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Die
Erfindung betrifft eine pneumatische, hin- und hergehende Rotationsantriebsmechanismuseinheit
zum Betätigen
eines Absperrelements in einem Absperrventil, umfassend ein im Wesentlichen
geschlossenes Gehäuse,
in welchem eine Antriebswelle drehbar gelagert ist, die ihrerseits
mit dem Absperrelement verbunden werden kann, ein pneumatisches
Steuerventil zum Steuern der Antriebswelle und erste Signalübertragungsmittel
zum Zuleiten von Steuersignalen zum pneumatischen Steuerventil. Der
Antriebsmechanismus, wie in der Holländischen Offenlegungsschrift
Nr. 7512312 offenbart, welcher mit Peripherieausrüstung in
der Praxis verwendet wird, entspricht der obigen Beschreibung. Solche
Antriebsmechanismen werden allgemein zum Betreiben von Drosselklappen,
Kegelventilen und Kugelventilen als auch für Lamellen in Dämpfern verwendet, wobei
der Rotationswinkel der Antriebswelle auf maximal 180° und üblicherweise
auf 90° beschränkt ist. Um
dies zu erreichen, sind alle Arten von pneumatischen Komponenten
und Steuerausrüstung
an der Außenseite
des Gehäuses
angebracht, wie das Steuerventil und ein Signaltransmitter.
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In
einer funktionalen Situation, worin die Antriebswelle nur in der
Lage zu sein braucht, zwei Positionen einzunehmen, welche einer
Offen-Position und einer Geschlossen-Position eines Absperrventils entsprechen, umfassen
solche Peripheriegeräte
im Allgemeinen einen sogenannten Solenoid, welcher auf der Außenseite
des Gehäuses
angebracht ist, wobei der Solenoid die elektrischen Steuersignale von
einem zentralen elektronischen Steuersystem in pneumatische Steuersignale
zum Betätigen
eines pneumatischen Steuerventils, welches ebenfalls einen Teil
des Solenoids bildet, umwandelt. Ein Schaltkasten ist auf dem Gehäuse mittels
einer Brücke
angebracht, in Reihe mit dem freien Ende der Antriebswelle, wobei
der Schaltkasten unter anderen Dingen Information über die
tatsächliche
Rotationsposition der Antriebswelle an das zentrale Steuersystem
wie eine PLC-Einheit übermittelt.
Der Schaltkasten und der Solenoid sind miteinander mittels einer
Leitung außerhalb
des Gehäuses
zum Zwecke des Informationsaustausches verbunden.
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In
der funktionalen Situation, in welcher die Antriebswelle in einer
modulierenden Weise angetrieben werden muss, das ist das Ermöglichen
ununterbrochener veränderlicher
Anpassung des Ventils zwischen einer Offen-Position und einer Geschlossen-Position,
ist ein sogenanntes Stellwerk auf der Außenseite des Gehäuses an
Stelle des Solenoids und des Schaltkastens angebracht, wobei das
Stellwerk zur ununterbrochenen veränderlichen Anpassung des Absperrelements
des Absperrventils zwischen 0–100
% zum Beispiel mittels eines Steuerstroms von 4–20 mA in der Lage ist. Die
Leitungen sind auf der Außenseite
des Gehäuses
zum Betreiben des Absperrelements bereitgestellt.
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Einheiten
wie ein Solenoid, ein Schaltkasten oder ein Stellwerk müssen zur
Kommunikation mit allen Arten von Steuerausrüstung in der Lage sein. Dies
bringt mit sich, dass eine Vielzahl an Varianten jeder der zuvor
erwähnten
Komponenten erforderlich ist. Daraus folgend hat sich herausgestellt,
dass es in der Praxis sehr schwierig, kostenaufwändig und zeitraubend ist, die
Funktionalität
eines pneumatischen Antriebsmechanismus zu verändern. Außerdem sind die Antriebsmechanismen
gemäß dem Stand
der Technik ziemlich anfällig
auf Grund der Art, wie die Peripheriegeräte mit dem Gehäuse und
miteinander verbunden sind.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lösung für die obigen Nachteile bereitzustellen
und den zuvor festgestellten Bedarf zu befriedigen. Um diese Aufgabe
zu erfüllen,
ist der Antriebsmechanismus gemäß der Erfindung
dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse aus einem Grundteil, in
welchem die Antriebswelle und das pneumatische Steuerventil angeordnet
sind, und einem ersten Funktionsteil besteht, in welchem die ersten
Signalübertragungsmittel
angeordnet sind, wobei der erste Funktionsteil abnehmbar und austauschbar
mit dem Grundteil verbunden ist, um es so zu ermöglichen, den ersten Funktionsteil
gegen einen zweiten Funktionsteil, welcher zweite Signalübertragungsmittel
einer Bauart unterschiedlich zu den ersten Signalübertragungsmitteln
enthält,
auszutauschen, wobei der erste Funktionsteil gegen den zweiten Funktionsteil
zum Zwecke der Änderung
der Art ausgetauscht wird, in welcher die Antriebswelle gesteuert
werden kann. Die Erfindung beruht auf der Einsicht, dass einige
der Komponenten, aus denen der Antriebsmechanismus aufgebaut ist,
für jede
Funktion, die gewünscht
wird, erforderlich sind, wohingegen andere Komponenten nur für besondere
Funktionen erforderlich sind. Gemäß der Erfindung sind die ersteren
Komponenten im Grundteil angeordnet. Durch das Einbauen der letzteren Komponenten
in einem Sonderfunktionsteil, welcher abnehmbar mit dem Grundteil
verbunden ist, wird eine einfache Austauschbarkeit des Funktionsteils
und folglich der Funktionalität
des pneumatischen Antriebsmechanismus bewirkt, ohne dass Anpassungen
oder der Austausch des Grundteils erforderlich sind. Es sind nicht
so sehr die pneumatischen Komponenten, welche den Unterschied zwischen den
Funktionsteilen ausmachen, sondern eher die elektronischen Komponenten,
welche darin vorhanden sind, da es die letzteren sind, welche die
fragliche Funktionalität
bestimmen und welche als die Signalübertragungsmittel betrachtet
werden können. Der
Funktionsteil kann einerseits als eine Black Box ohne Steuerknöpfe oder
Informationsschautafel gestaltet sein, kann aber andererseits auch
so gestaltet sein, dass er Sensoren, Schalter, verschiedene elektronische
Anschlusspunkte, manuelle Betätigungsvorrichtungen,
zum Beispiel für
Notbetrieb, LEDs, LCDs usw. umfasst. Die Integration derselben in
den Funktionsteil vermeidet den Bedarf an zusätzlicher elektrischer Verdrahtung
und/oder an zusätzlichen pneumatischen
Verbindungen.
