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Die Erfindung betrifft eine Handbetätigungseinrichtung für die Betätigung einer Absperrarmatur mit einem Kupplungselement zur drehfesten Kupplung mit einer Betätigungswelle der Absperrarmatur unter Ausbildung einer Betätigungsachse, wobei das Kupplungselement starr mit einem Handhebel verbunden ist, mit dem das Kupplungselement um die Betätigungsachse verdrehbar ist, und wobei die Handbetätigungseinrichtung eine Rückstelleinrichtung mit einer Rückstellfeder aufweist, welche mit einem Federende – direkt oder indirekt – am Handhebel und mit dem anderen Federende an einem ersten Ende eines Verbindungselements festgelegt ist, dessen zweites Ende mit einem an der Absperrarmatur derart befestigbaren Fixierelement derart verbunden ist, dass die Rückstellfeder bei einer Relativbewegung zwischen Handhebel und Fixierelement in einer ersten Richtung gespannt wird und in einer zweiten Richtung entspannt wird. Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Absperrarmatur mit der oben genannten Handbetätigungseinrichtung.
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Insbesondere an den Ausflussöffnungen von Behältern und Leitungen werden handbetätigte Absperrarmaturen vorgesehen, die selbstschließend ausgebildet sind, damit nur dann das in der Leitung bzw. in dem Behälter vorhandene Fluid austritt, wenn die Bedienungsperson die Absperrarmatur offen hält. Dies gilt insbesondere für den Fall, dass in der Leitung bzw. in dem Behälter explosive oder hochgiftige Fluide enthalten sind, die beim Ab- oder Umfüllen Dämpfe erzeugen können, die eine Bedienungsperson so beeinträchtigen, dass die Gefahr besteht, dass die Absperrarmatur nicht mehr in die geschlossene Stellung zurückbewegt wird und folglich unkontrolliert weiter Fluid ausströmt. Dabei ist unter einer Absperrarmatur ein Ventil zu verstehen, das ein darin angeordnetes Sperrelement aufweist, das drehfest mit einer Betätigungswelle verbunden ist, welches ein aus dem Armaturengehäuse herausragendes Kupplungsende aufweist, über das das Sperrelement aus einer Schließstellung in eine Offenstellung und umgekehrt bewegt werden kann.
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Selbstschließende Absperrarmaturen haben eine Handbetätigungseinrichtung, die ein Kupplungselement aufweist, das komplementär zu dem Kupplungsende der Betätigungswelle ausgebildet ist, so dass Kupplungselement und Kupplungsende eine drehfeste Kupplung zwischen Absperrarmatur und Handbetätigungseinrichtung herstellen. Das Kupplungselement der Handbetätigungseinrichtung ist starr mit einem Handhebel verbunden, mit dem das Kupplungselement und damit das Sperrelement der Absperrarmatur um die Betätigungsachse verdrehbar ist. Die Handbetätigungseinrichtung hat eine Rückstelleinrichtung mit einer Rückstellfeder, welche beim Öffnen des Sperrelements gespannt wird und derart ausgelegt ist, dass beim Loslassen des Handhebels ein selbsttätiges Schließen des Sperrelements bewirkt wird. Absperrarmaturen mit solchen Handbetätigungseinrichtungen sind beispielsweise der
DE 35 03 077 C1 und der
EP 0 645 567 B1 zu entnehmen.
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Eine Handbetätigungseinrichtung der eingangs genannten Art bietet die ACG Automation Center Germany GmbH & Co. KG an. Bei dieser Handbetätigungseinrichtung ist die Rückstellfeder als Schraubenfeder ausgebildet und in den Handhebel eingebaut. Die Schraubenfeder ist durchsetzt von einem als Verbindungsstange ausgebildeten Verbindungselement, das sich mit seinem ersten Ende an dem radial außenliegenden Ende der Schraubenfeder abstützt und dessen zweites Ende mit einem Fixierelement verbunden ist, das an der Absperrarmatur fixierbar ist. Die Verbindungsstange ist gelenkig mit dem Fixierelement derart gekuppelt, dass die Rückstellfeder bei einer Bewegung des Handhebels in der vorgesehenen Öffnungsrichtung der Absperrarmatur gespannt wird. Die Kraft der Rückstellfeder ist so bemessen, dass der Handhebel, wenn er losgelassen wird, und damit das Sperrelement der Absperrarmatur wieder in die Ausgangsstellung zurückschwenkt und folglich die Absperrarmatur selbsttätig geschlossen wird.
