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BESCHREIBUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Verstell-bzw.
Betätigungseinrichtung zum Verstellen bzw. Betätigen von mechanischen Organen bzw.
Elementen, wie beispielsweie von Drosselventilen, Kugelventilen u. dgl.
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Ein Drosselventil wie auch ein Kugelventil können dadurch aus einer
vollständig geöffneten in eine vollständig geschlossene Position, und umgekehrt,
gebracht werden, indem man den Ventilhandgriff um lediglich 90° dreht. Infolgedessen
können ein Drosselventil und ein Kugelventil im Vergleich mit beispielsweise einem
Absperrventil oder einem anderen Ventil, das ebenso wie das Absperrventil meherer
bis mehrere zehn Umdrehungen des Ventilbetätigungshandgriffs erfordert, ziemlich
leicht geöffnet und geschlossen werden.
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Andererseits Jedoch bewirkt das schnelle Öffnen und Schließen durch
eine 900-Drehung des Ventilhandgriffs in unerwünschter Weise eine abrupte Anderung
der Strömungsrate und des Druckes des Strömungsmittels in der Leitung, an bzw. in
der das Ventil angebracht ist. Eine solche abrupte Änderung der Strömungsrate oder
des Druckes bewirkt ihrerseits ungünstige Erscheinungen, wie beispielsweise Wasserschläge
in Wasserrohren.
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Wenn ein Drosselventil oder ein Kugelventil mittels einer elektrischen
Verstell- bzw. Betätigungseinrichtung betätigt wird, die einen Antriebsmotor hat,
dann ist es erforderlich, ein Untersetzungsgetriebe mit einem großen Untersetzungsverhlltnis
von beispielsweise 1000 bis 4000 zu verwenden, also mit einem Untersetzungsverhältnis,
das etwa zwanzig- bis hundertmal so groß wie das3enige einer elektrischen Verstelleinrichtung
(der Begriff "Verstelleinrichtungt wird hier abkUrzend gemeinsam fUr die Begriffe
wVerstelleinrichtungw und UBetätigungsein richtung verwendet) für ein Absperrventil
oder ein sphlrisches Ventil ist.
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Das große UntersetzungsverhEltnis wird durch ein Untersetzungsgetriebe
erzielt, das eine große Anzahl von Stufen hat, was natürlich große Abmessungen des
Getriebekastens erfordert.
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Die erhöhte Anzahl von Untersetzungsstufen erfordert außerdem eine
erhöhte Anzahl von Wellen, welche die Zahnräder tragen.
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Um diese Wellen in der elektrischen Verstelleinrichtung in Beziehung
zu anderen Teilen, wie beispielsweise elektrischen Teilen, rationell anbringen bzw.
anordnen zu können, ist es zu bevorzugen, der elektrischen Verstelleinrichtung einen
rechtekkigen oder quadratischen Querschnitt zu geben. Der rechteckige oder quadratische
Querschnitt macht es 3edoch außerordentlich schwierig, das Innere der Verstelleinrichtung
vom Äußeren derselben abzudichten, und zwar im Vergleich mit einem kreisförmigen
Querschnitt, der die Verwendung von kommerziell erhältlichen O-Ringen ermöglicht.
Aus diesem Grunde war es konventionellerweise schwierig, eine perfekte explosionssichere
und wasserdichte Ausführung der elektrischen Verstelleinrichtungen zu erreichen.
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In den elektrischen Verstelleinrichtungen fUr Ventile oder ähnliche
mechanische Organe ist es oft erforderlich, die Betriebsgeschwindigkeit, d.h. das
Untersetzungsverhlltnis des Untersetzungsgetriebes, zu ändern. Das wird dadurch
erzielt, daß man die Zahnräder von einer oder mehreren Stufen auswechselt. In einer
konventionellen elektrischen Verstelleinrichtung ist eine solche Auswechslung von
Zahnrädern aus weiter unten dargelegten Gründen sehr schwierig.
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Infolgedessen soll mit der Erfindung eine elektrische Verstelleinrichtung
für mechanische Organe, wie beispielsweise Drosselventile, Kugelventile u.dgl.,
zur Verfugung gestellt werden, die kleine Abmessungen hat und leicht herstellbar
ist.
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Weiterhin soll mit der Erfindung eine elektrische Verstelleinrichtung,
insbesondere eine Ventilverstelleinrichtung, geschaffen
werden,
die einen kreisförmigen Querschnitt hat, der ein leichtes Abdichten des Inneren
der Verstelleinrichtung und eine leichte Ausbildung einer explosionssicheren Verstelleinrichtung
ermöglicht.
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Außerdem wird mit der Erfindung eine elektrische Verstelleinrichtung
vorgeschlagen, die eine leichte Einstellung des Betriebswinkels in Übereinstimmung
mit der Ventilöffnung ermbglicht, wie beispielsweise 900, 1800, 2700 etc.
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Darüberhinaus soll mit der Erfindung eine elektrische Verstelleinrichtung
zur Verfügung gestellt werden, in der der Austausch von Zahnrädern erleichtert ist,
so daß man die Geschwindigkeit leicht ändern kann, und in der das Untersetzungsgetriebe
eine genügende Festigkeit hat, um dem Drehmoment zu widerstehen, das durch den Motor
ausgeübt wird, wenn die Ausgangswelle während des Betriebs der Verstelleinrichtung
gestoppt wird.
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Schließlich soll mit der Erfindung eine elektrische Verstelleinrichtung
geschaffen werden, die mit einem manuellen Betätigungssystem ausgerüstet ist.
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Endlich wird mit der Erfindung eine elektrische Verstelleinrichtung
zur Verfügung gestellt, die die Anzeige der Ventilöffnung bzw. des Ventilöffnungsgrads
auf der Verstelleinrichtung und an einer entfernten Stelle vereinfacht bzw. erleichtert.
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Gemäß der Erfindung wird eine elektrische Verstelleinrichtung ftir
ein mechanisches Organ zur Verfugung gestellt, die folgendes umfaßt: ein Gehäuse,
das eine Endwand und eine Trägerwand hat, die parallel zueinander sowie im Abstand
voneinander angeordnet sind; eine Zwischenwelle und eine Ausgangswelle, die sich
parallel zueinander zwischen der Endwand und der TrSgerwand erstrecken und drehbar
in den Wänden angebracht bzw. gelagert sind, wobei die Ausgangswelle mit dem mechanischen
Organ verbindbar ist; einen Motor, der auf der Trägerwand angebracht
ist
und eine Welle hat; einen mehrstufigen Untersetzungsgetriebemechanismus zwischen
der Welle des Motors und der Ausgangswelle zum Übertragen der Drehbewegung der Welle
des Motors auf die Ausgangswelle unter Verminderung der Drehgeschwindigkeit; und
wobei der mehrstufige Untersetzungsgetriebemechanisaus wenigstens drei Stufen umfaßt,
von denen die erste Stufe ein kleines Zahnrad aufweist, das auf der Welle des Motors
angebracht ist, und ein großes Zahnrad, das mit dem kleinen Zahnrad kämmt sowie
entweder auf der Zwischenwelle oder der Ausgangswelle angebracht ist, während die
übrigen Stufen 3e ein Paar von miteinander in Eingriff befindlichen bzw. bringbaren
Zahnrädern von unterschiedlichem Durchmesser umfassen, die auf der Zwischenwelle
bzw. der Ausgangswelle angebracht sind.
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Wie man sieht und wie aus der Beschreibung der AusfUhrungsbeispiele
noch deutlicher werden wird, kann also die erfindungsgenaue elektrische Verstelleinrichtung
zwischen der Motorwelle und der Ausgangawelle lediglich eine einzige Zwischenwelle
besitzen, wobei alle Zahnräder des mehrstufigen Untersetzungsgetriebes mit Ausnahme
des auf der Motorwelle befestigten Zahnrads auf der'Zwischenwelle und der Ausgangswelle
vorgesehen sind.
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Die vorstehenden sowie weitere Vorteile und vorteilhafte Merkmale
der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung
anhand einiger besonders bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert;
es zeigen: Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer konventionellen elektrischen
Verstelleinrichtung; Fig. 2 eine schematische Schnittansicht einer elektrischen
Verstelleinrichtung, die gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung aufgebaut
ist; Fig. 3 eine Schnittansicht längs der Linie III-III der Fig. 2;
Fig.
4 eine Schnittansicht längs der Linie IV-IV der Fig. 2; Fig. 5 eine schematische
Schnittansicht einer elektrischen Verstelleinrichtung, die gemäß einer zweiten Ausfuhrungsform
der Erfindung aufgebaut ist; Fig. 6 eine Schnittansicht von Teilen der ersten und
zweiten Ausführungsform in automatischer Betriebsweise; Fig. 7 eine Schnittansicht
von Teilen der ersten und zweiten Ausführungsform in manueller Betriebsweise; Fig.