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Nebenbei
sei angemerkt, dass das Deutsche Gebrauchsmuster
DE 298 18075 U1 ein lineares
Fluidstellglied offenbart, welches ein Gehäuse umfasst, in welchem ein
Kolben vorhanden ist, dessen Kolbenstange sich nach außerhalb
des Gehäuses
erstreckt. Im Gehäuse
vorhanden ist ein zweiteiliges Steuergehäuse. Eine Fluidzuführverbindung
ist im ersten Teil ausgebildet, während eine elektronische Steuereinheit
im zweiten Teil vorhanden ist, wobei es eine elektrische Verbindung
zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil gibt, um so den elektronischen
Datenaustausch zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil zu
ermöglichen.
Im ersten Teil ist ein Signalübertragungsventil
vorhanden, welches pneumatische Steuersignale an ein pneumatisches
Steuerventil überträgt bzw.
abgibt, welches ebenfalls im ersten Teil vorhanden ist. Das Stellglied,
welches in der Veröffentlichung
offenbart ist, ist nur für
das Betätigen
des Kolbens auf ein und dieselbe Art geeignet, wobei der zweite
Teil andererseits so angepasst werden kann, um die Kommunikation
mit verschiedenen Typen von künstlicher
Intelligenz entfernt vom Stellglied zu ermöglichen.
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Vorteilhafterweise
ist wenigstens ein mechanischer Abschnitt eines Positionsanzeigers,
welcher in Abhängigkeit
von der Rotation der Antriebswelle beweglich ist, im Grundteil zum
Zwecke des Anzeigens und/oder Übertragens
von Information über
die Rotationsposition der Antriebswelle aufgenommen. Das Einfügen des
Positionsanzeigers in den Grundteil einerseits macht es möglich, einen
kompakten und robusten Aufbau zu verwirklichen, während andererseits
keine verletzbaren, außenliegenden
Leitungen für
das Steuersystem erforderlich sind. Durch Einbauen der mechanischen
Komponenten des Positionsanzeigers wenigstens teilweise in den Grundteil
und durch Einbauen der Elektronik in den Funktionsteil wird es möglich, eine
Situation zu verhindern, in der mechanisches Zusammenspiel zwischen
dem Grundteil und dem Funktionsteil auf beschädigbare Weise erfolgt. Außerdem ist
keine mechanische Anpassung des Positionsanzeigers erforderlich,
wenn ein Funktionsteil mit einem Grundteil verbunden wird. Der Funktionsteil
wandelt die Bewegung des mechanischen Teils des Positionsanzeigers
in elektronische Information als Rückmeldung an ein Steuersystem um.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform umfasst
der Grundteil zwei miteinander verbundene Gehäuseteile, wobei die Antriebswelle
im ersten Gehäuseteil
vorhanden ist und der zweite Gehäuseteil das
Steuerventil aufnimmt. Dies ist sowohl in Bezug auf die Herstellung
als auch in Bezug auf die Wartung des Antriebsmechanismus vorteilhaft,
da die beiden Gehäuseteile
im getrennten Zustand unabhängig
von einander zugänglich
sind.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ist
der mechanische Abschnitt des Positionsanzeigers wenigstens teilweise
im zweiten Gehäuseteil untergebracht.
Dies erlaubt einen kompakten Aufbau.
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Des
Weiteren ist es vorteilhaft, wenn der erste Funktionsteil abnehmbar
mit dem zweiten Gehäuseteil
verbunden ist, da dies es möglich
macht, kurze Kommunikationsleitungen zwischen dem pneumatischen
Steuerventil und den betreffenden Signalübertragungsmitteln einzusetzen,
was die Verwundbarkeit derselben verringert, während des Weiteren der Abstand
zwischen einem mechanischen Abschnitt eines Positionsanzeigers im
zweiten Gehäuseteil
und der Elektronik im Funktionsteil, welche die Information über die
Position des Positionsanzeigers verarbeitet, gering sein kann.
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Der
zweite Gehäuseteil
ist vorzugsweise außerhalb
der Zentralachse der Antriebswelle angeordnet, so dass beide Enden
der Antriebswelle zum Beispiel für
den Rotationsantrieb externer Mittel oder für einen sichtbaren Positionsanzeiger
verfügbar
sind.
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Gemäß einer
sehr vorteilhaften Ausführungsform
sind die Formen des Grundteils und des Funktionsteils zueinander
komplementär
gestaltet. Das Nichtvorhandensein von Verbindungsstücken wie
Brücken
bzw. Brückenklammern
vermeidet die Notwendigkeit, verletzbare Leitungen über oder
entlang solch eines Verbindungsstücks zwischen dem Grundteil
und dem Funktionsteil zu führen.
Außerdem
sieht der Antriebsmechanismus, welcher den Grundteil und den Funktionsteil
umfasst, wie eine Einheit aus.
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Wenn
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung jeder Funktionsteil die gesamte funktionsspezifische
Elektronik umfasst, die mit der Funktion des fraglichen Funktionsteils
in Zusammenhang steht, wird ein maximaler Grad an Flexibilität zum Verändern der
Funktion des Antriebsmechanismus erzielt, wenn dies erwünscht ist.
