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Die Erfindung betrifft eine Stellantriebseinheit zum Bewegen eines Absperrelements für ein Fluid, insbesondere einer Brandschutzklappe, umfassend einen Motor und eine durch den Motor antreibbare Abtriebswelle mit zwei Enden, die wahlweise mit dem Absperrelement koppelbar sind, wobei ein Drehsinn des Absperrelements durch Wahl eines mit dem Absperrelement zu koppelnden Endes bei einer Drehung der Stellantriebseinheit um 180° um eine Drehachse vorgebbar ist. Daneben betrifft die Erfindung eine Stellantriebseinrichtung und eine Anordnung mit einem Absperrelement für ein Fluid.
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Derartige Stellantriebseinheiten sind allgemein bekannt. Da insbesondere auf dem Gebiet der Lüftungsklappen für den Brandschutz keine Norm existiert, die den Drehsinn eines solchen Absperrelements, also ob es im oder gegen den Uhrzeigersinn zu schließen ist, vorgibt, ist die Stellantriebseinheit so konstruiert, dass beide Enden einer Abtriebswelle zugänglich und mit dem Absperrelement verbindbar sind. So kann durch eine entsprechende Montageausrichtung der Drehsinn vorgegeben werden. Mögliche Montageausrichtungen ergeben sich dabei durch eine 180-Grad-Drehung der Stellantriebseinheit.
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Bekannte Stellantriebseinheiten weisen ein fest installiertes Kabel auf, über das ein Motor zum Antreiben der Abtriebswelle elektrisch versorgt wird. Je nach technischen oder klimatischen Einsatzbedingungen hat das Kabel ein vorgegebenes Anforderungsprofil zu erfüllen. Da das Kabel fest installiert ist, muss folglich für jedes Anforderungsprofil eine eigene Stellantriebseinheit produziert werden. Dies ist aufwendig und nur wenig benutzerfreundlich.
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Der Erfindung liegt mithin die Aufgabe zugrunde, Nachteile bekannter Stellantriebseinheiten zu überwinden, insbesondere eine aufwandsärmer zu produzierende und benutzerfreundlichere Möglichkeit zum Bewegen eines Absperrelements mittels einer Stellantriebseinheit anzugeben.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einer Stellantriebseinheit der eingangs genannten Art vorgesehen, dass die Stellantriebseinheit zwei Kontaktanordnungen umfasst, die zueinander bezüglich der Drehung um eine der Drehachse entsprechenden oder zur Drehachse parallelen Symmetrieachse rotationssymmetrisch sind, wobei der Motor über jede Kontaktanordnung mit elektrischer Energie versorgbar ist.
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Die Erfindung beruht auf der Überlegung, dass bei herkömmlichen Stellantriebseinheiten vorgesehene Kabel durch zueinander symmetrische Kontaktanordnungen zu ersetzen, um die Vorgebbarkeit des Drehsinns des Absperrelements durch die Drehung der Stellantriebseinheit zu erhalten. Bei der Drehung der Stellantriebseinheit muss eine Anschlusseinheit mit einer zu einer jeweiligen Kontaktanordnung gegengleichen Gegenkontaktanordnung mithin nicht mitgedreht werden, da in beiden durch die Drehung einnehmbaren Montageausrichtungen der Stellantriebseinheit eine zur Gegenkontaktanordnung passende Kontaktanordnung bereitsteht. Entspricht die Symmetrieachse der Drehachse befindet sich eine Kontaktanordnung nach der Drehung um 180° deckungsgleich an der vorherigen Position der anderen Kontaktanordnung und umgekehrt, wodurch nach einer Drehung der Stellantriebseinheit kein linearer Versatz erforderlich ist.
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Vorteilhafterweise kann so auf ein fest installiertes Kabel verzichtet werden. Dieses speziell an die Einsatzbedingungen anzupassende Kabel ist bei Bedarf nur noch an der Anschlusseinheit vorzusehen, die wesentlich aufwandsärmer produzierbar als die Stellantriebseinheit ist. Zudem kann die Stellantriebseinheit durch den Verzicht auf ein Kabel kompakter ausgebildet werden, weil Raumbedarf für eine Kontaktierung und eine Zugentlastung des Kabels entfällt. Schließlich benötigt der Benutzer für unterschiedliche Einsatzbedingungen keine unterschiedlichen Stellantriebseinheiten, was deren Benutzerfreundlichkeit erheblich erhöht.