8 eine Schnittansicht eines Teils einer anderen Ausführungsform; Fig. 9 eine Schnittansicht
eines Teils einer noch andere ren Ausführungsform; Fig. 10 eine vordere Aufrißansicht,
welche die Ab es sungen einer Ausführungsform der elektrischen Verstelleinrichtung
veranschaulicht; und Fig. 11 eine seitliche Aufrißansicht, welche die Abmessungen
der in Fig. 10 gezeigten Verstelleinrichtung veranschaulicht.
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Es seien nun die bevorzugten Ausführungsformen näher besehrleben;
bevor das jedoch geschieht, sei zunächst nachstehend der Aufbau einer konventionellen
elektrischen Verstelleinrichtung erläutert, damit die Nachteile und Schwierigkeiten
des Stands der Technik klarer ersichtlich werden und dadurch die Erfindung noch
besser verständlich wird.
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Es sei daher zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen, die eine typische
konventionelle elektrische Verstelleinrichtung zul Betätigen eines Ventils zeigt,
und zwar ist diese zwischen einer vollständig geöffneten und einer vollständig geschlossenen
Position durch eine 900-Drehung bewegbar; das Bezugszeichen F repräsentiert ein
Gehäuse, während mit M ein elektrischer Motor bezeichnet ist. Das Gehäuse F hat
eine Trägerwand B1, die den
Motor M trigt, sowie eine Bodenwand
B2 und Seitenwände B3, die in Ublicher Weise integral bzw. einstückig mit der Bodenwand
B2 ausgebildet sind.
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Diese elektrische Verstelleinrichtung hat ein Untersetzungsgetriebe,
das die Geschwindigkeit der Motorwelle Uber sechs Stufen untersetzt. Im Ergebnis
wird an der Ausgangswelle eine Geschwindigkeit erzielt, die etwa 1/2000 der Geschwindigkeit
der Motorwelle ist. Im einzelnen wird die Drehung der Motorwelle durch die erste
Stufe, die von den miteinander kämmenden Zahnrädern ia, 2a gebildet wird, und schließlich
durch die sechste Stufe, die von den miteinander kämmenden Zahnrädern If, 2f gebildet
wird, auf die Ausgangswelle 3f Ubertragen. Die Ausgangswelle 3f erstreckt nich nach
abwärts durch die Bodenwand B2 und Uber diese hinaus in Eingriff mit einer Ventilspindel,
und zwar normalerweise durch eine Kupplung (nicht dargestellt), so daß das Ventil
betätigt wird.
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Die Zahnräder 1a, 2a der ersten Stufe haben einen Modul von 0,4 bis
1, während die Zahnräder If, 2f der sechsten Stufe einen Modul von 1 bis 3 haben.
Die Zahnradbreite ist vier bis zehnmal so groß wie der Modul. Die Durchmesser der
Wellen sind graduell vergrößert, derart, daß die Welle 3a der ersten Stufe den kleinsten
Durchmesser und die Endwelle 3f der sechsten Stufe den größten Durchmesser hat.
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Schalter S1 und S2, die an der Trägerwand B1 befestigt sind, werden
aktiviert, wenn das Ventil in die vollständig geöffnete oder in die vollständig
geschlossene Position bewegt worden ist, so daß eine weitere Ventilbetätigung durch
Unterbrechung der Stromzufuhr zum Motor gestoppt wird.
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Diese Schalter werden mittels Nocken C1, C2 aktiviert, die mittels
Nabenschrauben 4, 5 an der Welle 3e befestigt sind.
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Diese Anordnung erfordert unvermeidbar eine große Abmessung des Cetriebekastens
6, weil sechs Wellen 3a bis 3f vorhanden
sind. Darüberhinaus ist
es erforderlich, daß eine Kammer 7 für elektrische Teile einen großen Raum hat,
damit eine gegenseitige Störung zwischen den sechs Wellen und den Gewindebohrungen
für die Befestigung von elektrischen Teilen, wie beisplelsweise des Motors, Kondensatoren,
Schaltern, Relais, Verdrahtungskarten bzw. -platten etc., auf der Trägerwand vermieden
wird.
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Aus diesen Gründen hatte die konventionelle elektrische Verstelleinrichtung
eine große Abmessung, bezogen auf die Abmessung des zu betätigenden Ventils. Natürlich
erfordert die große Abmessung der elektrischen Betätigungseinrichtung einen entsprechend
groBen Installationsraum oberhalb des Ventils, was wiederum einen großen Rohrinstallati
onsraum erfordert.
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Die meisten konventionellen elektrischen Verstelleinrichtungen haben
eine kastenartige Form mit einem rechteckigen oder quadratischen Querschnitt, obwohl
es auch einige Ausnahmen gibt, die zylindrische Form mit einem kreisförmigen Querschnitt
haben.
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Der Grund hierfür besteht darin, daß die kastenartige Form einen größeren
Freiheitsgrad für die Anordnung der sechs Wellen und der elektrischen Teile ermöglicht,
und weil die zylindrische Form, die einen Durchmesser hat, der gleich der Länge
der Diagonallinie der kastenartigen Form ist, einen größen Raum als die letztere
Form einnimmt, so daß sie die Installation in dem beschränkten Rohrleitungsraum
schwierig macht.
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Es ist schwierig, einen abgedichteten Raum innerhalb der elektrischen
Betätigungseinrichtung zu erhalten, wenn die letztere eine kastenartige Form mit
rechteckigem Querschnitt hat, verglichen mit einer zylindrischen Form, die einen
kreisförmigen Querschnitt besitzt. Das macht es schwierig, eine explosionssichere
und wasserdichte Ausbildung der elektrischen Verstelleinrichtung zu erzielen. Es
ist ersichtlich, daß dann, wenn die elektrische Verstelleinrichtung eine zylindrische
Form hat, die
Abdichtung fUr eine genügende explosionssichere und
wasserdichte Ausbildung leicht dadurch erzielbar ist, daß man kommerziell erhältliche
O-Ringe verwendet.
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Die Nocken C1 und C2 sind an der Welle 3e angebracht, die eine größere
Anzahl von Umdrehungen ausführt als die Welle 3f, welche an die Ventilspindel angekoppelt
ist. Es ist infolgedessen unmöglich, diese Art der elektrischen Verstelleinrichtung
auf Dreiwegventile und Vlerwegventlle anzuwenden, die eine 180ob und 270°-Drehung
der Ventilspindel erfordern, weil die Nocken in einem solchen Falle mehr als eine
volle Umdrehung ausführen.
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Der Grund, warum die Nocken an der Welle 3e befestig sind, ist folgender.
Die tatsächliche Wellenanordnung ist nämlich nicht in linearer Weise ausgeführt,
wie in Fig. 1 gezeigt ist, sondarin sie ist so ausgeführt, daß sich die Welle 3a
der Motorausgangswelle Mo am nächsten befindet, während die Welle 3c von letzterer
am weitesten entfernt ist, wobei die Welle 3b zwischen beiden angeordnet ist; und
weiterhin ist die Wellenanordnung so, daß die nachfolgenden Wellen 3d, 3e und 3f
näher an der Motorwelle Mo sind, damit die Endwelle gerade unter dem Motor oder
in der Nähe des Motors M ist. Mit anderen Worten heißt das, daß die Wellenanordnung
so ausgebildet ist, als ob die in Fig. 1 gezeigte lineare Anordnung an einer Linie,
die sich im Zwischenbereich des Abstands zwischen den Wellen 3c und 3d befindet,
zurückgefaltet wäre. Da die Welle 3f direkt unter dem Motor M oder in der Nähe des
Motors M angeordnet ist, ist es ziemlich schwierig, die nocken an dieser Welle 3*
anzubringen.
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Um diese Schwierigkeit zu überwinden, ist es erforderlich, einen Getriebekasten
6 zu verwenden, der eine größere Abmessung hat, so daß die Welle 3f einen genügenden
Abstand vom Motor M erhält und damit die Befestigung der Nocken an der Welle 3*
ermöglicht wird. Eine andere Gegenmaßnahme besteht darin, eine andere Kammer fUr
die Aufnahme der Schalter S1, S2 unterhalb
des Getriebekastens
6 vorzusehen und die Nocken C1, , C2 an dem unteren Teil der Welle 3f anzubringen.
