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Die Erfindung betrifft einen Stellantrieb zur Ansteuerung einer Stellbewegung eines Steuerelementes mit einem Stellelement aus einer Formgedächtnislegierung.
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Aus der
WO 02/086316 A1 ist ein Stellantrieb mit einem Stellelement aus einem Formgedächtnismaterial bekannt. Durch eine Stellbewegung des Stellelementes wird unmittelbar ein Bewegungsteil angesteuert, welches als Hebel ausgebildet ist und einen Stift aufweist, der in einer geschlossenen Kurvenbahn wie eine Herzkurve verfahrbar ist. Durch die Ansteuerung der Stellbewegung kann der Stift in eine zweite Position in der Herzkurve übergeführt werden und diese Position einnehmen, ohne dass das Stellelement aktiviert, also bestromt, ist. Anschließend kann durch die weitere Aktivierung des Stellelementes der Stift aus der zweiten Position herausgefahren und in die Ausgangsposition zurückgeführt werden.
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Solche Stellantriebe können für wiederkehrende Stell- und Schaltbewegungen als auch Positionieraufgaben eingesetzt werden, wobei eine Schaltstellung eingenommen werden kann, ohne das Stellelement aktiviert zu halten. Solche Stellantriebe eignen sich jedoch nicht für einmalige Stellbewegungen, durch welche eine Endposition eines Steuerelementes einzunehmen ist und diese Position unabhängig von einer weiteren möglichen Ansteuerung eines Stellelementes beizubehalten ist.
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Aus der
DE 10 2011 005 260 B3 ist ein Sicherheitsabsperrventil zum Absperren einer Gasleitung mit einem in Fließrichtung vorgespannten Ventilschieber bekannt, welcher durch einen vorgespannten Sperrbolzen eine Sicherungseinrichtung zur Sicherung des Ventilschiebers in einer Öffnungsstellung und mit einer Membran zur Beaufschlagung des Sperrbolzens vorgesehen ist. Durch eine fernbetätigbare Freigabeeinrichtung ist ein Stellantrieb ansteuerbar, durch welchen auf den Sperrbolzen eine Rückstellkraft aufgebracht wird, wodurch die Verriegelung zum Ventilschieber gelöst wird, so dass der Ventilschieber schließt.
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Aus der
DE 299 13 939 U1 geht ein Beschlag für Fenster oder Türen, bestehend aus einer der starr am Fensterrahmen der Tür zu befestigenden Rosette und einem drehbar darin gelagerten Handhabe für die Betätigung des im Fensterrahmen bzw. in der Tür vorgesehenen Verschlusses hervor.
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Aus der
DE 42 09 815 A1 geht eine Betätigungsvorrichtung mit einem unter dem Einfluss einer Temperaturänderung gegen mindestens ein Rückstellelement in Form einer federwirkenden, eine Weg-Kraftänderung hervorrufenden Antriebsteil hervor, das durch eine Vielzahl beheizbarer Memory-Metall-Drähte gebildet ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stellantrieb zu schaffen, der einen kompakten Aufbau aufweist und der beim Überschreiten eines Auslösewertes von einem Stellelement aus einer Formgedächtnislegierung ein Steuerelement ansteuert, welches in eine Steuerposition verfährt und in dieser selbsthaltend verbleibt.