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Das Fluid ist bevorzugt ein Gas. Das Absperrelement kann insofern alternativ zur Brandschutzklappe auch eine Lüftungsklappe sein. Alternativ ist das Fluid eine Flüssigkeit. Weitere mögliche Formen von Absperrelementen sind Armaturen, beispielsweise Kugelhähne oder Drosselklappen. Das Absperrelement kann zum Freigeben und Sperren eines Strömungswegs, beispielsweise eines Rohrs, für das Fluid ausgebildet sein.
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Insbesondere sind die Kontaktanordnungen bezüglich der Drehung um die Symmetrieachse rotationssymmetrisch angeordnet und/oder ausgebildet. Eine jeweilige Kontaktanordnung kann wenigstens zwei Kontakte aufweisen oder daraus bestehen. Es wird bevorzugt, dass die Kontaktanordnung wenigstens vier, insbesondere wenigstens zehn, Kontakte aufweist oder daraus besteht. Insbesondere im Hinblick auf eine Verwendung der Stellantriebseinheit in explosionsgeschützten Bereichen wird es bevorzugt, wenn einzelne Kontakte der Kontaktanordnung redundant ausgeführt sind. Die Abtriebswelle ist bevorzugt als Hohlwelle ausgebildet. Insbesondere ist die Abtriebswelle formschlüssig mit dem Absperrelement koppelbar. Die Drehachse verläuft typischerweise senkrecht zu einer Rotationsachse der Abtriebswelle. Die Rotationsachse kann die Drehachse schneiden. Bevorzugt ist die Stellantriebseinheit dazu eingerichtet, die Abtriebswelle bei einer Versorgung des Motors über jede Kontaktanordnung und/oder unabhängig von einer Polung einer an der Kontaktanordnung bereitgestellten Versorgungsspannung in die gleiche Richtung zu drehen.
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Kostenvorteile können erzielt werden, wenn die Kontaktanordnungen zur Herstellung einer Steckverbindung ausgebildet sind. So kann eine formschlüssige und/oder lösbare Verbindung zwischen der Kontaktanordnung und den Gegenkontakten hergestellt werden. Die Kontakte können beispielsweise als Buchsenkontakte und/oder als Steckerkontakte ausgebildet sein.
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Der Elektromotor ist bevorzugt ein bürstenloser Gleichspannungsmotor. Alternativ oder zusätzlich kann die Stellantriebseinheit eine Steuerelektronik aufweisen, welche dazu ausgebildet ist, die über die Kontaktanordnung bereitgestellte elektrische Energie in eine Betriebsspannung für den Motor zu wandeln. Dazu kann die Steuerelektronik einen Wechselrichter umfassen. Die Betriebsspannung ist bevorzugt pulsweitenmoduliert.
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Zweckmäßigerweise sind die Kontaktanordnungen über einen gemeinsamen Stromleitabschnitt elektrisch leitend mit dem Motor verbunden. Eine Erweiterung bestehender Konstruktionen kann so besonders einfach realisiert werden, weil lediglich ein zusätzlicher Stromleitabschnitt zu einem bestehenden Stromleitabschnitt vorzusehen ist. Der gemeinsame Stromleitabschnitt ist bevorzugt durch eine Leiterplatte realisiert. Die Leiterplatte kann auch die Steuerelektronik aufweisen.
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Die Stellantriebseinheit kann ferner ein Verbindungselement oder mehrere voneinander getrennte Verbindungselemente umfassen, an dem oder an denen die Kontaktanordnungen angeordnet sein können. Ein Verbindungselement ist typischerweise dazu ausgebildet, die Kontakte der Kontaktanordnung zu tragen, sie mithin örtlich an der Stellantriebseinheit zu fixieren. Das Verbindungselement kann rotationssymmetrisch bezüglich der Drehung um die Symmetrieachse bzw. die Verbindungselemente können zueinander rotationssymmetrisch bezüglich der Drehung um die Symmetrieachse sein.