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Die vorbeschriebene Handbetätigungseinrichtung hat den Nachteil, dass sie bauaufwändig ist und der Kraftangriff an die Rückstellfeder mit zunehmendem Öffnungswinkel ungünstiger wird, was zu Verklemmungen innerhalb des Handgriffs führen kann. Außerdem liegen die Verbindungsstange und der Innenraum des Handgriffs offen und sind damit Umwelteinflüssen ausgesetzt. Sie unterliegen deshalb in erhöhtem Maße Korrosion und Verschmutzungen. Darüber hinaus besteht für die Bedienungsperson auch die Gefahr, dass beim Zurückschwenken des Handhebels in die Ausgangsstellung Finger zwischen dem ventilseitigen Ende des Handgriffs und dem Fixierelement einklemmen, d.h. es besteht Unfallgefahr.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Handbetätigungseinrichtung sowie eine Absperrarmatur mit einer solchen Handbetätigungseinrichtung bereitzustellen, die wesentlich günstigere Voraussetzungen hinsichtlich der Kinematik der Rückstelleinrichtung bietet. Eine weitere Aufgabe besteht darin, den Schutz vor Umwelteinflüssen zu verbessern und Unfallgefahren zu minimieren.
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Die vorgenannte Aufgabe wird wenigstens zum Teil schon dadurch gelöst, dass das Verbindungselement zumindest in einem dem Fixierelement benachbarten Endabschnitt als nicht starrer Verbindungsstrang ausgebildet ist, und dass das Fixierelement ein Bogenelement mit einem Bogenumfang aufweist, der derart angeordnet und ausgebildet ist, dass sich der Verbindungsstrang bei einer Relativbewegung zwischen Handhebel und Fixierelement in der einen Richtung auf den Bogenumfang aufwickelt und hierdurch die Rückstellfeder gespannt wird und in der anderen Richtung von dem Bogenumfang abwickelt und hierdurch die Rückstellfeder entspannt wird.
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Grundgedanke der Erfindung ist die besondere Kopplung zwischen Verbindungselement und Fixierelement. Sie besteht darin, dass das Fixierelement mit einem Bogenelement versehen ist, auf dessen Bogenumfang sich das hierfür besonders gestaltete Verbindungselement bei Bewegung des Handhebels relativ zu dem Fixierelement in der einen Richtung aufwickelt und in der anderen Richtung von dem Bogenumfang abwickelt. Hierzu ist das Verbindungselement zumindest in dem Bereich, der bei der Bewegung des Handhebels zwischen seinen beiden Endstellungen mit dem Bogenumfang des Bogenelements in Kontakt kommt, als nicht starrer Verbindungsstrang ausgebildet ist. Dabei ist unter „nicht starr“ die Eigenschaft zu verstehen, dass der Verbindungsstrang sich an den Bogenumfang beim Bewegen des Handhebels (in montiertem Zustand) in Öffnungsrichtung an den Bogenumfang anlegen kann. Die erfindungsgemäße Ausbildung der Verbindung zwischen Verbindungselement und Fixierelement hat den Vorzug, dass eine wesentlich günstigere Krafteinwirkung auf die Rückstellfeder erzielbar ist und dass eine Kapselung der Kinematik wesentlich einfacher möglich ist, sodass sie vor Korrosion und Verschmutzung geschützt werden kann und die Unfallgefahr reduziert wird.
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Der Grundgedanke der Erfindung ist nicht beschränkt auf eine Handbetätigungseinrichtung, die ein Selbstschließen der Absperrarmatur bewirkt, sondern umfasst auch eine Handbetätigungseinrichtung, die derart mit der Absperrarmatur verbunden wird, dass sich die Absperrarmatur in Offenstellung befindet, wenn die Handbetätigungseinrichtung ihre Ausgangsstellung einnimmt. Bei Betätigung der Handbetätigungseinrichtung gegen die Wirkung der Rückstellfeder wird also die Betätigungswelle der Absperrarmatur in Richtung Schließstellung bewegt mit der Folge, dass beim Loslassen der Handbetätigungseinrichtung die Betätigungswelle wieder in die Öffnungsstellung rückgestellt wird. Dies kann für Sonderfälle erwünscht sein.