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Diese Aufgabe wird durch ein Stellelement zur Ansteuerung einer Stellbewegung eines Steuerelementes mit einem Stellelement aus einer Formgedächtnislegierung gelöst, bei dem das Stellelement zwischen einem Auslöseelement und einem Gehäuse angeordnet ist und zwischen dem Gehäuse und dem Auslöseelement ein Kraftspeicherelement vorgesehen ist, welches der Wirkrichtung des Stellelementes entgegenwirkt und das Auslöseelement in dem Gehäuse in einer Ausgangsposition fixiert. Das in der Ausgangsposition angeordnete Auslöseelement hält das Steuerelement in einer Grundposition vorgespannt. Durch eine Stellbewegung des Stellementes wird das Auslöseelement aus der Ausgangsposition in eine Entriegelungsposition übergeführt und das Auslöseelement zum Steuerelement entkoppelt, so dass das vorgespannte Steuerelement durch die Vorspannkraft eines dem Steuerelement zugeordneten Energiespeicherelementes in eine Steuerposition überführbar ist. In dem Gehäuse des Stellelementes ist ein Führungsabschnitt vorgesehen, in welchem das Auslöseelement in eine Bewegungsrichtung verfahrbar und entlang einem Gehäuseboden geführt ist, die der Stellbewegung des Stellelementes entspricht. Auch das Stellelement ist in dem Führungsabschnitt angeordnet, sowie das Energiespeicherelement, welches zwischen dem Gehäuseboden und zumindest einem Rastelement des Steuerelementes vorgesehen ist. Dadurch ist eine kompakte Anordnung und ein konstruktiv einfacher Aufbau des Stellelementes sowie eine einfache Sicherungsfunktion gegeben. Durch die Entkopplung des Auslöseelementes zum Steuerelement nimmt das Steuerelement eine Steuerposition ein, ohne dass diese Steuerposition des Steuerelementes bei einer weiteren Ansteuerung des Stellelementes veränderbar ist. Vielmehr bleibt diese Steuerposition des Steuerelementes solange aufrechterhalten, bis durch einen Werker diese Steuerposition des Steuerelementes aktiv gelöst wird.
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Solche Anwendungsfälle finden insbesondere bei sicherheitsrelevanten Antrieben Einsatz, wie beispielsweise bei einem Rauchgasklappenantrieb, um im Brandfall eine geöffnete Position des Rauchgasklappenantriebes zu sichern, damit die Rauchgasklappe nicht aufgrund einer starken Lufteinströmung im Brandfall in eine Schließposition übergeführt wird, sondern offengehalten bleibt.
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Eine bevorzugte Ausführungsform des Stellantriebes sieht vor, dass das Auslöseelement durch eine lineare, schwenkbare oder rotatorische Verfahrbewegung zur Entkopplung des Steuerelementes ansteuerbar ist. In Abhängigkeit der zur Verfügung stehenden Bauraumgröße für das Gehäuse des Stellantriebes oder der zur Verfügung stehenden Länge für das Stellelement zur Erzeugung einer Stellbewegung kann beispielsweise eine lineare, eine schwenkbare oder eine rotatorische Verfahrbewegung des Auslöseelementes vorgesehen sein, um die Entkopplung oder Ansteuerung des Steuerelementes durch das Auslöseelement zu ermöglichen. Eine solche Verfahrbewegung kann auch in Abhängigkeit der Geometrie des Steuerelementes und/oder Auslöseelementes angepasst sein. Unter einer schwenkbaren Verfahrbewegung wird beispielsweise verstanden, dass das Auslöseelement um eine fixe Drehachse drehbar ist, so dass beispielsweise ein Hebel gegenüber dem Steuerelement wegbewegt wird, um die Entkopplung und daraufhin die Einnahme der Steuerposition des Steuerelementes zu bewirken. Unter der rotatorischen Verfahrbewegung kann verstanden werden, dass das Auslöseelement beispielsweise ringförmig ausgebildet ist, welches ein zylinderförmiges Stellelement umgibt und das Auslöseelement um eine Achse drehbar ist, welche der Längsachse des Steuerelementes entspricht. Auch dadurch kann eine Entkopplung bewirkt werden.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass die durch das Stellelement angesteuerte Verfahrbewegung des Auslöseelementes senkrecht zur Stellbewegung des Steuerelementes ist. Dadurch kann eine kompakte Bauweise erzielt werden. Zudem ist ein einfacher Auslösemechanismus ermöglicht, um ein schnelles Entkoppeln des Auslöseelementes zum Steuerelement zu erzielen.