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Dabei wird es bevorzugt, dass das Verbindungselement oder ein jeweiliges Verbindungselement eine Steckplatine ist. Die Kontakte können dementsprechend als metallische Beschichtungen der Steckplatine ausgebildet sein. Die Steckplatine kann auf die den gemeinsamen Stromleitabschnitt realisierende Leiterplatte gesteckt sein. Alternativ kann das Verbindungselement auch ein Steckverbinder mit einem Steckergehäuse sein, das die Kontakte einhaust.
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Gemäß einer bevorzugten ersten Weiterbildungsalternative, bei der mehrere Verbindungselement vorgesehen sind, ist ein an einem jeweiligen Verbindungselement eine Kontaktanordnung angeordnet. Es können beispielsweise zwei jeweils einseitig oder beidseitig mit Kontakten einer Kontaktanordnung versehene Steckplatinen vorgesehen sein.
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Gemäß einer zweiten Weiterbildungsalternative, bei der nur ein Verbindungselement vorgesehen ist, sind die Kontaktanordnungen an dem Verbindungselement angeordnet. Bei einer Realisierung des Verbindungselements als Steckplatine sind die Kontakte einer Kontaktanordnung beispielsweise auf einer Seite der Steckplatine und die Kontakte der anderen Kontaktanordnung auf einer gegenüberliegenden Seite der Steckplatine angeordnet. Es ist auch möglich, dass die Kontakte einer Kontaktanordnung auf beiden Seiten der Steckplatine verteilt angeordnet sind, wobei die Kontakte der anderen Kontaktanordnung entsprechend symmetrisch an nicht durch die Kontakte der ersten Kontaktanordnung belegten Stellen angeordnet sind.
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Außerdem kann die Stellantriebseinheit ein die Abtriebswelle und den Motor einhausendes Gehäuse umfassen. Dabei weisen die Kontaktanordnungen bzw. ihre Kontakte typischerweise zum Gehäuseäußeren. Die Abtriebswelle kann näher an einer ersten Gehäuseseite als an einer gegenüberliegenden zweiten Gehäuseseite angeordnet sein, an welcher die Kontaktanordnungen zum Gehäuseäußeren weisen. Zweckmäßigerweise verläuft die Drehachse, insbesondere zentral, entlang einer Längsrichtung des Gehäuses. Als Längsrichtung ist dabei jene Raumrichtung zu erachten, in der das Gehäuse seine größte Ausdehnung aufweist.
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Typischerweise umfasst die Stellantriebseinheit ferner ein Getriebe, über das eine Drehbewegung eines Rotors des Motors an die Abtriebswelle übertragbar ist. Das Getriebe kann innerhalb des Gehäuses angeordnet sein. Bevorzugt ist das Getriebe zum Untersetzen der Drehbewegung ausgebildet.
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Ferner kann das Getriebe dazu ausgebildet sein, eine Drehung der Abtriebswelle um, insbesondere höchstens, 90° zu erlauben. Je nach Art des Absperrelements, beispielsweise bei einem einen Spindeltrieb aufweisenden Absperrelement, kann das Getriebe auch zur Drehung der Abtriebswelle um mehr als 90° mitunter auch zum mehrfachen Drehen ausgebildet sein.
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Um ein sicheres Schließen des Absperrelements auch bei einem Stromausfall zu ermöglichen, umfasst die Stellantriebseinheit bevorzugt ein Rückstellelement, das zum Bewegen der Abtriebswelle in eine definierte Drehstellung mittels im Rückstellelement gespeicherter mechanischer Energie bei Stromlosigkeit des Motors ausgebildet ist.
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Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe wird erfindungsgemäß ferner eine Stellantriebseinrichtung vorgeschlagen, umfassend die erfindungsmäße Stellantriebseinheit und eine lösbar mit der Stellantriebseinheit verbindbare oder verbundene Anschlusseinheit, die eine gegengleich zu einer Kontaktanordnung der Stellantriebseinheit ausgebildete Gegenkontaktanordnung aufweist. Die Stellantriebseinrichtung kann besonders benutzerfreundlich als eine Einheit vertrieben werden, während bei herkömmlichen Stellantriebseinheiten mit festinstalliertem Kabel die Beschaffung erforderlicher Klemmenkästen für eine weitere Verbindung des Kabels häufig durch den Benutzer vergessen wird.