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Der Verbindungsstrang kann beispielsweise als biegsames Kunststoff- oder Metallband ausgebildet sein. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Verbindungsstrang als insbesondere Rollenkette ausgebildeter Kettenabschnitt oder als Zahnriemen ausgebildet ist und der Bogenumfang eine dazu passende Verzahnung aufweist. Auf diese Weise verteilen sich die Kräfte auf umso mehr Zähne, je größer die auf das Verbindungselement wirkende, von der Rückstellfeder ausgehende Kraft ist.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Bogenumfang Kreisform bzw. Kreissegmentform hat, und zwar vorzugsweise so, dass der Bogenumfang konzentrisch zur Betätigungsachse verläuft. Dabei sollte das Bogenelement derart angeordnet sein, dass die Längsachse der Rückstellfeder in allen Stellungen des Handhebels relativ zu dem Fixierelement tangential in den Bogenumfang einläuft. Auf diese Weise wird vermieden, dass sich das Verbindungselement zur Längsachse der Rückstellfeder schräg stellen kann. Der Kraftangriff an der Rückstellfeder erfolgt also in deren Längsachse, was die Gefahr der Verklemmung im Handgriff deutlich reduziert.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Handhebel mit einem Kupplungsgehäuse verbunden ist, wobei die Innenräume des Handhebels und des Kupplungsgehäuses einen geschlossenen Raum bilden, in dem auch das Bogenelement gekapselt ist. Damit sind die Kinematik und die Rückstellfeder gegen Korrosion und Verschmutzung geschützt. Außerdem besteht nicht die Gefahr des Einklemmens von Fingern zwischen zwei sich zueinander bewegenden Teilen der Handbetätigungseinrichtung.
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Das Kupplungsgehäuse ist zweckmäßigerweise so gestaltet, dass es kupplungselementseitig teilweise von dem Fixierelement gebildet ist. Hierzu kann das Fixierelement einen Fixierring aufweisen, der an der Absperrarmatur fixierbar ist und an seinem Außenumfang in dem übrigen Teil des Kupplungsgehäuses um die Betätigungsachse verdrehbar gelagert ist. Auch am Innenumfang kann der Fixierring gegenüber dem Kupplungselement verdrehbar gelagert sein. Das Bogenelement ist an dem Fixierring zweckmäßig im Inneren des Kupplungsgehäuses befestigt.
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Das Kupplungsgehäuse kann zudem dazu genutzt werden, Anschläge zur Begrenzung der Beweglichkeit des Fixierelements relativ zu dem Kupplungsgehäuse vorzusehen.
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Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, das gesamte Verbindungselement als nicht starrer Verbindungsstrang auszubilden. Zweckmäßigerweise sollte sich jedoch an dem Verbindungsstrang rückstellfederseitig eine Verbindungsstange anschließen, so dass sich der Verbindungsstrang auf den Endbereich beschränkt, der sich bei der Bewegung des Handhebels zwischen den beiden Endlagen in Kontakt mit dem Bogenumfang gebracht wird.
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Die Rückstellfeder kann in an sich bekannter Weise als Schraubenfeder ausgebildet sein, die zweckmäßigerweise in dem Handhebel angeordnet ist, und zwar vorzugsweise koaxial zu dessen Längsachse. In diesem Fall kann das Verbindungselement die Rückstellfeder durchsetzen und sich an deren radial äußeren Ende abstützen. Geeignet sind auch andere Federarten, z.B. Gasfedern. Vorzugsweise ist an der Abstützung zwischen Verbindungselement und Rückstellfeder eine Einstelleinrichtung zur Einstellung der Federspannung der Rückstellfeder angeordnet und das freie Ende des Handhebels derart von außen öffenbar, dass die Verstelleinrichtung zumindest mit einem Werkzeug zum Zwecke der Einstellung zugänglich ist. Auf diese Weise kann die Federvorspannung an den Drehwiderstand des Sperrelements der Absperrarmatur dergestalt angepasst werden, dass hinreichend Federkraft bereitgestellt wird, um beim Loslassen des Handhebels in der Offenstellung ein selbsttätiges Schließen der Absperrarmatur gewährleistet ist.
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Gegenstand der Erfindung ist ferner eine selbstschließende oder selbstöffnende Absperrarmatur gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 16, die mit einer Handbetätigungseinrichtung der vorbeschriebenen Art versehen ist, indem deren Fixierelement an dem Armaturengehäuse befestigt ist.