Eine noch andere Lösung besteht darin, ein Zahnrad von einer Abmessung, die im wesentlichen
gleich derjenigen des Zahnrads 2f ist, so anzuordnen, daß es mit dem letzteren kämmt,
und die Welle dieses Zahnrads abgesetzt vom Motor M anzuordnen, so daß das Anbringen
der Nocken an dieser Welle ermöglicht wird.
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Jedoch sind alle diese Lösungen nicht zu empfehlen, weil sie den Aufbau
der elektrischen Verstelleinrichtung komplizieren und die Abmessung derselben vergrößern.
Zur Erfüllung verschiedenster Forderungen für die Betätigung der Ventile ist es
oftmals notwendig, die Ventilverstellgeschwindigkeit zu verändert, indem man miteinander
kämmende Zahnräder einer oder mehrerer Stufen austauscht. Ein solcher Austausch
von Zahnrädern wird jedoch durch diese Lösungen schwierig gemacht.
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Es wurde vorgeschlagen, die Abmessung des Getriebekastens durch Herabsetzung
der Anzahl der Stufen auf tUnt oder vier zu vermindern. Diese Lösung erfordert jedoch
wegen des verminderten Untersetzungsverhältnisses eine große Kapazität des Motors.
Im Gegenteil ist es so, daß die Verwendung eines Motors von großem Ausgang verschiedene
Schwierigkeiten mit sich bringt, wie beispielsweise Erhöhung der Kosten, Bruch von
Zahnrädern durch ein Stoppen der Ausgangswelle während des Betriebs etc. Darüberhinaus
erfordert die größere Abmessung des Motors einen größeren Raum der Kammer für die
elektrischen Teile, wodurch wiederu die Verminderung der Abmessung der Verstelleinrichtung,
wie sie durch die verminderte Anzahl von Stufen ermöglicht wird, aufgehoben wird.
Außerdem wird die Ventilbetltigungsgeschwindigkeit bis auf ein solches Ausmaß erhöht,
daß ein Vasserschlag in dem Rohr bewirkt wird.
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Diese Schwierigkeiten des Standes der Technik werden durch die vorliegende
Erfindung völlig überfunden, wie aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten
Ausführungsformen der Erfindung verständlich wird.
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Die Figuren 2 bis 4 zeigen in Kombination eine erste AusfUhrungsform
der Erfindung. Im einzelnen zeigt Fig. 2 eine elektrische Verstelleinrichtung der
ersten Ausführungsform in einem abgewickelten Zustand wie im Falle der Fig. 1. In
Fig. 2 werden zur Bezeichnung der gleichen Glieder oder Teile die gleichen Bezugszeichen
wie in Fig. 1 verwendet.
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Ein Gehäuse F hat eine zylindrische Umfangswand und eine Bodenwand
B2, die an einem Ende der Umfangswand mit kleinen Schrauben 8,9 befestigt ist. Die
Bezugszeichen P1, P2 und P3 bezeichnen Säulen zum Befestigen einer Trägerplatte
B1 in einer konstanten Position. Eine Zwischenwelle A und eine Ausgangswelle D sind
drehbar von der Bodenwand B2 und der Trägerwand B1 gehalten. Mit L1 und L2 ist der
Abstand zwischen den Mitten der Zahnräder Ia, 2a der ersten Stufe bezeichnet, d.h.
der Abstand zwischen den Mitten der Motorausgangswelle Mo und der Zwischenwelle
A, bzw. der Abstand zwischen den Mitten der Zwischenwelle A und der Ausgangswelle
D.
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Die Ausgangswelle Mo des Motors M trägt ein kleines Zahnrad la, das
mit einem großen Zahnrad 2a kämmt, welches seinerseits mittels eines Keiles oder
durch Druck an einem kleinen Zahnrad Ib befestigt ist, das von der Zwischenwelle
A drehbar getragen ist.
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Das kleine Zahnrad ib befindet sich in Eingriff mit einem großen Zahnrad
2b, das an einem kleinen Zahnrad 1c befestigt ist, welches seinerseits drehbar durch
die Ausgangswelle D getragen ist. Das kleine Zahnrad 1c kämmt mit einem großen Zahnrad
2c, das an der Zwischenwelle A befestigt ist. Schließlich kämmt ein kleines Zahnrad
ld, das von der Zwischenwelle A getragen ist, mit einem großen Zahnrad 2d, das an
der Ausgangswelle D befestigt ist. Vorausgesetzt, daß das kleine Zahnrad 1d drehbar
auf der Zwischenwelle A angebracht ist, wie es bei dem kleinen Zahnrad ib der Fall
ist, und daß das große Zahnrad 2c an diesem kleinen Zahnrad 2d befestigt ist, kann
die Zwischenwelle A an der Trägerwand B1 und der Bodenwand B2 befestigt werden.
Die Zahnräder, die auf den jeweiligen Wellen drehbar angebracht
sind,
werden dadurch an einer Bewegung in den Axialrichtungen gehindert, daß zusammenwirkende
Stufen vorgesehen sind, die auf den Wellen sowie auf den Naben der Zahnräder vorgesehen
sind.
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Die Drehung der Motorwelle wird durch das in der vorstehend erläuterten
Weise angeordnete vierstufige Untersetzungsgetriebe reduziert und mit einem erhöhten
Drehmoment auf die Ausgangswelle D übertragen. Das Drehmoment wird dann durch eine
geeignete Kupplung (nicht dargestellt), die als Zwischenverbindung zwischen dem
Betätigungsende 10 der Ausgangswelle D und der Ventilspindel vorgesehen ist, auf
die Ventilspindel (nicht dargestellt) übertragen.
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Nocken C1 und C2 sind an dem Steuerende der Ausgangswelle D mittels
Schrauben 4, 5 befestigt. Diese Nocken können Schalter S1, S2 betätigern, die mittels
kleiner Schrauben, welche nicht dargestellt sind, an der Trägerwand B1 befestigt
sind.
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Alternativ ist es möglich, eine Kammer an der Unterseite des Getriebekastens
6 auszubilden und die Nocken C1, C2 am Betätigungsende 10 der Ausgangswelle D zu
befestigen. In diesem Falle werden die Schalter S1, S2, die von den Nocken betätigt
werden, an der Bodenwand B2 befestigt. Die Nocken C1, C2 sind eo ausgebildet, daß
sie sich frei drehen können, wenn die Schrauben 4, 5 gelöst bzw. gelockert werden.
Es ist infolgedessen möglich, leicht eine Einstellung in der Weise vorzunehmen,
daß die Nocken die Schalter S1, S2 bei jedem gewünschten Drehwinkel des Ventils,
beispielsweise 900, 1800 und 2700, betätigen. Die elektrischen Leitungsdrähte erstrecken
sich durch eine Öffnung 13, die in der Trägerplatte B1 ausgebildet ist.
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Die Figuren 3 und 4 zeigen, wie die Bestandteile der elektrischen
Verstelleinrichtung von dem zylindrischen Gehäuse F aufgenommen sind, und zwar insbesondere
im Hinblick auf die Abmessungen.
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In diesen Figuren, auf die nun Bezug genommen wird, ist mit E ein
Kreis bezeichnet, der zu Bezugszwecken die innere Umfangsoberfläche des Gehäuses
F definiert. Das Bezugszeichen Ga repräsentiert den größeren der Kopfkreise der
großen Zahnräder 2a und 2c, während Gd den größeren der Kopfkreise der großen Zahnräder
2b und 2d repräsentiert. Die Abmessungen sind in Übereinstimmung mit der folgenden
Prozedur gewählt und endgültig nach einem oder zwei Korrekturoperationen bestimmt
worden.
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Zunächst werden das Drehmoment und die Drehgeschwindigkeit der Ausgangswelle
D bestimmt, damit die Erfordernisse der Ventilbetätigung erfüllt werden. Dann wird
die Leistung (Watt) des Motors aus den Werten des Drehmoments und der Drehgeschwindigkeit
bestimmt. Daraufhin wird ein geeigneter Motor gemäß der auf diese Weise bestimmten
Leistung ausgewählt. Die Abmessung des Motors liegt fest, wenn letzterer ausgewählt
worden ist.
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Nachfolgend werden die Abmessungen der Nocken C1 und C2 bestimmt,
und der Abstand zwischen der Achse des Motors M und der Achse der Ausgangswelle
D wird so gewählt, daß eine Störung zwischen dem Motor M und den Nocken C1* C2 während
der Drehung des letzteren vermieden wird.
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Erforderlichenfalls werden die Abmessungen von anderen Installationen
bzw. Bauteilen, als es die Nocken sind, bestimmt, beispielsweise die Abmessungen
eines Potentiometers, das ein elektrisches Teil ist, welches geeignet ist, eine
Änderung eines elektrischen Widerstands in Übereinstimmung mit einem Drehwinkel
anzuzeigen und das für eine Ferninstruktion des Ventilöffnungsgrads oder eine Rückkopplungskontroll
e, als Ventilanzeiger und dergleichen benutzt wird. Das Potentiometer und die Ventilöffnungsanzeigeeinrichtung
sind in Fig. 9 gezeigt.