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Die Anschlusseinheit weist vorteilhafterweise ein Anschlusselement auf, das elektrisch leitend mit der Gegenkontaktanordnung verbunden ist und mit der ein Kabel lösbar oder unlösbar verbindbar oder verbunden ist. Eine Kabelverbindung wird folglich erst an dem Anschlusselement als Benutzerschnittstelle erforderlich. Die Wahl eines auf besondere Einsatzzwecke angepassten Kabels liegt somit ausschließlich in der Hand des Benutzers. Das Anschlusselement kann formschlüssig, kraftschlüssig oder stoffschlüssig mit dem Anschlusselement verbindbar sein.
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Schließlich wird die eingangs genannte Aufgabe erfindungsgemäß durch eine Anordnung mit einem Absperrelement für ein Fluid, insbesondere einer Brandschutzklappe, und entweder einer erfindungsgemäßen Stellantriebseinheit zum Bewegen des Absperrelements oder einer erfindungsgemäßen Stellantriebseinrichtung gelöst.
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Sämtliche Ausführungen zu erfindungsgemäßen Stellantriebseinheit lassen sich analog auf die erfindungsgemäße Stellantriebseinrichtung und die erfindungsgemäße Anordnung übertragen, sodass auch mit diesen die zuvor genannten Vorteile erzielt werden können.
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Weitere Vorteile an Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Diese sind schematische Darstellungen und zeigen:
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1 eine Prinzipskizze eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Stellantriebseinrichtung;
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2 eine Detailansicht von Verbindungselementen der Stellantriebseinrichtung;
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3 eine Detailansicht von Verbindungselementen eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Stellantriebseinrichtung; und
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4 eine Prinzipskizze eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Anordnung.
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1 ist eine Prinzipskizze eines Ausführungsbeispiels einer Stellantriebseinrichtung 1, umfassend eine Stellantriebseinheit 2 und eine Anschlusseinheit 3.
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Die Stellantriebseinheit 2 ist zum Bewegen eines Absperrelements 4 (vgl. 4), das hier eine Brandschutzklappe ist, ausgebildet und umfasst in grundsätzlich bekannter Weise einen Motor 5, ein Getriebe 6 und eine um eine Rotationsachse 7a drehbare Abtriebswelle 7, die durch den Motor 5 antreibbar ist, wobei eine Drehbewegung eines Rotors des Motors 5 über das Getriebe 6 an die Abtriebswelle 7 übertragbar ist. Das Getriebe 6 ist zum Untersetzen der Drehbewegung ausgebildet und erlaubt eine Rotation der Abtriebswelle um höchstens 90°. Um ein sicheres Schließen des Absperrelements 4 auch bei einem Stromausfall zu ermöglichen, umfasst die Stellantriebseinheit 2 ein als Feder ausgebildetes Rückstellelement 8, das zum Bewegen der Abtriebswelle 7 in eine definierte Drehstellung mittels im Rückstellelement 8 gespeicherter mechanischer Energie bei Stromlosigkeit des Motors 5 ausgebildet ist. Der Motor 5, das Getriebe 6, die Abtriebswelle 7 und das Rückstellelement 8 sind in einem Gehäuse 9 der Stellantriebseinheit 2 eingehaust.