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In der Zeichnung ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher veranschaulicht. Es zeigen:
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1 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Handbetätigungseinrichtung mit dessen Unterseite nach oben;
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2 eine Draufsicht auf die Unterseite der Handbetätigungseinrichtung gemäß 1;
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3 eine Stirnseitenansicht der Handbetätigungseinrichtung gemäß den 1 und 2;
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4 einen Längsschnitt durch die Handbetätigungseinrichtung gemäß den 1 bis 3 in der Ebene A-A in 1;
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5 einen Querschnitt durch die Handbetätigungseinrichtung den 1 bis 4 in der Ebene B-B in 2 (gegenüber 2 vergrößert);
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6 einen Längsschnitt durch die Handbetätigungseinrichtung gemäß den 1 bis 5 in der Ebene A-A in 1 mit im Unterschied zu 4 gespannter Rückstellfeder.
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Die in den Figuren dargestellte Handbetätigungseinrichtung 1 weist ein im Umriss im Wesentlichen rechteckiges Kupplungsgehäuse 2 und ein daran seitlich anschließenden, im Querschnitt kreisförmigen Handhebel 3 auf, der mit dem Kupplungsgehäuse 2 starr verbunden ist.
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Wie insbesondere aus den 4 und 6 zu ersehen ist, ist innerhalb des Handhebels 3 eine Schraubenfeder 4 angeordnet, deren äußerer Umfang bis auf ein geringes Spiel dem Innenumfang des Handhebels 3 entspricht, so dass die Schraubenfeder 4 in dem Handhebel 3 geführt ist. Die Schraubenfeder 4 wird von einem Verbindungselement 5 in konzentrischer Anordnung durchsetzt. Das Verbindungselement 5 besteht aus einer in der Schraubenfeder 4 verlaufenden Verbindungsstange 6 und kupplungsgehäuseseitig aus einem an die Verbindungsstange 6 anschließenden, als Rollenkette ausgebildeten Kettenabschnitt 7.
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Die Verbindungsstange 6 hat ein Außengewinde 8. Mit dem freien Ende durchsetzt die Verbindungsstange 6 einen im Handhebel 3 verschieblich geführten Stützring 9, der mittels einer auf das freie Ende der Verbindungsstange 6 aufgeschraubten Spannmutter 10 gegen die Schraubenfeder 4 verspannt ist. Die Schraubenfeder 4 stützt sich am anderen Ende auf einer Stützhülse 11 und darüber an dem Kupplungsgehäuse 2 ab. Das freie Ende des Handhebels 3 ist mit einer Verschlussschraube 12 verschlossen, die einen Innensechskant 13 aufweist, der eine Entfernung der Verschlussschraube 12 mithilfe eines geeigneten Werkzeuges ermöglicht. Nach Herausnahme der Verschlussschrauben 12 kann die Vorspannung der Schraubenfeder 4 durch entsprechende Verdrehung der Spannmutter 10 eingestellt werden.
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Das Kupplungsgehäuse 2 weist ein spanabhebend bearbeitetes Formteil 14 auf, in das eine halbkreisförmige Vertiefung 15 eingeformt ist. Die Vertiefung 15 wird obenseitig durch eine Deckplatte 16 abgedeckt. In das Formteil 14 ist ferner ein Innenvierkant 17 eingeformt, der zur Unterseite des Kupplungsgehäuses 2 hin offen ist und als Kupplungselement geeignet ist, auf ein aus einer Absperrmarmatur herausragendes, als Außenvierkant komplementär ausgebildetes Kupplungsende aufgesetzt zu werden, um eine drehfeste Verbindung zwischen Handbetätigungseinrichtung 1 und Betätigungswelle der Absperrarmatur unter Bildung einer Betätigungsachse 18 herzustellen.
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Auf der der Deckplatte 16 abgewandten Seite (Unterseite) ist das Kupplungsgehäuse 2 durch einen Fixierring 19 geschlossen, der in dem Kupplungsgehäuse 2 drehbar gelagert ist, und zwar an seiner Innenseite über ein Gleitlager 20 konzentrisch zur Betätigungsachse 18 und an einer Außenseite durch ein Führungsband 21 geführt. O-Ringe 22, 23 am Gleitlager 20 einerseits und am Führungsband 21 andererseits sorgen für eine Abdichtung des Innenraums des Kupplungsgehäuses 2 und damit auch des Handhebels 3. Der Fixierring 19 bildet mit seiner Außenseite eine Schnittstelle für die Verbindung mit der Absperrarmatur und weist hierfür vier Schraubenlöcher 24, 25, 26, 27 über den Umfang verteilt auf (vgl. 2).