Außerdem
vermeidet dies den Bedarf an elektronischer Signalübertragung
zwischen dem Grundteil und dem Funktionsteil. Solch eine elektronische
Signalübertragung
ist störungsanfällig und
aus diesem Grund für
bestimmte Anwendungen nicht ausreichend verlässlich, zum Beispiel auf Grund
von Korrosion der Kontaktpunkte von Steckern. Außerdem muss nur der Funktionsteil
einer Prüfung
im Falle von Sicherheitsüberprüfungen unterzogen
werden, welche in Verbindung mit der Explosionsgefährdung durchgeführt werden
müssen.
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Um
die Sicherheit zu vergrößern, wenn
ein Antriebsmechanismus gemäß der Erfindung
verwendet wird, ist die Elektronik vorzugsweise eingebettet, um
das Risiko von Feuer oder Explosion zu verringern, da das Risiko
des Lichtbogens ausgeschaltet ist.
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Eine
sehr nützliche
Ausführungsform
eines Antriebsmechanismus gemäß der Erfindung
wird erhalten, wenn einer von dem ersten Funktionsteil und dem zweiten
Funktionsteil in der Lage ist, die Antriebswelle nur in zwei Positionen
zu positionieren, und der andere von dem ersten Funktionsteil und dem
zweiten Funktionsteil geeignet ist, die Antriebswelle auch in einer
Zwischenposition zwischen den zwei Positionen zu positionieren.
Daher ist es möglich,
ohne Anpassung oder Austausch des Grundteils, nur durch Austausch
des Funktionsteils, den Antriebsmechanismus von einer Situation,
in welcher die Antriebswelle nur in zwei Positionen entsprechend
einer Offen-Position und einer Geschlossen-Position des Absperrelements
eines Absperrventils angeordnet werden kann, in eine Situation umzuwandeln,
in welcher der Antriebsmechanismus auch in der Lage ist, das Absperrelement
in einer Position zwischen einer Offen-Position und einer Geschlossen-Position, zum Beispiel
in einer Halboffen-Position, anzuordnen. Dies kann zum Beispiel nützlich sein,
wenn Absperrelemente in Verbindung mit Notfällen geprüft werden. Solche Absperrelemente
werden manchmal als Not-Aus-Ventile
bezeichnet, wobei jährlich
sichergestellt wird, ob ein Absperrelement 10% geöffnet werden
kann, was ein deutliches Anzeichen dafür ist, dass das Ventil zufriedenstellend arbeitet.
Ein anderer möglicher
Einsatz des Antriebsmechanismus besteht im Füllen von Säcken mit pulverförmigem Material,
wobei ein Unterschied zwischen grobem Messen und feinem Messen gemacht wird.
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In
solch einer Situation kann es sehr vorteilhaft sein, wenn die Position
zwischen einer Offen-Position und einer Geschlossen-Position willkürlich ausgewählt werden
kann, wodurch eine modulierende Situation geschaffen wird, wobei
der Antriebsmechanismus zu diesem Zweck vorteilhafterweise dadurch gekennzeichnet
ist, dass der andere von dem ersten Funktionsteil und dem zweiten
Funktionsteil geeignet ist, die Antriebswelle in jeder beliebigen
erwünschten Position
zwischen den zuvor erwähnten
zwei Positionen anzuordnen.
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Vorzugsweise
sind die Steuersignale vom ersten Signalübertragungsmittel und vom zweiten
Signalübertragungsmittel
pneumatische Signale, was zu verringerten Kosten einerseits und
zu größerer Verlässlichkeit
andererseits führt.
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Vorzugsweise
ist (sind) eine der Stirnseiten von Funktionsteil und Grundteil
oder beide Stirnseiten mit einem Muster ausgestattet, woraus sich
ergibt, dass wenigstens ein Teil der pneumatischen Schaltung für die pneumatischen
Steuersignale zwischen dem Funktionsteil und dem Grundteil in der
Situation ausgebildet wird, in welcher der Funktionsteil mit dem
Grundteil verbunden ist, all dies für den Zweck, um pneumatische
Signale vom Signalübertragungsmittel
auf das pneumatische Steuerventil zu übertragen. Solch eine Konfiguration
ist deswegen vorteilhaft, um einen kompakten Zusammenbau von Grundteil
und Funktionsteil zu erzielen.
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Insbesondere
im Falle solcher pneumatischen Steuersignale ist es vorteilhaft,
wenn sowohl das erste Signalübertragungsmittel
als auch das zweite Signalübertragungsmittel
ein pneumatisches Ventil zur Abgabe pneumatischer Steuersignale
an das pneumatische Steuerventil umfassen.
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Um
einen noch kompakteren Aufbau zu erzielen, umfasst der Funktionsteil
einen mechanischen Abschnitt des Positionsanzeigers genauso wie der
Grundteil, dessen mechanischer Abschnitt mit dem mechanischen Teil
des Positionsanzeigers verbunden werden kann, welcher im Grundteil
untergebracht ist.
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Zu
diesem Zwecke ist der Grundteil vorzugsweise mit einer Vertiefung
zur Aufnahme des mechanischen Abschnitts des Positionsanzeigers
ausgestattet, welcher im Funktionsteil vorhanden ist, wodurch eine
optimale Abschirmung der mechanischen Teile des Positionsanzeigers
erzielt wird. Ein Ablesen des Positionsanzeigers ist möglich, zum
Beispiel, da der mechanische Abschnitt des Positionsanzeigers, welcher
im Funktionsteil vorhanden ist, mit einem Magnet ausgestattet ist,
dessen Position mittels eines Magneto-Widerstandssensors bestimmt
werden kann, welcher ebenfalls im Funktionsteil vorhanden ist.
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In
Anbetracht der innewohnenden Austauschbarkeit des Funktionsteils
ist es von großer Bedeutung,
festzustellen, dass die Erfindung auch einen Funktionsteil für den Einsatz
mit einem Antriebsmechanismus gemäß der oben beschriebenen Erfindung
betrifft. Solch ein Funktionsteil umfasst Signalübertragungsmittel zum Umwandeln
eines elektrischen Steuersignals in ein pneumatisches Steuersignal
für ein
pneumatisches Steuerventil, welches in einem Grundteil des Antriebsmechanismus
vorhanden ist.