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Die als Hohlwelle ausgebildete Abtriebswelle 7 hat ein erstes Ende 10 und ein zweites Ende 11, die wahlweise mit dem Absperrelement 4 koppelbar sind. Die Kopplung erfolgt beispielsweise formschlüssig durch ein Polygonprofil. Ein Drehsinn des Absperrelements 4 ist durch Wahl eines mit dem Absperrelement 4 zu koppelnden den Endes 10, 11 unter Drehung der Stellantriebseinheit 2 um eine zentral in Längsrichtung des Gehäuses 9 verlaufende Drehachse 12 vorgebbar. Die gesamte Stellantriebseinheit 2 kann mithin durch die Drehung um 180° (dargestellt durch einen Pfeil 13) in einer ersten Montageausrichtung, bei der das erste Ende 9 mit dem Absperrelement 4 gekoppelt ist, oder in einer zweiten Montageausrichtung, bei der das zweite Ende 10 mit dem Absperrelement 4 gekoppelt ist, an dem ortsfesten Absperrelement 4 montiert werden. So kann ein Benutzer zwischen einer Schließbewegung des Absperrelements 4 im Uhrzeigersinn in der ersten Montagestellung oder gegen den Uhrzeigersinn in der zweiten Montagestellung wählen.
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Um elektrische Energie für eine Versorgung des Motors 5 bereitzustellen, umfasst die Stellantriebseinheit 2 eine erste Kontaktanordnung 14 und eine zweite Kontaktanordnung 15, die zueinander bezüglich einer Drehung um eine der Drehachse 12 entsprechenden Symmetrieachse rotationssymmetrisch angeordnet und ausgebildet sind. Nach der Drehung um 180° um die Drehachse 12 zur Wahl der Montageausrichtung befindet sich die erste Kontaktanordnung 14 mithin deckungsgleich an der vorherigen Position der zweiten Kontaktanordnung 15 und umgekehrt. Über eine jede Kontaktanordnung 14, 15 ist der Motor 5 mit der elektrischen Energie versorgbar.
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Dazu ist die erste Kontaktanordnung 14 elektrisch leitend mit einem ersten Stromleitabschnitt 16 und die zweite Kontaktanordnung 15 mit einem zweiten Stromleitabschnitt 17 verbunden, die in einem gemeinsamen Stromleitabschnitt 18 zusammenlaufen. Über den gemeinsamen Stromleitabschnitt 18 sind beide Kontaktanordnungen 14, 15 mit dem Motor 5 elektrisch leitend verbunden. Der gemeinsame Stromleitabschnitt 18 ist als Leiterplatte ausgebildet und weist eine Steuerelektronik auf, welche dazu ausgebildet ist, die über eine der Kontaktanordnungen 14, 15 bereitgestellte elektrische Energie in eine Betriebsspannung für den Motor 5 zu wandeln. Wenn der Motor 5 als bürstenloser Gleichspannungsmotor ausgebildet ist, wird dabei eine pulsweitenmodulierte Betriebsspannung durch die Steuerelektronik bereitgestellt.
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Die Stellantriebseinheit 2 umfasst ferner ein erstes Verbindungselement 19, an dem die erste Kontaktanordnung 14 angeordnet ist, und ein zweites Verbindungselement 20, an dem die zweite Kontaktanordnung 15 angeordnet ist. Die Verbindungselemente 19, 20 sind jeweils als Steckplatine ausgebildet und ebenfalls zueinander rotationssymmetrisch bezüglich der Symmetrieachse. Die Verbindungselemente 14, 15 und die Kontaktanordnungen 19, 20 weisen zum Gehäuseäußeren. Ersichtlich ist dabei die Abtriebswelle 7 näher an einer ersten Gehäuseseite 21 als an einer ihr gegenüberliegenden zweiten Gehäuseseite 22 angeordnet, an der die Kontaktanordnungen 14, 15 zum Gehäuseäußeren weisen.
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Die Anschlusseinheit 3 weist eine gegengleich zu einer jeweiligen Kontaktanordnung 14, 15 der Stellantriebseinheit 2 ausgebildete Gegenkontaktanordnung 23 auf. Diese ist elektrisch leitend mit einem Anschlusselement 24 der Anschlusseinheit 3 verbunden. Über einen Stromleitabschnitt 25 ist ein Kabel 26 durch Anklemmen elektrisch leitend mit dem Anschlusselement 24 verbunden. Alternativ kann das Kabel 26 auch form- oder stoffschlüssig mit dem Anschlusselement 24 verbunden sein. Über das Kabel 26, den Stromleitabschnitt 25, die Gegenkontaktanordnung 23, eine der Kontaktanordnungen 14, 15, den dieser zugeordneten Stromleitabschnitt 16, 17 und den gemeinsamen Stromleitabschnitt 18 ist elektrische Energie zum Antrieb des Motors 5 bereitstellbar. Durch die Symmetrie der Kontaktanordnungen 14, 15 ist dabei ein Verbinden der Stellantriebseinheit 2 mit der Anschlusseinheit 3 in beiden Montageausrichtungen möglich, ohne die Anschlusseinheit 3 zu bewegen.
