrichtung genauer gezeigt. Das Mitnehmerelement 6 ist auf Seiten des Hubrohres 3 über einen schnallenartigen Befestigungsabschnitt montiert, der beispielsweise über eine Klemmung durch eine Schraubverbindung einen festen Halt des Mitnehmerelements 6 am Hubrohr 3 gewährleistet – ähnlich einer Rohrschelle. Das Mitnehmerelement 6 ist ferner als eine Art Steg gebildet, der zur einen Hälfte fest mit dem Hubrohr 3 verbunden ist und zur anderen Hälfte mit einer Verstellmutter 16 an der Trapezgewindestange 7 verbunden ist. Wenn die Trapezgewindestange 7 über beispielsweise das Handrad 8 gedreht wird, bewegt sich die Verstellmutter 16 entlang der Längsrichtung der Wechselarmatur und nimmt durch die Kopplung mit dem Hubrohr 3 das Hubrohr 3 mit. Hierdurch wird eine fortlaufend gesicherte und formschlüssige Verstellbewegung des Hubrohres 3 durchgeführt. Das Mitnehmerelement 6 ist mit dem Hubrohr 3 über zwei federbelastete Rastbolzen 13 lösbar gekoppelt, die in entsprechende Bohrungen des Gegenteils des Mitnehmerelements 6 eingreifen. Auf Seiten des stationären Befestigungsabschnitts 2 der Wechselarmatur 1 ist ein Befestigungsflansch 12 vorgesehen, an dem der Montageadapter 9, hier in Form einer in etwa U-förmigen Montageplatte, über vier Schrauben montiert ist. An dem Montageadapter 9 befindet sich auf seinem abkragenden Teil ein Kugellager 11 zur drehbaren, jedoch in Längsrichtung lagefesten Aufnahme des unteren Endes der Trapezgewindestange 7 der Kurbelvorrichtung 10. Damit ist die Kurbelvorrichtung 10 fest an dem Befestigungsabschnitt 2 fixiert und erlaubt eine gesicherte und kraftsparende Verstellung des Hubrohres 3 von der Messposition in die Serviceposition und umgekehrt.
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In der 4 ist diese Anbindung der Kurbelvorrichtung 10 an dem Befestigungsabschnitt 2 der Wechselarmatur 1 in einer Schnittansicht gezeigt. Darin erkennbar ist der innere Aufbau des Hubrohres 3 der Wechselarmatur 1, an dessen unterem Ende die Messsensorik, wie zum Beispiel ein pH-Sensor 4, eingebaut ist. Das Hubrohr 3 ist eine Art Tauchrohr, wie es bei derartigen Wechselarmaturen häufig verwendet wird. Seitlich abkragend von dem Befestigungsflansch 12 ist der Montageadapter 9 der Kurbelvorrichtung montiert. Die Kurbelvorrichtung weist eine Trapezgewindestange 7 auf, die an dem Montageadapter 9 in einem Kugellager 11 drehbar gelagert ist. Zu diesem Zweck ist ein Aufnahmeelement 14 für das Kugellager 11 vorgesehen, das über Befestigungsschrauben 15 von der Unterseite des Montageadapters 9 her eingeschraubt ist. Diese Lagerung der Trapezgewindestange 7 in einem Kugellager 11 auf Seiten des Montageadapters 9 ist nochmals in der perspektivischen Schnittansicht der 5 dargestellt.
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Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Die Montage der Kurbelvorrichtung 10 an dem Befestigungsabschnitt 2 der Wechselarmatur kann auf eine andere Art und Weise als mit dem dargestellten Montageadapter 9 erfolgen. Beispielsweise kann die Fixierung am Befestigungsabschnitt auch über rohrschellenartige Elemente erfolgen. Auch ist die Erfindung nicht auf die Verwendung einer Trapezgewindestange 7 als ein Getriebe 5 für die Kurbelvorrichtung 10 beschränkt. Andere Formen der Umwandlung einer Drehbewegung in eine Längsbewegung – bei gleichzeitiger Sicherung – können ebenso eingesetzt werden, wie sie dem Fachmann des Gebiets bekannt sind. Auch ist die Erfindung nicht auf eine manuelle Betätigung der Kurbelvorrichtung über ein Handrad oder ähnliches beschränkt, sondern diese kann ebenso mit einem motorischen Antrieb kombiniert werden.