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Die
Erfindung betrifft des Weiteren ein Absperrventil, welches ein Absperrelement
umfasst, das mit einem Antriebsmechanismus gemäß der oben beschriebenen Erfindung
ausgestattet ist.
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Die
Erfindung wird nun genauer mit Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen
erklärt.
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1 zeigt
die pneumatische Schaltung für einen
einfach wirkenden Antriebsmechanismus, welcher zum Setzen von nur
zwei Positionen der Antriebswelle geeignet ist.
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2 zeigt
die pneumatische Schaltung für einen
einfach wirkenden Antriebsmechanismus, welcher für die kontinuierlich veränderliche
Anpassung der Antriebswelle geeignet ist.
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3 zeigt
die pneumatische Schaltung für einen
doppelt wirkenden Antriebsmechanismus, welcher zum Setzen von nur
zwei Positionen geeignet ist.
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4 zeigt
die pneumatische Schaltung für einen
doppelt wirkenden Antriebsmechanismus, welcher für die kontinuierlich veränderliche
Anpassung der Antriebswelle geeignet ist.
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5 ist
eine perspektivische Ansicht eines Grundteils.
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6A, 6B, 6C sind
perspektivische Ansichten von drei unterschiedlichen Typen von Funktionsteilen.
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7 zeigt
einen Antriebsmechanismus, welcher den Grundteil gemäß 5 als
auch einen Funktionsteil umfasst.
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8 ist
eine teilweise geschnittene Draufsicht eines Positionsanzeigers,
welcher in einem Antriebsmechanismus gemäß 7 eingebaut
ist.
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9A, 9B, 9C sind
eine Seitenansicht, eine Draufsicht beziehungsweise eine perspektivische
Ansicht eines zweiten Positionsanzeigers, wobei 9A und 9B den
Positionsanzeiger zumindest teilweise in der Querschnittsansicht
zeigen.
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10 ist
eine perspektivische Ansicht eines zweiten Gehäuseteils eines Grundteils und
eines Funktionsteils, welcher geeignet für den Einsatz in Verbindung
mit einem Positionsanzeiger gemäß 9A, 9B und 9C ist.
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1 zeigt
schematisch einen pneumatischen Antriebsmechanismus
1,
welcher pneumatische Komponenten umfasst. Der Antriebsmechanismus
1 umfasst
eine abgebende Antriebswelle
2, welche drehbar in einem
zylindrischen Raum
3 gelagert ist. Der Raum
3 nimmt
des Weiteren die Kolben
4 und
5 auf, welche zur
Bewegung aufeinander zu und von einander weg in der Lage sind, wobei
die Kolben mit vorragenden Zahnstangen
6 beziehungsweise
7 auf ihren
einander zugewandten Seiten ausgestattet sind. Zwischen den Zahnstangen
ist die abgebende Welle
2 angeordnet, welche am Umfang
mit Zähnen ausgestattet
ist, so dass die Bewegung der Kolben
4 und
5 eine
Drehung der abgebenden Welle
2 zur Folge hat. Bezug wird
auf die Holländische
Offenlegungsschrift
NL 75 12
312 für
eine genauere Beschreibung solch eines Antriebsmechanismus genommen.
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Solche
Antriebsmechanismen können
grob in zwei unterschiedliche Typen unterteilt werden: den einfach wirkenden
Typ, wie in 1 und 2 gezeigt,
und den doppelt wirkenden Typ, wie in 3 und 4 gezeigt.
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Im
Falle des einfach wirkenden Typs wird die Bewegung auseinander durch
Druckaufbau im Raum 8 zwischen den Kolben 4 und 5 erzielt.
Die Bewegung aufeinander zu der Kolben 4 und 5 wird
durch den Federdruck der Federn 9 und 10 bewirkt,
welche zwischen den Abschlusswänden
des zylindrischen Raums 3 und den Kolben 4 beziehungsweise 5 positioniert
sind. Die Bewegung aufeinander zu der Kolben findet bei Entspannung
des Drucks im Raum 8 statt. Das Luftversorgungsventil 11 und
das Entlüftungsventil 12 sind
für den
Zweck des Druckaufbaus und der Druckentspannung im Raum 8 vorgesehen. Die
zwei Ventile 11 und 12 werden mittels eines gemeinsamen
Pneumatikkomponentensteuersignals 13, 14 vom Signalübertragungsventil 15 gesteuert. Das
Signalübertragungsventil 15 wird
seinerseits mittels eines elektrischen Signals (nicht gezeigt) von
einem elektronischen Steuersystem gesteuert. Die Ventile 11 und 15 werden
durch einen außenliegenden
Verdichter 16 gespeist. In der dargestellten Situation
wurde das Signalübertragungsventil 15 nicht
erregt, wodurch das Luftversorgungsventil 11 und das Entlüftungsventil 12 in
ihrer Grundstellung sind. Es gibt keinen Überdruck im Raum 8.
Die Erregung des Signalübertragungsventils 15 veranlasst
das Luftversorgungsventil 11 auf Durchfluss zu gehen, während sich
das Entlüftungsventil 12 schließt. Ein
Druckaufbau findet im Raum 8 statt, als dessen Ergebnis
die Zylinder 4 und 5 sich auseinander bewegen,
wodurch die Antriebswelle 2 gedreht wird.
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Der
Antriebsmechanismus, wie bisher beschrieben, unterscheidet sich
nicht vom Stand der Technik. Die Erfindung betrifft die Weise, in
welcher die verschiedenen Komponenten des Antriebsmechanismus angeordnet
sind. Zu diesem Zweck wird ein Unterschied zwischen einem Grundteil 17 und
einem Funktionsteil 18 gemacht. Der Grundteil 17 umfasst
den Raum 3 und alle Komponenten, die darin vorhanden sind,
als auch das Luftversorgungsventil 11 und das Entlüftungsventil 12.
Der Funktionsteil 18 umfasst ein Signalübertragungsventil 15.
Die Leitungen für
die pneumatischen Signale 13 und 14 und die Druckleitung 19 zwischen
dem Verdichter 16 und dem Luftventil 11 verbinden
sich miteinander an der Grenzfläche
zwischen dem Grundteil 17 und dem Funktionsteil 18.