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Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass an dem Auslöseelement und dem Steuerelement jeweils ein Rastelement und/oder Riegelelement vorgesehen ist, die bei der Einnahme der Ausgangsposition des Auslöseelementes und der Grundposition des Steuerelements ineinandergreifen. Dadurch kann das Steuerelement zunächst in einer vorgespannten Grundposition gehalten werden. Da das Kraftspeicherelement das Auslöseelement in der Ausgangsposition und das Energiespeicherelement das Steuerelement in der Grundposition positioniert, sind sowohl das Auslöseelement als auch das Steuerelement durch die Ausbildung der Rast- und/oder Riegelelemente zueinander gesichert gehalten, ohne dass eine weitere Aktivierung von weiteren Stellgliedern erforderlich ist.
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Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass nach dem einmaligen Ansteuern des Stellelementes durch eine Stellbewegung durch das Auslöseelement das Steuerelement in der Steuerposition durch das Energiespeicherelement gehalten ist. Das Energiespeicherelement kann beispielsweise als eine Schraubenfeder, als Tellerfedern oder sonstige Druckfedern ausgebildet sein. Diese stützt sich an einer Gehäusewand des Gehäuses einerseits und andererseits an dem Steuerelement, insbesondere dem Rast- und/oder Riegelelement, ab.
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Bevorzugt ist das Steuerelement als ein Druckstift ausgebildet. An diesem Druckstift ist zumindest ein Rastelement vorgesehen, welches beispielsweise als eine gegenüber der Mantelfläche des Druckstifts zumindest abschnittsweise hervorstehende oder vollständig umlaufende Schulter oder als ein radial hervorstehender Stift ausgebildet ist, an welcher einerseits das Energiespeicherelement angreifen kann und andererseits eine Ausfahrbewegung des Steuerelementes in die Steuerposition gegenüber einer Gehäusewand des Gehäuses gesperrt wird. Dadurch ist eine konstruktiv einfache Ausgestaltung ermöglicht.
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Das Steuerelement, welches vorzugsweise als Druckstift ausgebildet ist, wird bevorzugt durch eine Öffnung in der Gehäusewand geführt. Dadurch ist ein einfacher konstruktiver Aufbau gegeben und ein vollständiges Ausfahren des Druckstifts gesichert.
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Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Stellbewegung des Stellelementes durch eine Umgebungstemperatur nach dem Überschreiten einer Schalttemperatur oder durch eine Bestromung mit einer Steuerungseinrichtung angesteuert ist. Beim Einsatz des Stellelementes zur Sicherung von Rauchgasklappen ist bevorzugt vorgesehen, dass das Stellelement beim Überschreiten einer bestimmten Temperatur, wie beispielsweise einer Auslösetemperatur von mindestens 80 °C, eine Stellbewegung durchführt und aktiviert wird. Alternativ oder zusätzlich kann mittels einer Steuerungseinrichtung eine Bestromung des Stellelementes erfolgen, wobei diese Steuerungseinrichtung ebenfalls Sensoren aufweisen kann, um bestimmte Betriebsbedingungen zu erfassen, um daraufhin das Stellelement anzusteuern. Auch kann der Widerstand des Stellelementes zur Erfassung von Betriebszuständen verwendet werden.
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Bevorzugt ist das Steuerelement in einer Grundposition im Gehäuse oder bündig zum Gehäuse vorgesehen und ragt in einer Steuerposition gegenüber einer Gehäusewand hervor. Alternativ kann das Steuerelement auch in einer Grundposition zumindest geringfügig über das Gehäuse hinausragen, um die Steueraufgabe zu erfüllen.
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Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen derselben werden im Folgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Beispiele näher beschrieben und erläutert. Die der Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmenden Merkmale können einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination erfindungsgemäß angewandt werden. Es zeigen:
- 1 eine schematische Ansicht auf den erfindungsgemäßen Stellantrieb,
- 2 eine schematische Schnittansicht des Stellantriebes entlang der Linie I-I in 1 in einer Ausgangsposition,
- 3 eine schematische Schnittansicht des Stellantriebes entlang der Linie I-I gemäß 1 in einer Steuerposition,
- 4 eine schematische Ansicht auf eine nicht zur Erfindung gehörende Ausführungsform des Stellantriebs zu 1,
- 5 eine schematische Schnittansicht des Stellantriebes gemäß 4,
- 6 eine schematische Ansicht auf den Stellantrieb gemäß 4 in einer Steuerposition, und
- 7 eine schematische Ansicht des nicht zur Erfindung gehörenden Stellantriebes an einem teilweise dargestellten Rauchgasklappenantrieb.