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2 ist eine Detailansicht des ersten Verbindungselement 19 mit Blick auf die zweite Gehäuseseite 22, wobei die Ausführungen hierzu analog für das symmetrische zweite Verbindungselement 20 gelten. Auf dem als Steckplatine ausgebildeten ersten Verbindungselement 19 sind beidseitig durch metallische Beschichtung eine exemplarische Anzahl von Kontakten 27 angeordnet, die zusammen die erste Kontaktanordnung 14 bilden. Dabei sind Einzelne der Kontakte 27 redundant ausgeführt. Die Kontaktanordnungen 14, 15 können insofern als Stecker werden und die Gegenkontaktanordnung 23 als Buchse aufgefasst, wobei das Geschlecht der Kontaktanordnungen 14, 15 und der Gegenkontaktanordnung 23 alternativ auch umgekehrt sein kann.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die Kontakte 27 einseitig auf dem ersten Verbindungselement 19 angeordnet.
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3 ist eine Detailansicht eines Verbindungselements 19 eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Stellantriebseinrichtung 1. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist lediglich ein Verbindungselement 19 vorgesehen, das auf einer Seite die Kontakte 27 der ersten Kontaktanordnung 14 und auf einer gegenüberliegenden Seite Kontakte 28 der zweiten Kontaktanordnung 15 aufweist. Dabei verläuft die Drehachse 12 zentral bezüglich des Querschnitts des Verbindungselements 19. Dieses mithin zentral an der Gehäuseseite 22 angeordnet.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, das dem in 3 Gezeigten entspricht, sind die Kontakte 27, 28 verteilt auf beiden Seiten des Verbindungselement 19 angeordnet.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, das einem der vorgenannten Ausführungsbeispiele entspricht, sind das Verbindungselement 19 bzw. die Verbindungselemente 19, 20 einerseits und die Gegenkontaktanordnung 23 andererseits Steckverbinder mit einem Steckergehäuse, das die Kontakte 27, 28 einhaust.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, das einem der vorgenannten Ausführungsbeispiele entspricht, verläuft die Symmetrieachse parallel beabstandet von der Drehachse 12. Um die Kontaktanordnungen 14, 15 mit der Gegenkontaktanordnung 23 zu verbinden ist dann ein Versatz der Stellantriebseinheit 2 erforderlich.
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4 ist eine Prinzipskizze eines Ausführungsbeispiels einer Anordnung 29 mit einem Absperrelement 4 und einer Stellantriebseinrichtung 1 gemäß einem der vorgenannten Ausführungsbeispiele. Ersichtlich ist die Abtriebswelle 7 an ihrem ersten Ende 10 mit dem Absperrelement 4 gekoppelt, um diese zu bewegen. Die Wahl des mit dem Absperrelement 4 zu verbindenden Endes 10, 11 hängt von der bauartbedingt vorgesehenen Schließrichtung des Absperrelements 4 ab.
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Obwohl das Absperrelement 4 in den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen als Brandschutzklappe beschrieben ist, die einen Luftströmungsweg im Brandfall schließt, kann das Absperrelement 4 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel als Lüftungsklappe ausgebildet sein, die beispielsweise einen als Rauchabzug vorgesehenen Luftströmungsweg im Brandfall öffnet oder unabhängig von einem Brandfall einen Luftströmungsweg freigibt oder sperrt. Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen ist das Absperrelement 4 zum Freigeben und Sperren eines Strömungswegs für andere Fluide, insbesondere als Armatur für eine entlang des Strömungswegs geführte Flüssigkeit, ausgebildet. Das Absperrelement 4 ist dann beispielsweise ein Kugelhahn oder eine Drosselklappe.