Der Grundteil 17 ist in einen ersten Grundteil 21 und
einen zweiten Grundteil 22 unterteilt, wie dies mittels
der gestrichelten Linie 20 gekennzeichnet ist. Die zwei
Grundteile 21 und 22 sind trennbar miteinander
verbunden, was eine einfache Wartung und Herstellung des Grundteils 17 mit
sich bringt. Die zwei Grundteile 21 und 22 bilden
eine Einheit, genauso wie der Grundteil 17 und der Funktionsteil 18 eine
Einheit bilden. Auch der Grundteil 17 und der Funktionsteil 18 sind
trennbar miteinander verbunden wie der erste Grundteil 21 und
der Grundteil 22. Dies ermöglicht es, den Funktionsteil 18 mit einem
anderen Funktionsteil auszutauschen.
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Wie
bereits oben beschrieben, kann die abgebende Welle 2 zwei
Positionen einnehmen, wenn der Antriebsmechanismus, wie in 1 gezeigt,
verwendet wird, was zu einer offenen Position und zu einer geschlossenen
Position eines Absperrventils führt.
Wenn der Benutzer des Antriebsmechanismus 1 den Antriebsmechanismus
verbessern will, um einen kontinuierlich veränderlichen Antriebsmechanismus
zu erzielen, kann er dies bewirken, indem er den Funktionsteil 18 für einen
Funktionsteil eines Typs austauscht, welcher für diesen Zweck geeignet ist. Solch
eine Situation wird in 2 gezeigt. Die Figur zeigt einen
Antriebsmechanismus 23, welcher einen Grundteil 17 umfasst,
der völlig
identisch mit dem Grundteil 17 ist, wie mit Bezugnahme
auf 1 beschrieben. In diesem Fall jedoch ist ein Funktionsteil 24 mit
dem Grundteil 17 an Stelle des Funktionsteils 18 verbunden.
Der Funktionsteil 24 umfasst zwei Signalübertragungsventile 25, 26,
welche in der Lage sind, die Signale 27 beziehungsweise 28 an
das Luftversorgungsventil 11 beziehungsweise das Entlüftungsventil 12 unabhängig von
einander zu liefern. Der Einsatz der Ventile 25 und 26 ermöglicht daher einen
kontinuierlich veränderbaren
Betrieb des einfach wirkenden Antriebsmechanismus 23 auf
eine Weise, welche an sich bekannt ist und welche nicht genauer
hierin erklärt
werden soll. Ein einfacher Austausch des Funktionsteils reicht daher
aus, um die Funktionalität
eines Antriebsmechanismus zu verändern.
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Eine
vergleichbare Situation besteht für doppelt wirkende Antriebsmechanismen,
wie in 3 und 4 gezeigt. Der doppelt wirkende
Antriebsmechanismus 29 umfasst eine abgebende Antriebswelle 30,
welche drehbar in einem zylindrischen Raum 31 gelagert
ist. Des Weiteren sind im Raum 31 die Kolben 32 und 33 vorhanden,
welche mit den Zahnstangen 34 beziehungsweise 35 ausgestattet sind.
Wenn das doppelt wirkende Prinzip angewendet wird, kann der Druckaufbau
nicht nur im Raum 36 zwischen den Kolben, sondern auch
in den Räumen 37, 38 zwischen
den Abschlusswänden
des zylindrischen Raums 31 und den Kolben 32 beziehungsweise 33 stattfinden.
Wie es beim einfach wirkenden Prinzip der Fall ist, wird die Auseinander- Bewegung der Kolben 32 und 33 als
das Ergebnis des Druckaufbaus im Zwischenraum 36 erzielt.
Die Zueinander-Bewegung
der Kolben 32 und 33 jedoch wird in diesem Fall
als ein Ergebnis des Druckaufbaus in den Räumen 37 und 38 und
der gleichzeitigen Entspannung des Drucks im Raum 36 bewirkt.
Der Druckaufbau im Raum 36 wird vom Entspannen des Drucks
in den Räumen 37 und 38 begleitet.
Der Druckaufbau und die Druckentspannung in den Räumen 36, 37 und 38 erfolgt
mittels des Luftversorgungsventils 39 und des Entlüftungsventils 40 für den Raum 36 und
mittels des Luftversorgungsventils 41 und des Entlüftungsventils 42 für die Räume 37 und 38.
Die Betätigung
der Ventile 39 und 40 ist ähnlich jener der Ventile 11 und 12 in 1 und 2.
Dasselbe gilt für
die Ventile 41 und 42 mit dem Zusatz, dass die
letzteren Ventile in Kommunikation mit den Abschlussräumen 37 und 38 anstatt
mit dem zentralen Raum 36 stehen. Alle vier Ventile 39, 40, 41 und 42 werden
durch ein gemeinsames pneumatisches Steuersignal 43, 44, 45 und 46 vom
Signalübertragungsventil 47 gesteuert.
Das Signalübertragungsventil 47 ist
seinerseits durch ein elektrisches Signal (nicht gezeigt) von einem
elektronischen Steuersystem gesteuert. Da das Signalübertragungsventil 47 nur
zur gemeinsamen Erregung der Ventile 39, 40, 41 und 42 in
der Lage ist, kann die Antriebswelle 30 nur zwei Positionen
einnehmen.
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Wie
es der Fall mit den einfach wirkenden Antriebsmechanismen 1 und 23 ist,
die in 1 und 2 gezeigt sind, kann eine Unterscheidung
in Bezug auf das Gehäuse
des Abtriebsmechanismus zwischen einem Grundteil 48, welcher
in einen ersten Grundteil 49 und einen zweiten Grundteil 50 unterteilt ist,
und einen Funktionsteil 51 gemacht werden, deren Teile
alle auf die gleiche Weise wie bei den Antriebsmechanismen 1 und 23 miteinander
verbunden sind. Eine Verbesserung des Antriebsmechanismus 29,
um einen kontinuierlich veränderbaren
Antriebsmechanismus zu erzielen, kann durch Austauschen des Funktionsteils 51 für eine andere
Bauart des Funktionsteils vorgenommen werden, was in 4 gezeigt
ist. Der Funktionsteil 53 bildet den einzigen Unterschied
zwischen dem Antriebsmechanismus 52 und dem Antriebsmechanismus 29.