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Daait man ein großes Untersetzungsverhältnis zwischen den Zahnrädern
ia, ib der ersten Stufe erzielt, ist es notwendig, einen
genügend
großen Abstand L1 zu erhalten, so daß der Motor M unvermeidbar eine Position einnimmt,
die von der Mitte des Bezugskreises E verschoben ist, d.h. eine Position dicht an
dem Umfang des Gehäuses. Der Durchmesser des Bezugskreises E wird unter Berücksichtigung
der obigen Tatsache bestimmt, sowie unter Berücksichtigung von verschiedenen Faktoren,
wie beispielsweise der Positionen und Abmessungen der Schalter S1, S2, von Kondensatoren,
Relais, Verdrahtungsanschlußkarten bzw. -platten und Verdrahtungsräumen.
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Schließlich wird das Gesamtuntersetzungsverhältnis des Untersetzungsgetriebes
aus der Drehgeschwindigkeit der Ausgangswelle D und der Anzahl der Umdrehungen,
welche die Welle Mo des Motors M ausführt, berechnet, und das vierstufige Untersetzungsgetriebe
wird in geeigneter Weise ausgebildet bzw. ausgelegt, so daß sich das berechnete
Untersetzungsverhältnis ergibt. Es ist möglich, ein großes Gesamtuntersetzungsverhältnis
innerhalb eines gegebenen Durchmessers des Bezugskreises E zu erzielen, indem man
die Abstände L1, L2 und die Kopfkreise Ga und Gd so groß wie möglich wählt.
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Wenn sich der Bezugskreis E als zu groß oder zu klein erweist, wird
eine neue Auslegung bzw. Ausbildung vorgenommen, nachdem man den Bezugskreis E verändert
hat, so daß auf diese Weise die Abmessungen optimiert werden.
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Ein Beispiel eines vierstufigen Untersetzungsgetriebes, das die oben
angegebenen dimensionellen Erfordernisse erfüllt, ist in der nachstehenden Tabelle
I wiedergegeben. Die Zahnradzahnbreiten werden in Übereinstimmung mit der Leistung
des Motors verändert, so daß sie in dem Bereich zwischen vier- und zehnmal so groß
wie die Module fallen.
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Tabelle I
| Stufen 1. Stufe 2. Stufe 3. Stufe 4. Stufe |
| Module 0,3 0,75 0,75 1 |
| kleine Bezugs- 1a 7b 1c 7d |
| Zahnrä- zeichen |
| der |
| Anzahl 10 16 16 12 |
| d. Zähne |
| große Bezugs- 2a 2b 2c 2d |
| Zahn- zeichen |
| räder |
| Anzahl 200 80 80 60 |
| d. Zähne |
| Durchmes- |
| ser der 60,6 61,5 61,5 62 |
| Kopfkrei- |
| ne (mm) |
| Mitte Bezugs- |
| abstand zeichen L1 L2 L2 L2 |
| Abstände 31,5 36 36 36 |
| (mm) |
Das Gesamtuntersetzungsverhältnis dieses Untersetzungsgetriebes beträgt 2500. Das
bedeutet, daß die Ausgangswelle in 15 Sekunden eine 900-Drehung ausführt, wenn ein
Motor verwendet wird, der eine Drehgeschwindigkeit von 2500 Umdrehungen pro Minute
hat. In entsprechender Weise führt die Ausgangswelle eine 900-Drehung innerhalb
von 30 Sekunden aus, wenn ein Motor verwendet wird, der eine Drehgeschwindigkeit
von 1250 Umdrehungen pro Minute
hat. Wenn die Drehgeschwindigkeit
der Ausgangswelle, die durch das in Tabelle I angegebene Untersetzungsgetriebe erzeugt
wird, zu niedrig ist, ist es möglich, dadurch eine höhere Drehgeschwindigkeit zu
erzielen, daß man die Zahnräder der zweiten oder dritten Stufe austauscht. Beispielsweise
wird die Anzahl der Zähne des kleinen Zahnrads Ib und des großen Zahnrads 2b auf
26 bzw. 70 verändert.
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Fig. 5 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel, in dem das in Fig. 2
gezeigte vierstufige Getriebe durch ein dreistufiges Getriebe ersetzt ist. Obwohl
nach der Darstellung der Fig. 5 der Motor M eine Position einnimmt, die unterschiedlich
von derjenigen der Fig. 2 ist, weil diese Figur gemäß der Abwicklung bzw. Entwicklung
der Zahnräder gezeigt ist, nimmt der Motor M tatsächlich die gleiche Position ein,
wie sie in Fig.
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3 gezeigt ist.
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In diesem Ausführungsbeispiel sind die Zahnräder 7b, 2b der zweiten
Stufe, die in Fig. 2 gezeigt ist, weggelassen, und das kleine Zahnrad Ia der Motorwelle
Mo ist so angeordnet, daß es mit dem großen Zahnrad 2a' in Eingriff steht, das an
dem kleinen Zahnrad 1c befestigt ist, welches seinerseits drehbar an der Ausgangswelle
D angebracht ist. Die Drehmomentübertragung erfolgt nämlich nicht in der Richtung
nach der Zwischenwelle A hin, sondern vielmehr in der Richtung nach der Ausgangswelle
D hin, und die erste Stufe ist direkt mit der dritten Stufe verbunden, indem die
zweite Stufe übersprungen wird.
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Infolgedessen hat die Beziehung zwischen den Abständen L1 und L2 beia
Bestimmen der Abmessung eine gewisse Signifikanz. Der Abstand L3 hat einen Minimalwert,
der durch die Abmessungen des Motors und der Nocken begrenzt ist. Jedoch ist es
ziemlich vorteilhaft, daß das Zahnrad 2a' die gleiche Abmessung und Form wie das
große Zahnrad 2a haben kann, wenn der Abstand L3 strikt
gleich
dem Abstand L1 gewählt wird. Bei der Herstellung eines großen Zahnrads 2a' wird
der Durchmesser des Kopfkreises dieses Zahnrads beschränkt, um eine Störung zwischen
den Zahnradzähnen desselben und der Zwischenwelle A zu vermeiden. Jedoch kann der
Abstand L3 einen beträchtlich weiten Auswahlbereich haben. Wenn der Abstand L3 so
gewählt wird, daß er gleich dem Abstand L1 ist, wird die Geschwindigkeit der Ausgangswelle
im Vergleich mit dem ersten Ausführungsbeispiel um das Fünffache erhöht, weil die
zweite Stufe weggelassen ist.
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Das grundsätzliche Prinzip der Erfindung wurde vorstehend beschrieben.
Im Rahmen der Erfindung wurden verschiedenste elektrische Verstelleinrichtungen
getestet, die den verschiedensten Ventilbetriebsanforderungen gewachsen waren, und
zwar einschließlich von Verstelleinrichtungen für große und kleine Drehmomente.
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Außerdem wurden im Rahmen der Erfindung experimentell Änderungen der
Ausgangsgeschwindigkeit durch Auswechseln der Zahnräder vorgenommen * Als Ergebnis
hiervon wurden die folgenden Erfolge erreicht.
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Geht man davon aus, daß der Durchmessers des Bezugskreises durch 100
repräsentiert wird, dann werden der Motor und das Uetersetzungsgetriebe rationell
in dem Bezugskreis E angeordnet, wenn die Abmessung (Länger der Seite, wenn der
Motor quadratisch ist), der Abstand L1, der Abstand L2 und die Durchmesser der Kopfkreise
Ga, Gd in die Bereiche von 40 bis 55 bzw. 25 bis 30 bzw. 30 bis 40 bzw. 50 bis 65
fallen, und wenn das Verhältnis des Hoduls zwischen der ersten Stufe und der Endstufe
zwischen 2 und 8 liegt. Es konnte außerdem bestätigt werden, daß durch die oben
angegebenen Abmessungsbereiche geneigend hohe Festigkeiten der Zahnräder erzielt
werden.
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Nachstehend sei ein manuelles Betätigungssystem unter spezieller Bezugnahme
auf die Figuren 6 bis 8 beschrieben. In diesen Figuren ist mit den Bezugszeichen
B2 und D die Bodenwand bzw.