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An der Innenseite ist an dem Fixierring 19 ein Bogenelement 28 in Form eines Viertelkreissegments mittels zweier Schrauben 29, 30 befestigt. An dessen Bogenumfang ist eine Verzahnung 31 eingeformt, deren Zahnteilung zu der Teilung der Kettenglieder des Kettenabschnitts 7 passt. In die Verzahnung 31 fasst der Kettenabschnitt 7 ein, so dass eine formschlüssige Verbindung zwischen Verbindungselement 5 und dem Bogenelement 28 und damit auch mit dem Fixierring 19 besteht. Das Bogenelement 28 ist in Bezug auf die Längsachse des Handhebels 3 so angeordnet, dass dessen Längsachse immer tangential an dem Bogenumfang anliegt, so dass der noch nicht aufgewickelte Teil des Kettenabschnitts 7 und die Verbindungsstange 6 bis zu der in 6 dargestellten Endstellung immer in der Längsachse des Handhebels 3 verbleiben.
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Die Montage der Handbetätigungseinrichtung 1 auf einer Absperrarmatur erfolgt in der Weise, dass die Handbetätigungseinrichtung 1 mit ihrer Unterseite so auf die Absperrarmatur aufgesetzt wird, dass das Kupplungsende der Betätigungswelle der Absperrarmatur in den Innenvierkant 17 formschlüssig einfasst. Der Fixierring 19 wird mit dem Armaturengehäuse der Absperrarmatur verschraubt, so dass er fest mit der Absperrarmatur verbunden ist. Dies geschieht bei Schließstellung der Absperrarmatur, wobei die Handbetätigungseinrichtung 1 die in den 1 bis 5 dargestellte Position einnimmt. Die Spannung der Schraubenfeder 4 ist so eingestellt, dass zum Öffnen der Absperrarmatur ein nicht unerheblicher Widerstand zu überwinden ist, als eine Restkraft wirksam ist. Dabei bildet das Kupplungsgehäuse 2 einen ersten Anschlag 32 für das Bogenelement 28.
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Zum Öffnen des Sperrelements der Absperrarmatur wird der Handhebel 3 in der Darstellung gemäß 4 entgegen dem Uhrzeigersinn (Pfeil C) verschwenkt. Der Handhebel 3 nimmt das Kupplungsgehäuse 2 mit und damit auch den Innensechskant 13. Über die Betätigungswelle der Absperrarmatur erfolgt darüber das Öffnen des Sperrelements innerhalb der Absperrarmatur. Der Kettenabschnitt 7 wickelt sich nach und nach auf die Verzahnung 31 des Bogenumfangs des Bogenelements 28, wobei der Eingriff der Kettenglieder des Kettenabschnitts 7 mit der Verzahnung 31 immer größer wird, d.h. es kommen immer mehr Zähne der Verzahnung 31 in Eingriff mit dem Kettenabschnitt 7. Dadurch, dass die Vertiefung 15 des Formteils 14 einen Bogenabschnitt 33 aufweist, der an den Bogenumfang des Bogenelements 28 angepasst ist, kann der Kettenabschnitt 7 nicht aus der Verzahnung 31 herausspringen, d.h. er wird an dem Bogenabschnitt 33 außenseitig geführt.
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6 zeigt die Endstellung der Handbetätigungseinrichtung 1 nach einer Verschwenkung des Handhebels 3 um 90°. Es ist zu erkennen, dass der Kettenabschnitt 7 praktisch vollständig auf das Bogenelement 28 aufgewickelt ist. Die Folge davon ist, dass die Schraubenfeder 4 nunmehr sehr stark komprimiert ist. Entsprechend hoch ist das auf den Handhebel 3 wirkende Rückstellmoment. Das Sperrelement in der Absperrarmatur ist nun vollständig offen. Dabei liegt das Bogenelement 28 an einem weiteren Anschlag 34 des Kupplungsgehäuses 2 an.
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Wird der Handhebel 3 – aus welchen Gründen auch immer – losgelassen, schwenken das Kupplungsgehäuse 2 und der Handhebel 3 im Uhrzeigersinn unter Entspannung der Schraubenfeder 4 wieder in die in 4 dargestellte Ausgangsstellung zurück. Die von der Schraubenfeder 4 ausgeübte Kraft ist dabei so groß, dass sie den Drehwiderstand der Betätigungswelle und des Sperrelements in der Absperrarmatur bis zur Rückstellung um 90°, d.h. bis zu der in 4 dargestellten Position, überwindet, wobei die Restkraft in dieser Position noch so stark ist, dass auf jeden Fall gewährleistet ist, dass das Sperrelement in der Absperrarmatur von selbst geschlossen wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3503077 C1 [0003]
- EP 0645567 B1 [0003]