Der Funktionsteil 53 umfasst zwei Signalübertragungsventile 54, 55. Das
Ventil 54 liefert ein gemeinsames Signal 43, 46 an
das Luftversorgungsventil 39 beziehungsweise das Entlüftungsventil 42.
Das Ventil 55 liefert ein gemeinsames Signal 44, 45 an
das Entlüftungsventil 40 beziehungsweise
das Luftversorgungsventil 41. Die Ventile 54 und 55 werden
unabhängig
von einander durch ein Steuersystem (nicht gezeigt) gesteuert. Der
Einsatz der Ventile 54 und 55 macht es möglich, die
Drücke
im Raum 36 einerseits und den Räumen 37 und 38 andererseits
unabhängig
von einander einzustellen, was folglich ein kontinuierlich veränderbares
Einstellen der Antriebswelle 30 ermöglicht. Das Austauschen des
Funktionsteils 51 in 3 für den Funktionsteil 53,
wie in 4 gezeigt, macht es auf einfache Weise möglich, den
Antriebsmechanismus 29, mit dem nur zwei Positionen der
Antriebswelle 30 verwirklicht werden können, in einen kontinuierlich veränderbaren
Antriebsmechanismus 52 umzuwandeln.
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In
den 1–4 erfolgt
die Verbindung des besprochenen Antriebsmechanismus mit dem Verdichter 16 über den
Funktionsteil. Es ist auch möglich,
die Verbindung über
den Grundteil zu verwirklichen, vorzugsweise über den zweiten Grundteil.
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5 ist
eine perspektivische Ansicht eines Grundteils 60, welcher
einen ersten Grundteil 61 und einen zweiten Grundteil 62 umfasst.
Der erste Grundteil 61 ist im Wesentlichen von zylindrischer
Form. Eine Öffnung 63 ist
in der oberen Seite des Grundteils 61 in der Kontaktfläche 64 desselben
ausgebildet, wobei durch diese Öffnung
das hohle Ende 65 der Antriebswelle sichtbar ist. Die Bodenseite
des Grundteils ist in der Form identisch. Das hohle Ende ist innen
mit den Zähnen 66 ausgestattet, über die eine
Kraft auf ein Absperrelement eines Absperrventils übertragen
werden kann oder mit denen ein Positionszeiger betätigbar verbunden
werden kann, wie in 7 gezeigt. Der zweite Grundteil 62 ist
im Wesentlichen von blockförmiger
Gestalt und ist mit dem ersten Grundteil 61 einstückig in
Bezug auf seine Gestalt. Der zweite Grundteil 62 ist am
ersten Grundteil 61 mittels Imbusschrauben zusammengefügt. Innengewindehohlstifte 68 sind
zum Befestigen eines Funktionsteils am zweiten Grundteil 62 vorgesehen. Der
zweite Grundteil 50 und damit der besprochene Antriebsmechanismus
kann mit einem Verdichter mittels der Verbindung 69 verbunden
werden. Die Verbindungen 70 und 71 funktionieren,
um Räume wie
die Räume 36, 37 und 38 in 3 zu
entlüften. Hinter
der Schraubkappe 72 ist schließlich ein Raum angeordnet,
in welchem ein Geschwindigkeitssteuerventil (nicht gezeigt) zum
Steuern der Geschwindigkeit, mit welcher der Antriebsmechanismus
arbeitet, vorhanden sein kann.
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6A–6C zeigen
drei unterschiedliche Arten von Funktionsteilen 75, 76 und 77.
Die Funktionsteile 75, 76 und 77 sind
mit Flanschen 79 an ihrer Verbindungsseite ausgestattet,
wobei über
diese Flansche die Funktionsteile mit einem zweiten Grundteil verbunden
werden können.
Imbusschrauben 79 stehen für diesen Zweck zur Verfügung. Die Verbindungen 80 werden
für die
elektronische Übermittlung
der Informationen zwischen einem Steuersystem und dem Funktionsteil
verwendet. Die Funktionsteile 75, 76 und 77 sind
identisch in Bezug auf ihre Gestalt, außer dass sie unterschiedlich
in der Länge
sind. Der Funktionsteil 75 ist nur ausgelegt zum Öffnen und
Schließen
eines Absperrelements. Der Funktionsteil 76 ist gleicherweise
zum Öffnen und
Schließen
des Absperrelements ausgelegt, aber der Funktionsteil ist für digitale
Kommunikation mit einem Steuersystem über einen digitalen Bus geeignet.
Die Funktionsteile 75 und 76 umfassen jeder zwei
Steuerknöpfe 81 und
drei LED-Anzeigen 82. Der Funktionsteil 77 ist
schließlich
für kontinuierlich veränderbare
Anpassung eines Absperrelements ausgelegt, wobei die digitale Übertragung
von Information in ähnlicher
Weise über
einen Bus stattfindet. Des Weiteren ist ein umfassendes Steuerpanel,
welches fünf
Steuerknöpfe 83 und
eine LCD-Anzeige 84 umfasst,
vorhanden, mittels welcher eine menügeführte Steuerung verwirklicht
ist. Die Funktionsteile und ihre Funktionen, wie in 6A–6C gezeigt, bilden
nur eine eingeschränkte
Auswahl der Gesamtzahl von möglichen
Funktionsteilen und Funktionen. Es ist die Elektronik, welche im
Funktionsteil vorhanden ist, die letztlich die Funktion und teilweise
das Aussehen des Funktionsteils bestimmt. Beachtung muss in diesem
Zusammenhang auf die Möglichkeit gelenkt
werden, dass eine kontinuierlich veränderbare Anpassung eines Absperrelements
mittels eines Analogsignals bewirkt werden kann.