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die Ausgangswelle bezeichnet. Das Betätigungsende der Ausgangswelle
D ist mit dem Bezugszeichen 10 versehen. Das Bezugszeichen Y repräsentiert ein Joch
bzw. einen Bügel, während ein zu betätigendes Ventil mit V bezeichnet ist. Ein oberer
Flansch 14 des Bügels Y und ein unterer Flansch 15 sind an der Bodenwand B2 bzw.
am Ventil F mittels Schrauben befestigt. Mit 16 ist eine Ventilspindel bezeichnet,
die durch einen Sockel 17 mit der Ausgangswelle D verbunden werden kann.
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Es sei zunächst auf Fig. 6 Bezug genommen, wonach der Sockel 17 in
seinem oberen Endteil mit einer Führungsbohrung 19 versehen ist, die den im Querschnitt
kreisförmigen Teil 18 des Betätigungsendes 10 (d.h. des betätigenden Endes) der
Ausgangswelle D aufnehmen kann, sowie mit einer drehmomentübertragenden Bohrung
21, die so geformt ist, daß sie mit dem drehsonentübertragenden Teil 20 der Ausgangswelle
D zusamenpaBt, um das von der Ausgangswelle D abgegebene Drehmoment zu übertragen.
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Die äußere Umfangsoberfläche des Sockels 17 im mittigen Teil des letzteren
ist teilweise abgeflacht, so daß sich zwei parallele Oberflächen bei 22 ergeben,
die den Eingriff eines Mutter-bzw. Schraubenschlüssels mit dem Sockel ermöglichen,
wenn das Ventil manuell betätigt werden soll. Am unteren Ende des Sokkels 17 ist
eine quadratische Bohrung 24 ausgebildet, die den im Querschnitt quadratischen Teil
23 des Ventilschafts bzw.
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der Ventilspindel 16 aufnehmen kann. Die quadratische Bohrung 24 geht
kontinuierlich in eine Bohrung 25 huber, die auf bzw.
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Uber ihr ausgebildet ist. Eine Feder 28, die zwischen der oberen Oberfläche
26 der Ventilspindel 16 und dem Boden der Bohrung 25 des Sockels 17 angeordnet ist,
dient dazu, den Sockel 17 nach aufwärts vorzuspannen.
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Der Zustand der elektrischen Verstelleinrichtung, wie er in Fig. 6
gezeigt ist, ermöglicht den elektrischen Antrieb des Ventils. Die Rotation oder
das Drehmoment der Ausgangswelle D der elektrischen Verstelleinrichtung wird nämlich
durch den
gegenseitigen Eingriff des drehmomentUbertragenden Teils
20 der Ausgangswelle D und der drehmomentUbertragenden Bohrung 21 des Sockels 17
auf den Sockel 17 übertragen. Die Drehung oder das Drehmoment wird weiter von dem
Sockel 17 auf die Ventilspindel 16 Ubertragen, und zwar durch die quadratische Bohrung
24 des Sockels 17 und den im Querschnitt quadratischen Teil 23 der Ventilspindel
16, so daß auf diese Weise die Ventilspindel 16 elektrisch angetrieben wird.
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Zur manuellen Betätigung des Ventils wird ein Schraubenschlüssei in
Eingriff mit den beiden parallelen Oberflächen 22 des Sockels 17 gebracht und nach
abwärts gedrückt, so daß die Kraft der Feder 28 überwunden und der Sockel 17 in
die in Fig.
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7 gezeigte Position bewegt wird. In diesem Zustand wird das Drehmoaent,
das durch den Schraubenschlüssel auf den Sockel 17 ausgeübt wird, nur auf die Ventilspindel
16 jedoch nicht auf die Ausgangswelle D übertragen, so daß das Ventil V ohne Bewirkung
einer Drehung der Zahnräder der elektrischen Verstelleinrichtung manuell geöffnet
und geschlossen werden kann. Im einzelnen wird, wenn man den Sockel 17 nach abwärts
bewegt, die drehmomentübertragende Bohrung 21 des Sockels 17 außer Eingriff mit
dem drehmomentübertragenden Teil 20 der Ausgangswelle D gebracht, so daß das Drehmoment
des Sockels 17 nicht auf die Ausgangswelle D übertragen wird. Jedoch nimmt die Führungsbohrung
19 al oberen Ende des Sockels 17 in diesem Zustand noch den ii Querschnitt kreisförmigen
Teil 18 der Ausgangswelle D auf, so daß diese Ausgangswelle wirksam als Führung
oder Halterung für den Sockel 17 dient, wenn letzterer manuell mittels des Schraubenschlüssels
gedreht wird. Die Abwärtsbewegung des Sockels 17 wird durch die obere Endoberfläche
26 der Ventilspindel 16 beschränkt, da diese in Anlage mit einem Schulterteil 29
gelangt, das am unteren Ende des Sockels 17 zwischen der quadratischen Bohrung 24
und der oberen Bohrung 25 ausgebildet ist.
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Venn der Sockel 17 mittels des Schraubenschlüssels während des Niederdrückens
des letzteren zur Überwindung der Kraft der Feder
28 gedreht wird,
dann wird das Drehmoment, das auf den Sokkel 17 ausgeUbt wird, nicht auf die Ausgangswelle
D Ubertragen, sondern auf die Ventilspindel 16, und zwar durch den Eingriff zwischen
der quadratischen Bohrung 24 im unteren Ende des Sokkels 17 und dem quadratischen
Teil 23 der Ventilspindel 16, so daß das Ventil manuell betätigt wird. Nach der
manuellen Betätigung wird der Sockel 17 durch die Einstellkraft der Feder 28 nach
aufwärts gedrückt. Jedoch wird der Sockel 17 nicht direkt in die in Fig. 6 gezeigte
Position zurückgestellt* da die untere Endoberfläche 30 der Ausgangswelle D an dem
Schulterteil 31 zwischen der Führungsbohrung 19 und der Drehübertragungsbohrung
21 des Sockels 17 zur Anlage gelangt.
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Um den Sockel 17 wieder in die Position zur automatischen Ventilbetätigung
einzustellen, wird der Sockel 17 manuell gedreht, bis die Drehmomenttibertragungsbohrung
21 des Sockels 17 in WinkelUbereinstimmung mit dem Drehmomentubertragungsteil 20
der Ausgangswelle D gelangt. Wenn die Drehmomentübertragungsbohrung 21 und der Drehmomentübertragungsteil
20 winkelmäßig Ubereinstimmen bzw. fluchten, kann sich der Sockel 17 durch die Kraft
der Feder 28 so weit nach aufwärts bewegen, daß die Drehmomentübertragungsbohrung
21 und der Drehmomentübertragungsteil 20 in Eingriff miteinander gebracht werden,
so daß eine Drehmomentübertragung fUr die automatische Ventilbetätigung ermöglicht
wird.
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Als alternative Maßnahme ist es möglich, die elektrische Verstelleinrichtung
anzutreiben, eo daß die Ausgangswelle D so weit verdreht wird, bis die vorstehend
winkelmäßige Fluchtung erreicht ist. Dann wird der Sockel 17 nach aufwärts durch
die Kraft der Feder 28 zurückgebracht, wenn die winkelmäßige Fluchtung zwischen
dem Drehmomentübertragungsteil 20 und der Drehmomentübertragungsbohrung 21 erreicht
ist, so daß der DrehmomentUbertragungszustand augenblicklich wiederhergestellt wird.
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Fig. 8 zeigt ein anderes Beispiel eines manuellen Betätigungssystems,
das sich von dem in den Figuren 6 und 7 gezeigten unterscheidet. In diesem Beispiel
ist eine Mihrungsbohrung 32 in dem Bügel Y ausgebildet, welche den im Querschnitt
kreisförmigen Teil 33 des Sockels 17 aufnimmt. Die Art und Weise der Betätigung
ist in diesem Beispiel im wesentlichen identisch mit derjenigen des in den Figuren
6 und 7 gezeigten Beispiels. Jedoch ermöglicht es dieses Ausführungsbeispiel, die
Länge des betätigenden Endteils 10 der Ausgangswelle D der elektrischen Verstelleinrichtung
zu vermindern. Das hat seinerseits verschieden. Vorteile. Beispielsweise wird die
Herstellung der Ausgangswelle beträchtlich erleichtert. Darüberhinaus wird, da der
Abstand zwischen dem Ventil V und der elektrischen Verstelleinrichtung, d.h. der
Abstand zwischen dem oberen und unteren Flansch 4 und 15 des Bügels, vermindert
werden kann, die Höhe der elektrischen Ventilanordnung einschließlich der elektrischen
Verstelleinrichtung, d.h. die Höhe zwischen dem oberen Ende der elektrischen Verstelleinrichtung
zur Mitte der Fluidströnung in dem Ventil, beträchtlich herabgesetzt.