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1 zeigt eine schematische Ansicht auf einen Stellantrieb 11 zur Ansteuerung einer Stellbewegung eines Steuerelementes 12. Der Stellantrieb 11 umfasst ein Gehäuse 14, in welchem eine Ausnehmung 16 zur Aufnahme eines Kraftspeicherelementes 17 vorgesehen ist. Des Weiteren ist in dem Gehäuse 14 ein Führungsabschnitt 18 vorgesehen, der sich an die Ausnehmung 16 anschließt in welchem ein Auslöseelement 19 verfahrbar geführt ist. An einem festen Ende des Gehäuses 14 ist ein Stellelement 21 angeordnet, welches gegenüberliegend an dem Auslöseelement 19 angreift. Das Stellelement 21 ist bevorzugt aus einem Draht aus einer Formgedächtnislegierung ausgebildet und kann beispielsweise am jeweiligen Ende eine Crimpung 22 aufweisen, so dass das Stellelement 21 über einen im Gehäuse 14 angeordneten Schlitz 23 in einem ersten Gehäuseabschnitt 20 und über einen in dem Auslöseelement 19 angeordneten Schlitz 23 in einfacher Weise eingehängt und befestigt werden kann. Zwischen dem ersten Gehäuseabschnitt 20 des Gehäuses 14 und dem Auslöseelement 19 wirkt das Kraftspeicherelement 17, so dass das Auslöseelement 19 sich an einem gegenüberliegenden Gehäuseabschnitt 25 des Gehäuses 14 abstützt oder zumindest zur Anlage an dem Steuerelement 12 kommt.
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Das Auslöseelement 19 ist in dem Führungsabschnitt 18 einerseits und gegenüberliegend entlang einer Gehäusewand 26, welche beispielsweise durch einen Gehäusedeckel gebildet sein kann, geführt. Das Auslöseelement 19 wird bei einer Stellbewegung des Stellelementes 21 entlang des Pfeiles 30 innerhalb dem Gehäuse 14 in einer ersten Bewegungsrichtung verfahren. Dabei arbeitet das Stellelement 21 gegen das Kraftspeicherelement 17, wobei das Kraftspeicherelement 17 derart ausgelegt ist, dass eine Stellbewegung erst beim Überschreiten einer vorbestimmten Kraft ausgeführt wird.
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Das Steuerelement 12 ist bevorzugt als Druckstift ausgebildet. Die Längsachse des Druckstiftes ist vorzugsweise rechtwinklig zur Stellbewegung gemäß Pfeil 30 ausgebildet, das heißt, dass die Ausfahrbewegung des Steuerelementes 12 in Richtung des Pfeiles 31 erfolgt.
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Bei der in 2 dargestellten Schnittansicht ist das Auslöseelement 19 in einer Ausgangsposition 27 und das Steuerelement 12 in einer Grundposition 29 angeordnet. Diese Grundposition 29 des Steuerelements 12 wird dadurch eingenommen, dass das an dem Steuerelement 12 angeordnete Rastelement 33 an einem an dem Auslöseelement 18 angeordneten Rastelement 28, welches beispielsweise als eine Schulter ausgebildet ist, angreift und dieses Steuerelement 12 in der Grundposition 29 hält. Das Rastelement 33 des Steuerelementes 12 kann als teilweise oder abschnittsweise umlaufende Schulter oder auch als vollständig umlaufende Schulter ausgebildet sein. Eine Ausfahrbewegung des Steuerelementes 12 wird durch das Auslöseelement 19 gesperrt.
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Zwischen der Gehäusewand 26, die insbesondere einen Gehäuseboden bilden kann, und dem zumindest einen Rastelement 33 des Steuerelementes 12 ist ein Energiespeicherelement 36 angeordnet, welches in der Grundposition 29 des Steuerelementes 12 vorgespannt gehalten ist.