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7 zeigt
den Grundteil 60, welcher den ersten Grundteil 61 und
den zweiten Grundteil 62 umfasst, der in 5 gezeigt
ist. Mit dem zweiten Grundteil 62 ist ein Funktionsteil 90 verbunden,
der ähnlich
den Funktionsteilen ist, die in 6A–6C gezeigt
sind. Die Formen der zwei Teile an den Fügeoberflächen zwischen dem zweiten Grundteil 62 und
dem Funktionsteil 90 sind zueinander komplementär, wodurch
erreicht wird, dass die zwei Teile eine Einheit bilden. Eine Dichtung
(nicht gezeigt) ist vorgesehen, um so eine gedichtete Verbindung
zwischen dem zweiten Grundteil 62 und dem Funktionsteil 90 zu
verwirklichen. Alle erforderlichen elektrischen oder pneumatischen
Verbindungen zwischen dem zweiten Grundteil 62 und dem
Funktionsteil 90 erfolgen über die Grenzoberfläche zwischen den
Teilen. An der oberen Seite angebracht, befindet sich ein Positionsanzeiger 91,
von welchem die Winkelposition der Antriebswelle direkt abgelesen
werden kann.
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8 ist
eine teilweise geschnittene Ansicht eines Positionsanzeigers 100 zum
Anzeigen der Winkelposition der Antriebswelle 101, von
welchem Positionsanzeiger ein freies Ende 65 in 5 gezeigt ist.
Die Antriebswelle ist aus einem zylindrischen Abschnitt 102,
welcher zur zentralen Achse 103 konzentrisch ist, und einem
Nockenabschnitt 104 aufgebaut. Ein Fühlerstift 106 stößt gegen
die Oberfläche
des Nockenabschnitts 104 unter dem Einfluss des Federdrucks
der Feder 105, welche sich auf einer nach innen gerichteten
Schulter 122 der Führungshülse 107 abstützt. Der
Fühlerstift 106 ist
im Inneren der Führungshülse 107 angeordnet,
die gegen den zylindrischen Abschnitt 102 unter dem Einfluss
des Federdrucks der Feder 105 stößt, welche sich an einer feststehenden
Kante (nicht gezeigt) abstützt,
die im zweiten Grundteil 62 vorhanden ist. Der Nockenabschnitt 104 ist
auf solche Weise gestaltet, dass sich der Grad, in dem sich der
Fühlerstift 106 aus
der Führungshülse 107 hinaus
erstreckt, entlang der winkeligen Verwindung der Antriebswelle 101 innerhalb
des Arbeitsbereichs von 90° erhöht. Zwei
Magnete 109, 110 sind am Ende des Fühlerstifts 106 gegenüber der Antriebswelle 101 angebracht.
Zwei Reed-Schalter 111, 112 sind gegenüber und
an jeder Seite des Magnets 110 vorhanden. Jeder Reed-Schalter 111, 112 ist
in der Lage, eine Offen-Position und eine Geschlossen-Position in
Abhängigkeit
von der Translationsposition des Fühlerstifts 106 und
des Magnets 110 aufzunehmen. Eine der zwei Positionen des Reed-Schalters 111 entspricht
einer Offen-Position eines Absperrelements, während eine der zwei Positionen
des Reed-Schalters 112 einer Geschlossen-Position eines
Absperrelements entspricht. Die Reed-Schalter 111, 112 sind
in der Lage, einen Solenoid (nicht gezeigt) entweder direkt oder
nach Umwandlung des elektrischen Signals, von den Reed-Schaltern 111, 112 kommend,
durch geeignete Elektronik anzutreiben. Die räumliche Ausrichtung der Reed-Schalter 111, 112 kann
durch Schwenken der Arme 123, 124 um die Schwenkpunkte 113, 114 mittels
Einstellschrauben 115, 116 eingestellt werden.
Die Reed-Schalter
können
solcherart kalibriert werden. Die Einstellschrauben 115, 116 werden
auf formschlüssige
Art in der Richtung des Fühlerstifts 106 in
U-förmigen
Enden der Arme 123, 124 zurückgehalten, welche sich senkrecht
zur Ebene der Zeichnung erstrecken. Die Reed-Schalter 111, 112 sind über biegsame
Brücken 117, 118,
in welchen die Schwenkpunkte 113, 114 angeordnet
sind, mit einem Rahmen 119 verbunden, welcher einen dritten
Arm 120 umfasst, der sich senkrecht zum Fühlerstift
erstreckt. Ein Magneto-Widerstandssensor 121, welcher für sich bekannt
ist, ist auf dem unteren Ende des Arms vorhanden, wobei der Sensor
in der Lage ist, Signale in Abhängigkeit
von der Translationsposition des Fühlerstifts 106 auf
Grund der Verschiebung der Kraftlinien und der gleichzeitigen Veränderung der
Ausrichtung der Flusslinien vom Magnet 109 durch den Sensor 121 zu
liefern. Auf diesem Weg ist es möglich,
die Winkelposition zwischen der Offen-Position und der Geschlossen-Position
des Absperrelements von der Translationsposition des Fühlerstifts 106 abzuleiten.
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Die
Verteilung der verschiedenen Teile des Positionsanzeigers über den
ersten Grundteil 61, den zweiten Grundteil 62 und
den Funktionsteil 90 ist schematisch in gestrichelten Linien
dargestellt. Es ist zu beachten, dass die Reed-Schalter 111, 113 sich teilweise
in den zweiten Grundteil 62 mit ihren Armen 123, 124 erstrecken,
so wie das der dritte Arm 120 macht, der den Magneto-Widerstandssensor 121 trägt, aber
sie sind fest mit dem Funktionsteil 90 verbunden. Die Übergabe
der Information zwischen dem zweiten Grundteil 62 und dem
Funktionsteil 90 findet zur Gänze ohne körperlichen Kontakt statt.