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Das manuelle Betätigungssystem, das den Sockel 17 umfaßt, kann ohne
irgendwelche Abwandlungen der elektrischen Verstelleinrichtung der Figur 2, die
kein manuelles Betätigungssysten hat, hergestellt werden, obwohl eine leichte Abwandlung
des Sockels, wie er ursprünglich für die Übertragung des Drehmoments verwendet wird,
notwendig ist. Dieses manuelle Betätigungssystem ist ziemlich vorteilhaft gegenüber
einer elektrischen Verstelleinrichtung mit manuellem Betätigungshandgriff, das weiter
unten in Verbindung mit Fig. 9 beschrieben wird, und zwar im Hinblick auf die Herstellung
des elektrischen Ventils. Dieses manuelle Betätigungssystem, das den Sockel 17 umfaßt,
ist jedoch nur für Ventile kleiner Abmessungen geeignet, die kein großes Ventilbetätigungsdrehmoment
erfordern, da die manuelle Kraft, die auf den Sockel 17 ausgeübt werden kann, beschränkt
ist. In den elektrischen Ventilen kleiner Abmessungen nimmt die elektrische Verstelleinrichtung
einen beträchtlich großen Raum der Abmessung
des Ventils ein. Es
ist infolgedessen ziemlich vorteilhaft, daß den Sockel 17 aufweisende manuelle Betätigungssystene
zur VerfU-gung zu haben, ohne daß eine Abwandlung der in Fig. 2 gezeigten elektrischen
Verstelleinrichtung erforderlich ist, weil die Abmessungen des elektrischen Ventils
als Ganzes durch das Vorsehen dieses manuellen Betätigungssystems nicht erhöht werden.
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Das manuelle Betätigungssystem, in dem der Sockel 17 verwendet wird,
kann eine große Vielzahl von Modifizierungen aufweisen.
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Beispielsweise kann der quadratische Teil 23 der Ventilspindel so
abgewandelt werden, daß er einen ovalen Querschnitt hat, oder er kann durch einen
Keil, einen Splint, eine Verzahnung, einen Vorsprung o.dgl. ersetzt werden. In eine.
solchen Falle wird die quadratische Bohrung 24 des Sockels entsprechend abgewandelt.
Es ist außerdem möglich, die Bohrung 25 in Sockel 17 wegzulassen und stattdessen
eine Bohrung zur Aufnahme der Feder 28 in dem quadratischen Teil 23 der Ventilspindol
16 auazubilden.
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In diesen Falle wirkt die Feder 28 zwischen dem Boden der Bohrung,
die in der Ventilspindel ausgebildet ist, und den Boden der quadratischen Bohrung
24, die in dem unteren Ende des Sokkels 17 ausgebildet ist.
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Fig. 9 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung, die auch mit
einer manuellen Betätigungsfunktion ausgebildet ist.
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Eine Handgriffwelle 35, die einen Handgriff 34 besitzt, erstreckt
sich durch das Gehäuse F und über dieses hinaus. Die Handgriffwelle 35 ist drehbar
und axial relativ zu den G.hluse F bewegbar. Die Anordnung ist so, daß der Handgriff
34 und die Handgriffwelle 35 in der in Fig. 9 gezeigten Position bleiben, wenn nicht
eine gewisse Druckkraft auf den Handgriff 34 ausgettbt wird. Mit 36 ist ein Anschlag
bezeichnet, der die Bewegung des Handgriffs 34 nach oben begrenzt, während mit 37
eine Kupp lung bezeichnet ist, die an den unteren Ende der Handgriftwelle 35 angebracht
ist. Eine manuell betätigbare Welle 38 ist koaxial zur Handgriffwelle 35 angeordnet
und wird durch die Trägerwand B1 und die Bodenwand B2 so gehalten, daß sie sich
frei drehen und
in der vertikalen Richtung bewegen kann. Eine Kupplung
39, die an der manuell betätigbaren Welle 38 angebracht ist, kann mit der vorerwähnten
Kupplung 37 in Eingriff gebracht werden. Ein großen Zahnrad 2b1, das drehbar von
der Ausgangswelle D getragen ist, kämmt mit dem Zahnrad 1b, während ein Zahnrad
2b2 der gleichen Abmessung wie das Zahnrad 2b1 an dem kleinen Zahnrad 1c befestigt
ist. Ein manuell betätigbares Zahnrad 40 ist mit beiden großen Zahnrädern 2b1 und
2b2 in Eingriff und an der manuell betätigbaren Welle 38 befestigt. Das manuell
betätigbare Zahnrad 40 wirkt so, daß es das Drehmoment von dem großen Zahnrad 2b1
auf das große Zahnrad 2b2 während der automatischen Ventilbetätigung durch den Motor
M überträgt. Dieses Zahnrad 40 befindet sich jedoch während der manuellen Ventilbetätigung,
die durch den Handgriff 34 ausgeführt wird, nicht in Eingriff mit dem großen Zahnrad
2b1, sondern es ist nur mit dem großen Zahnrad 2b2 in Eingriff, so daß verhindert
wird, daß das manuell ausgeübte Drehmoment zur Motorseite hin übertragen wird.
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Mit 41 ist eine Feder bezeichnet, die in einem leicht zusammengedrückten
Zustand zwischen der Bodenwand B2 und dem manuell betätigbaren Zahnrad 40 angeordnet
ist, so daß sie die manuell betätigbare Welle 38 elastisch nach aufwärts drückt.
Diese Aufwärtsbewegung der manuell betätigbaren Welle 38 wird durch einen Anschlag
42 begrenzt. Die positionsmäßige Beziehung zwischen der Motorwelle Mo und der Zwischenwelle
A sowie der Ausgangswelle D und der hemmende Zustand zwischen den Zahnrädern 1a
und 2a, Ic und 2c sowie zwischen den Zahnrädern 1d und 2d sind identisch mit denjenigen,
die in Fig. 2 gezeigt sind. Mit S3 ist ein Sicherheitsschalter bezeichnet, mit den
die Stromzufuhr zum Motor X vor der manuellen Ventilbetätigung unterbrochen werden
kann, und dieser Schalter ist durch eine geeignete Befestigungsvorrichtung stationär
an der Trägerwand B1 befestigt.
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Das Umschalten der Betriebsweise aus der automatischen in die manuelle
Betriebsweise geschieht durch Niederdrücken des Handgriffs 34. Wenn eine nach abwärtsgerichtete
manuelle Kraft von einen gewissen Niveau auf den Handgriff 34 ausgeübt wird, dann
aktiviert
die Kupplung 37 den Sicherheitsschalter S3, so daß letzterer die Stromzufuhr zum
Motor M unterbricht. Eine weitere Abwärtsbewegung bewirkt, daß das untere Ende der
manuell betätigbaren Welle 38 Uber die Kupplungen 37, 39 in Anlage an die Bodenwand
B2 gebracht wird. In diesem Zustand befinden sich die Kupplungen 37 und 38 in Eingriff
miteinander, Bo daß sie eine Übertragung des Drehmoments vom Handgriff 34 auf die
manuell betätigbare Welle 38 ermöglichen. Gleichzeitig befindet sich das manuell
betätigbare Zahnrad 40 außer Eingriff mit dem größeren Zahnrad 2b1, so daß der Motor
M und die damit verbundenen Zahnräder isoliert bzw. abgetrennt sind. Das Ventil
kann durch Drehen des Handgriffs 34 manuell betätigt werden. Die Drehung der manuell
betätigbaren Welle 38 wird nämlich durch das Getriebe auf die Ausgangswelle D übertragen.
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Zum Zurückschalten der elektrischen Verstelleinrichtung in die automatische
Betriebsweise wird der Handgriff 34 nach aufwärts gezogen, bis die Kupplung 37 in
Kontakt mit dem Anschlag 36 gelangt. Dann wird die manuell betätigbare Welle 38
(durch die Feder 41) nach aufwärts gedrUckt, so daß sie ihre ursprüngliche Position
wieder einnimmt, und gleichzeitig wird der Schalter S3 zurückgestellt, so daß er
wieder eine Stromversorgung des Motors M zuläßt.