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Das Steuerelement 12 kann mit einer Stirnseite 37 bündig zur Gehäusewand 34 angeordnet sein. Alternativ kann die Stirnseite 37 des Steuerelementes 12 auch gegenüber der Gehäusewand 34 hervorragen. Bevorzugt geht die Stirnseite 37 mittels einer Abrundung in einen zylindrischen Abschnitt des Druckstiftes über. Des Weiteren kann die Stirnseite 37 bzw. ein Übergangsbereich zum zylindrischen Stift in Form eines Konus oder dergleichen vorgesehen sein.
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In 3 ist der Stellantrieb 11 in einer entriegelten Position dargestellt, das heißt, das Steuerelement 12 ist gegenüber der in 2 dargestellten Grundposition 29 ausgefahren und nimmt eine Steuerposition 39 ein. Dabei wird die Ausfahrbewegung des Steuerelementes 12 durch dessen Rastelement 33 begrenzt, welches an einer Innenseite der Gehäusewand 34 benachbart zur Öffnung 35 in der Gehäusewand 34 angreift, durch welche das Steuerelement 12 herausragt. In dieser Steuerposition 39 sind das Rastelement 28 des Auslöseelementes 19 und das Rastelement 33 des Steuerelementes 12 zueinander entkoppelt. Durch die einseitige Beaufschlagung der Vorspannkraft des Energiespeicherelementes 36 auf das Steuerelement 12 verbleibt dieses in der Steuerposition 39.
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Die Ansteuerung des Stellantriebes 11 zum Überführen des Steuerelementes 12 aus einer Grundposition 29 in die Steuerposition 39 erfolgt folgendermaßen:
- Sobald eine Schalttemperatur des Stellelementes 21 überschritten wird, erfolgt eine durch das Stellelement 21 bewirkte Stellbewegung auf das Auslöseelement 19. Die Erzeugung einer Stellbewegung des Stellelementes 21 kann auch durch eine Steuerungseinrichtung aufgrund einer Bestromung des Stellelementes 21 angesteuert werden. Das Stellelement 21 bewirkt eine Verfahrbewegung des Auslöseelementes 19 in die Richtung gemäß Pfeil 30 in die Entriegelungsposition 38, wodurch das Rastelement 28 des Auslöseelementes 19 außer Eingriff zum Rastelement 33 des Steuerelementes 12 kommt. Dadurch findet eine Entkopplung zwischen dem Auslöseelement 19 und dem Steuerelement 12 statt.
- Aufgrund der vorgespannten Anordnung des Energiespeicherelementes 36 wird das Steuerelement 12 durch die Öffnung 35 in der Gehäusewand 34 in Richtung des Pfeiles 31, also in einer um 90° gegenüber der Stellbewegung des Auslöseelementes 19 versetzten Richtung, ausgefahren, bis die Rastelemente 33 die Ausfahrbewegung des Steuerelementes 12 gegenüber dem Gehäuse 14 stoppen. Das Energiespeicherelement 36 hält das Steuerelement 12 aufgrund der noch verbleibenden Vorspannkraft in dieser Steuerposition 39, so dass diese gesichert eingenommen ist und aufrechterhalten bleibt.
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In dieser Steuerposition 39 des Steuerelementes 12 kann das Auslöseelement 19 auch nicht in die Ausgangsposition 27 durch das Kraftspeicherelement 17 zurückgeführt werden, da ein Stirnabschnitt 24, welcher gegenüber dem Rastelement 28 am Auslöseelement 19 hervorsteht, an dem Steuerelement 12, insbesondere dem Rastelement 33 des Steuerelementes 12, anliegt, ohne dass es das Rastelement 33 hintergreifen kann. Dadurch ist das Steuerelement 12 nach Einnahme der Steuerposition 39 irreversibel in der Steuerposition 39 angeordnet.