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9A, 9B und 9C zeigen
eine zweite Ausführungsform
eines Positionsanzeigers. Wie es der Fall ist in der Situation gemäß 8,
ist eine Antriebswelle 130 vorgesehen, welche einen gekrümmten Nockenabschnitt 131 auf
einem Teil ihres Umfangs umfasst. Das Ende 133 des Fühlerstifts 134 wird
gegen den Nockenabschnitt 131 unter dem Einfluss der Wirkung
einer Druckfeder 132 geschoben, was dazu führt, dass
die Längenposition
des Fühlerstifts 134 kennzeichnend
für die
Drehposition der Antriebswelle 130 ist. Der Fühlerstift 134 ist
durch eine Führungshülse 107 umgeben,
deren Funktion ähnlich
jener der Führungshülse 107 aus 8 ist. Das
Ende 136 des Fühlerstifts 134 gegenüber dem Ende 133 ist
in einer Vertiefung 137 positioniert, welche in der oberen
Seite eines Auflaufschuhs 138 vorhanden ist. Der Fühlerstift 134 erstreckt
sich vom Nockenabschnitt 131 über den Durchgang 139 (siehe 10)
in einen vertieften Raum 140 eines zweiten Grundteils 141 hinein, ähnlich dem
Grundteil 62 aus 7, welcher über die
Fügeoberfläche 142 mit
einem ersten Grundteil (nicht gezeigt) ähnlich dem ersten Grundteil 61 aus 7 verbunden
werden kann. Der Funktionsteil 143 ist mit einem vorragenden
Gehäuseteil 144 ausgestattet,
welcher den Auflaufschuh 138 und die Druckfeder 132 unter
anderen Teilen aufnimmt. In der Situation, worin der zweite Grundteil 141 und
der Funktionsteil 143 miteinander verbunden sind, erstreckt
sich der vorragende Gehäuseteil 143 in
den vertieften Raum 140. Wenn die Verbindung hergestellt
ist, gleitet das Ende 136 des Fühlerstifts 134 über die
schräge
Oberfläche 145 des Auflaufschuhs 138,
bis das Ende 136 in die Vertiefung 137 gleitet,
wobei die Druckfeder 132 in dieser Situation sicherstellt,
dass es Kontakt zwischen Auflaufschuh 138 und dem Ende 136 des
Fühlerstifts 134 gibt.
In diesem Zusammenhang ist es wichtig zu beachten, dass, während die
Verbindung zwischen dem Funktionsteil 143 und dem zweiten
Grundteil 141 hergestellt ist, die Längsposition des Fühlerstifts 134 undefiniert
ist. Um in der Lage zu sein, die oben beschriebene Verbindung in
einer gleitenden Weise herzustellen, wird ein Spalt 146 im
vorragenden Gehäuseteil 144 ausgebildet,
wodurch eine relative Bewegung des Endes 136 ermöglicht wird,
während
die Verbindung hergestellt wird. Ein erstes Ende 147 der Führungshülse 135,
welches zufälligerweise
eine zusammengesetzte Struktur aufweist, stößt gegen die Kanten des Spalts 146.
Das zweite Ende 148 der Führungshülse 135, welches gegenüber dem
ersten Ende 147 positioniert ist, stößt gegen den äußeren Umfang
der Antriebswelle 130 außerhalb des Nockenabschnitts 131.
Dies gewährt
Kompensation für die
radiale Bewegung der Antriebswelle 130, welche auftreten
kann, zum Beispiel als Ergebnis des Spiels in den in Frage kommenden
Lagern. Eine Druckfeder 149 ist für den Zweck vorgesehen, einen
richtigen Kontakt zwischen der Führungshülse 135 einerseits und
der Antriebswelle 130 und den Kanten des Spalts 146 andererseits
zu bewirken, wobei die Druckfeder zwischen zwei Teilen des vorragenden Teils 143 auf
beiden Seiten eines Spalts 150 arbeitet, dessen Ende 151 als
ein gedachter Schwenkpunkt zwischen den zwei Teilen fungiert. Der
vorragende Teil 144 bildet einen Teil eines Rahmens 152,
welcher großteils
innerhalb des Gehäuses
des Funktionsteils 143 positioniert ist. Alle Arten elektronischer
Geräte (nicht
gezeigt), welche für
das richtige Funktionieren des Antriebsmechanismus als Ganzes erforderlich sind,
sind auf dem Rahmen 152 angebracht. Der zweite Grundteil 141 umfasst überhaupt
keine Elektronik. Innerhalb der Druckfeder 132 ist ein
Stift vorhanden, welcher sich von der Bodenseite des Auflaufschuhs 138 in
gleicher Linie mit dem Fühlerstift 134 erstreckt.
Ein Magnet 154, ähnlich
dem Magnet 109, ist am Stift innerhalb der Druckfeder 132 angebracht,
während
ein Magneto-Widerstandssensor 155, ähnlich dem Sensor 121 in 8 innerhalb
des vorragenden Teils 144 in der unmittelbaren Nachbarschaft
des Pfades vorhanden ist, entlang dem der Magnet 154 sich
unter dem Einfluss der Drehung der Welle 130 bewegt. Der
Magneto-Widerstandssensor 155 ermöglicht es,
die Translationsbewegungen des Magneten 154, welche durch
die Drehung der Antriebswelle 130 verursacht werden, in elektronische Signale
umzuwandeln, welche durch das Steuersystem des behandelten Antriebsmechanismus
ausgenutzt werden können.
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Wie
in 10 gezeigt, ist der zweite Grundteil 141 mit
einem Reliefmuster 153 auf seiner Seite ausgestattet, die
in Richtung Funktionsteil 143 zeigt. Die Seite des Funktionsteils 143,
welche in Richtung des zweiten Grundteils 141 (welche nicht
gezeigt ist) ist im Wesentlichen flach, woraus sich ergibt, dass ein
Muster an Kanälen
zwischen den zwei zugewandten Seiten in der Situation ausgebildet
wird, wo der Funktionsteil 143 mit dem zweiten Grundteil 141 verbunden
ist, über
welche Kanäle
pneumatische Steuersignale von zwei Signalübertragungsventilen, wie die
Ventile 54 und 55 in 4, welche
im Funktionsteil 143 vorhanden sind, auf eine Anzahl von
Luftversorgungsventilen, wie die Ventile 39, 40, 41 und 42 in 4,
innerhalb des zweiten Grundteils 141 für eine richtige Steuerung des
Antriebsmechanismus weitergeleitet werden können.