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Infolgedessen wird in diesem Ausführungsbeispiel die manuelle Betriebsweise
durch die großen Zahnräder 2b1 und 2b2 ermöglicht, die in ihrer Kombination die
das große Zahnrad 2b der zweiten Stufe des in Fig. 2 gezeigten Untersetzungsgetriebes
wirken. Wie man ohne weiteres erkennen kann, ist die manuelle Betätigung auch dadurch
möglich, daß das große Zahnrad 2a der ersten Stufe oder das große Zahnrad 2c der
dritten Stufe von zwei gesonderten Zahnrädern gebildet werden. Genauer gesagt wird,
wenn das manuelle Betätigungssystem so aufgebaut wird, daß man das große Zahnrad
2a der ersten Stufe unterteilt, ein beträchtlich großes Untersetzungsverhältnis
zwischen dem Handgriff und der Ausgangswelle D erzielt, so daß das Ventil durch
eine
verminderte manuelle Kraft betätigt werden kann, obwohl die Anzahl der Drehungen
des Handgriffs erhöht wird. Diese Anordnung ist daher geeignet, in Kombination mit
einem Ventil großer Abmessungen verwendet zu werden, das ein großes Ventilbetätigungsdrehmoment
erfordert. Im Gegensatz zu den obigen Ausführungen wird, wenn das manuelle Betätigungasystem
in der Weise aufgebaut wird, daß man das große Zahnrad 2c der dritten Stufe unterteilt,
das Untersetzungsverhältnis vermindert, wodurch eine schnelle Ventilbewegung ermöglicht
wird, die allerdings ein vergleichsweise großes manuelles Drehmoment erfordert.
Diese Anordnung ist daher geeignet, in Komblnation mit eine. Ventil kleiner Abmessungen
verwendet zu werden. In entsprechender Weise kann das großes Zahnrad 2a' der ersten
Stufe und das große Zahnrad 2c der zweiten Stufe in dem in Fig. 5 gezeigten Getriebe
zum Zwecke der Ermöglichung einer manuellen Betätigung des Ventils unterteilt werden.
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Nachstehend sei eine Anordnung zur Fernanzeige der Öffnung des Ventils
unter Bezugnahme auf Fig. 9 beschrieben. Allgemein erfolgt der Antrieb des elektrischen
Ventils von einer Stelle her, die von.dei Ventil entfernt ist. Es ist daher erforderlich,
eine geeignete Einrichtung zum Übertragen der Ventilöffnung bzw. der Anzeige des
Öffnungszustands des Ventils an eine entfernte Stelle vorzusehen. Üblicherweise
wird als Vbertragungseinrichtung ein Potentiometer verwendet, das ein elektrischon
Teil ist, welches einen elektrischen Widerstand besitzt, der in Übereinstinung mit
dem Drehwinkel veränderlich ist. In der elektrischen Verstelleinrichtung, die in
Fig. 9 gezeigt ist, ist ein Potentiometer 43 stationär an der Trägerwand B2 mittels
eines geeigneten Befestigungsteils befestigt. Außerdem ist eine mit den Bezugszeichen
44 versehene Kupplung vorgesehen, durch die das Kontrollende 11 der Ausgangswelle
D mit der Welle 45 des Potentiometers 43 verbunden ist. In dieser Anordnung wird
die Ventilöffnung, d.h. der Drehwinkel der Ausgangswelle D, durch die Kupplung 44
auf das Potentiometer 43 übertragen und in letzterem in einen elektrischen Widerstandswert
umgewandelt, so daß dieser bzw. der Öffnungsgrad des Ventils an die entfernte Stelle
Uebertragen werden kann.
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Die Manipulation des Handgriffs zum Zwecke der manuellen Betätigung
des Ventils muß ausgeführt werden1 während man die Position oder Öffnung des Ventils
beobachtet. Es hat sich jedoch oft herausgestellt, daß die Ventilspindel hinter
dem Auskleidungs- bzw. Verschalungsmaterial verborgen ist, wodurch eine visuelle
Überprüfung schwierig gemacht wird. Aus diesem Grunde ist es erforderlich, einen
geeigneten Ventilötrnungsanzeiger in einer geeigneten Position in der Nähe des Handgriffs
vorzusehen. Das Bezugszeichen 46 ist eine. Zeiger zugeordnet, der an der Welle 45
des Potentiometers 43 angebracht ist, während mit 47 eine Skala bezeichnet ist,
die die Ventildrrnung anzeigt. Ein Sichtfenster 48, das aus einem transparenten
Material, wie beispielsweise Kunststoff oder Glas, hergestellt ist, ist an einer
Bohrung 49 angebracht, die in dem Teil des GebOusos F ausgebildet ist, an dem eine
leichte Beobachtung des Zeigers 46 möglich ist. Der Ventilöffnungsgrad, der durch
das Potentiometer angezeigt wird, und die Ventilanzeige durch das Zusammenwirken
des Zeigers und der Skala können unabhängig voneinander oder in Verbindung miteinander
benutzt werden.
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Das Potentiometer 43, der Zeiger 46 und die Skalenplatte 47 haben
vorzugsweise kleine Abmessungen, da dio Abmessungen dieser Bestandteile den in Fig.
2 gezeigten Abstand L3 beträchtlicb beeinflussen, so daß durch die vorerwähnten
kleinen Abmessungen die Abmessungen der elektrischen Verstelleinrichtung vermindert
werden.
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Nachstehend sei näher erläutert, in welcher Weise die elektrische
Verstelleinrichtung nach der Erfindung für den Aufbau von explosionssicheren elektrischen
Ventilen geeignet ist. Es gibt mehrere Typen oder Klassen der Explosionssicherheit.
Jedoch besteht das allgemeine Erfordernis darin, daß dann, wenn ein entflammbares
Gas, das in den Raum in der elektrischen Verstelleinrichtung eindringt, durch Funken,
wie sie beispielsweise durch den Betrieb der Schalter S,, S2 erzeugt werden, ontzUndet
und zur Explosion gebracht wird, das in der Umgebung befindliche entflammbare Gas
kein Feuer fängt, welches sich aus'
dem Inneren der elektrischen
Verstelleinrichtung fortpflanzt.
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Unter diesem Gesichtspunkt gibt es eine Regel, wonach die elektrische
Verstelleinrichtung einen Druckwiderstand haben muß, der hoch genug ist, daß sie
dem Innendruck des explosiven Brennens des Gases widersteht und daß die Verbindungsteile
kleine Abstände und große Länge (Dichtungsspalt) haben sollen, so daß die Fortpflanzung
der Flamme auf die Außenseite der elektrischen Verstelleinrichtung verhindert wird.
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Das zylindrische Gehäuse der elektrischen Verstelleinrichtung nach
der Erfindung weist naturgemäß einen größeren Druckwiderstand auf als eine konventionelle
elektrische Verstelleinrichtung, die ein Gehause hat, welches einen rechteckigen
Querschnitt besitzt. Darüberhinaus weist das Gehäuse der elektrischen Verstelleinrichtung
nach der Erfindung einen großen Widerstand gegen inneren Druck auf, weil der Durchmesser
genU-gend klein ist. Außerdem ist der Explosionsdruck nicht so hoch, weil das Volumen
des Gehäuses klein ist. Infolgedessen besitzt die elektrische Verstelleinrichtung,
die ein zylindrisches Gehäute hat, einen hervorragenden Widerstand gegen den Explosionsdruck.
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Was nun den Abdichtungsspalt anbetrifft, so ist es außerordentlich
schwierig, ein konventionelles Gehäuse* das einen rechteckigen Querschnitt hat,
mit minimalisierten Spalten an den Verbindungsstellen zusammenzubauen. Im einzelnen
können die Abdichtungen zwischen dem Gehäuse F und der Trägerwand B1 sowie zwischen
dem Gehäuse F und der Seitenwand B3 in einer konventionellen elektrischen Verstelleinrichtung
mittels Flanschen erzielt werden. Das ist jedoch wegen eines starken bzw. großen
Vorrpringens der Flansche nicht zu bevorzugen. Im Gegensatz zu der vorstehenden
kann in der elektrischen Verstelleinrichtung nach der Erfindung die Bodenwand B2
einfach an dem Gehäuse F angebracht bzw. in das Gehäuse F eingesetzt werden* so
daß das Zusammenbauen des Gehäuses beträchtlich erleichter wird. Darüberhinaus kann
der Umfangsteil der Bodenwand B2 nach aufwärts verlängert bzw. langgestreckt ausgebildet
werden, soweit das
zur Erzielung einer größeren Länge des Abdichtungsspalts
erforderlich ist. Außerdem ermöglicht es die zylindrische Form des Gehäuses, kommerziell
verfügbare O-Ringe in einer Ringnut 52 zu verwenden, wodurch das Eindringen von
Regenwasser und anderen Fremdstoffen wirksam verhindert wird.
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Schließlich sei erläutert, inwiefern die elektrische Verstelleinrichtung
nach der Erfindung kleine Abmessungen hat und leicht herstellbar ist.