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In 4 ist eine schematische Ansicht eines alternativen Stellantriebes 11 zur Ansteuerung einer Stellbewegung des Steuerelementes 12 zu 1 dargestellt. Der Aufbau und die Funktionsweise entsprechen dem in 1, so dass darauf Bezug genommen wird. Nachfolgend wird auf die Unterschiede eingegangen. Das Auslöseelement 19 ist anstelle eines Schiebers gemäß 1, der in dem Führungsabschnitt 18 linear bewegbar geführt ist, als ein schwenkbares Auslöseelement 19, beispielsweise in Form eines Hebel 51, ausgebildet, der um eine fest mit dem Gehäuse 14 verbundenen Lagerstelle 52 drehbar gelagert ist. Beispielsweise greift an dem kürzeren Arm 53 des Hebels 51 ein Ende des Stellelementes 21 an. Das gegenüber liegende Ende des Stellelements 12 ist in Analogie zu 1 am Gehäuseabschnitt 20 angeordnet. Dem kurzen Hebelarm 53 gegenüber liegend erstreckt sich ein langer Arm 54 des Hebels 51. In einer Ausgangsposition 27 des Auslöseelementes 19 greift dieses mit dem langen Hebelarm 54 an dem Steuerelement 12 an und fixiert das Steuerelement 12 in der Grundposition 29. Dabei greift der Abschnitt des langen Hebelarms 54, welcher als Rastelement 28 ausgebildet ist, in ein als Vertiefung ausgebildetes Rastelement 33 des Steuerelementes 12 ein.
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Sobald nun das Stellelement 21 aufgrund einer Schalttemperatur oder Bestromung oder aufgrund der Erfassung der Änderung des Widerstands des Stellelementes 21 angesteuert wird, kann dieses aus der Ausgangsposition 27 in eine Entriegelungsposition 38 übergeführt werden, wie diese in 6 bezüglich des Auslöseelementes 19 dargestellt ist, so dass das Steuerelement 12 aus dem Gehäuse 14 heraus bewegt wird, wie dies in 3 dargestellt ist. Durch die Ansteuerung des Stellelementes 21 wird das Auslöseelement 19 zum Steuerelement 12 entkoppelt, so dass die Rastelemente 28, 33 zueinander frei werden. Die Ausfahrbewegung des Steuerelementes 12 wird durch Riegelelemente 56 gesichert, die den Rastelementen 33 entsprechen können. Bei dieser Ausführungsform kann beispielsweise das Energiespeicherelement 36 in einer Ausnehmung innerhalb des Steuerelementes 12 angeordnet sein.
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Die Länge der Gehäuse 14 für die vorgenannten Ausführungsbeispiele bestimmt sich im Wesentlichen durch den Stellweg des Auslöseelementes 19 aus einer Ausgangsposition 27 in eine Entriegelungsposition 38, damit das Auslöseelement 19 gegenüber dem Steuerelement 12 frei wird beziehungsweise sogar entkoppelt ist. Der Stellweg bestimmt wiederum die erforderliche Länge des Stellelementes 21, um den Stellweg zu erzeugen.
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In 7 ist eine schematische Ansicht auf einen teilweise dargestellte Rauchgasklappenantrieb 41 dargestellt, an welchem der Stellantrieb 11 gemäß den 1 bis 3 angeordnet ist. Von dem Rauchgasklappenantrieb 41 ist lediglich eine Gehäusewand 42 sowie dieser Gehäusewand 42 zugeordnete Abtriebsräder 43 dargestellt, welche die Stellung einer Rauchgasklappe 46 in einem Rauchgasrohr einstellt. Das Abtriebsrad 43 weist beispielsweise Durchbrechungen 45 auf, die in der Größe daran angepasst sind, dass ein Steuerelement 12 des Stellantriebes 11 zu Sperrung einer Drehbewegung des Abtriebsrades 43 darin eingreifen kann. Sofern nun beispielsweise ein Brandfall eintritt und die Umgebungstemperatur eine vorgegebene Schalttemperatur übersteigt, löst der Stellantrieb 11 aus, wodurch das Steuerelement 12 in die Steuerposition 39 übergeführt wird und in dieser Steuerposition 39 in eine Durchbrechung 45 des Abtriebsrades 43 eingreift. Dadurch wird eine weitere Drehbewegung der Abtriebsräder 43 zur Drehung der Rauchgasklappe 46 gesperrt und die geöffnete Position der Rauchgasklappe 46 gesichert.