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Was die Abmessungen der elektrischen Verstelleinrichtungen anbetrifft,
sei hier angenommen, daß zum Vergleich eine konventionelle elektrische Verstelleinrichtung
die gleiche Kapazität wie diejenige nach der Erfindung hat und daß das Getriebe
dieser Verstelleinrichtung von vier Stufen von miteinander kämmenden Zahnrädern
gebildet wird, wobei jede Stufe eine unabhängige Welle hat. Die Figuren 10 und 11
sind eine Vorder-Aufrißansicht und eine Seiten-Aufrißansicht einer solchen konventionellen
elektrischen Verstelleinrichtung. Wie man aus diesen Figuren ersieht, hat diese
konventionelle elektrische Verstelleinrichtung einen rechteckigen horizontalen Querschnitt.
Es sei außerdem hier angenommen, daß eine elektrische Verstelleinrichtung nach der
Erfindung so ausgebildet ist, daß sie ebenfalls einen rechteckigen Querschnitt besitzt.
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Hinsichtlich der Abmessungen ist zu bemerken, daß der Abstand L1 als
gleich dem Abstand L2 angesehen wird, da die Abstände L1 und L2 in Tabelle 1 einander
im wesentlichen gleich sind.
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Da der Radius des großen Zahnrads bis zum Umfangsende der Zähne kleiner
als L2 ist, sei angenommen, daß der Abstand zwischen der Mitte des großen Zahnrads
und dem Gehäuse F oder der Seitenwand B3 gleich L2 ist. Darüberhinaus wird angenommen,
daß die vorspringende Länge des Flansches in der konventionellen elektrischen Verstelleinrichtung
0,5 L2 beträgt.
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Die elektrische Verstelleinrichtung nach der Erfindung hat die Abmessungen
Ln und Wn, während die konventionelle elektrische
Verstelleinrichtung
die Abmessungen Lo und Wo hat, wie aus den Figuren 10 und 11 ersichtlich ist.
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Infolgedessen sind die Verhältnisse der Abmessungen der elektrischen
Verstelleinrichtung nach der Erfindung zu denjenigen der konventionellen elektrischen
Verstelleinrichtung wie folgt: Ln/Lo 1 4/7 s 0,57 (längere Seite), Wn/Wo 1 2/3 1
0,67 an der kürzeren Seite und (4 x 2)/(7 x 3) - 0,38 (Fläche).
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Berechnet man nun die Abmessungen einer konventionellen elektrischen
Verstelleinrichtung auf der Basis eines zylindrischen Gehäuses, wie es in der vorliegenden
Erfindung verwendet wird, dann erfordert die konventionelle elektrische Verstelleinrichtung
einen Gehäusedurchmesser von 5 L2, während die elektrische Verstelleinrichtung nach
der Erfindung einen Gehäusedurchmesser erfordert, der äußerstenfalls nur 3,3 L2
beträgt. Infolgedessen hat eine elektrische Verstelleinrichtung nach der Erfindung
einen Durchmesser und eine Fläche, die nur 66 % und 44 X desjenigen bzw. derjenigen
einer konventionellen elektrischen Verstelleinrichtung beträgt.
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Der obige Vergleich wurde in der Annahme durchgeführt, daß das Getriebe
vier Stufen besitzt. Jedoch werden die Abmessungen der elektrischen Verstelleinrichtung
nach der Erfindung selbst dann nicht wesentlich erhöht, wenn die Anzahl der Stufen
auf sechs erhöht wird, weil die Zahnräder der ersten Stufe genügend klein ausgebildet
werden können. Im Ergebnis werden daher bei einer tatsächlichen elektrischen Verstelleinrichtung
die Abmessungen gegenüber den hier in der Beschreibung angegebenen Abmessungen weiter
vermindert.
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Hinsichtlich der Höhe der Verstelleinrichtung gibt es keinen wesentlichen
Unterschied zwischen den oben erläuterten Beispielen einer konventionellen elektrischen
Verstelleinrichtung und liner elektrischen Verstelleinrichtung nach der Erfindung.
Jedoch ist eine konventionelle elektrische Verstelleinrichtung
in
der Praxis Ublicherweise mit einer Kammer versehen, die an der unteren Seite des
Getriebekastens angebracht ist und dazu dient, die Schalter aufzunehmen sowie die
Nocken, die am unteren Teil der Ausgangswelle angebracht sind. Im Vergleich mit
konventionellen elektrischen Verstelleinrichtungen, die solche Zusätze haben, wird
mittels der Erfindung eine Verminderung der Gesamthöhe um 25 % erzielt.
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Die elektrische Verstelleinrichtung nach der Erfindung läßt sich aus
den nachstehend angegebenen Gründen viel einfacher heratellen. Zunächst ist die
Anzahl der Getriebezahnräder, die in dem in Fig. 1 gezeigten Getriebe zwölf beträgt,
auf acht vermindert. Die Anzahl der Wellen ist von sechs auf zwei herabgesetzt.
Selbst im Falle der in Fig. 10 gezeigten Getriebeanordnung ist die Anzahl der Wellen
von vier auf zwei herabgesetzt. Weiter haben die Bestandteile, wie das Gehäuse,
die Trägerwand, die Bodenwand etc., verminderte Abmessungen und vereinfachte Konfigurationen,
so daß sie unter minimalem Materialverbrauch und mittels einfacher Verarbeitung
hergestellt werden können. Außerdem kann der Zusammenbau dadurch erleichtert werden,
daß man die Teile in der entsprechenden Reihenfolge auf der Bodenwand des Gehäuses
anordnet und montiert. Der Zusammenbau wird insbesondere aufgrund der Installation
aller elektrischen Teile auf der Trägerwand erleichtert. Weiterhin kann eine Änderung
bzw. ein Austausch von Zahnrädern zum Verändern der Betätigungsgeschwindigkeit gemäß
den Wünschen des Benutzers leicht vorgenommen werden.
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Darüberhinaus läßt sich leicht ein explosionssicherer Aufbau erreichen.
Im Ergebnis kann der explosionssichere Aufbau durch eine einfache Abwandlung der
elektrischen Verstelleinrichtung, die keinen explosionssicheren Aufbau besitzt,
erzielt werden, so daß die elektrische Verstelleinrichtung nach der Erfindung für
die Massenproduktion geeignet ist.
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Wie beschrieben wurde, wird gemäß der Erfindung eine elektrische Verstelleinrichtung
von kleinen Abmessungen zur Verfügung
gestellt, die sich leicht
herstellen läßt. Außerdem ermöglicht die zylindrische Form eine leichte Abwandlung
zum Erzielen einer genügenden Explosionssicherheit und einer Dichtheit der Abdichtung.
Außerdem kann die elektrische Verstelleinrichtung nach der Erfindung direkt bei
Ventilen angewandt werden, die eine Winkelversetzung bzw. einen Drehwinkel von 1800,
2700 etc.
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erfordert. Es sei weiter darauf hingewiesen, daß der Austausch oder
das Ändern der Zahnräder erleichtert ist, so daß es möglich ist, die Betriebsgeschwindigkeit
der Ausgangswelle leicht und in einfacher Weise zu ändern. Schließlich kann die
elektrische Verstelleinrichtung nach der Erfindung leicht so modifiziert werden,
daß sie die Ventilöffnung bzw. den Ventilöffnungsgrad anzeigt und daß das Ventil
manuell betätigbar ist.
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Kurz zusammengefaßt wird mit der Erfindung eine elektrische Betätigungs-
bzw. Verstelleinrichtung für ein mechanisches Organ bzw. Element zur Verfügung gestellt,
die ein Gehäuse aufweist, das eine zylindrische Umfangswand sowie eine Endwand an
seinem Ende und eine Trägerwand, die zwischen den Enden der Umfangswand angeordnet
ist und sich parallel sowie im Abstand zu der Endwand erstreckt, aufweist. Ein Motor
mit einer Welle ist auf der Trägerwand montiert. Eine einzige Zwischenwelle und
eine einzige Ausgangswelle erstrecken sich parallel zueinander zwischen der Trägerwand
und der Endwand und sind drehbar in den Wänden montiert bzw. gelagert, wobei die
Ausgangswelle mit dem mechanischen Organ bzw. Element verbindbar ist. Ein mehrstufiger
Untersetzungsgetriebemechanismus ist vorgesehen, der wenigstens drei Stufen aufweist.
Die erste der Stufen umfaßt ein kleines Zahnrad, das auf der Welle des Motors angebracht
ist, und ein mit dem kleinen Zahnrad kämmendes großes Zahnrad, das auf der Zwischenwelle
oder der Ausgangswelle angebracht ist.
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Jede der übrigen Stufen umfaßt ein Paar miteinander in Eingriff bringbare
bzw. befindliche Zahnräder, die im Durchmesser unterschiedlich und auf der Zwischenwelle
bzw. der Ausgangswelle angebracht sind.
-
Ende der Beschreibung1
Leerseite