DE1908580A1

DE1908580A1 - Steuervorrichtung fuer Klappenventile

Info

Publication number: DE1908580A1
Application number: DE19691908580
Authority: DE
Inventors: Willard Frank E
Original assignee: Cook Machinery Co Inc
Current assignee: Cook Machinery Co Inc
Priority date: 1968-03-04
Filing date: 1969-02-20
Publication date: 1969-09-25
Also published as: US3520332A; GB1260917A

Description

PATENTANWÄLTE ^x Dipl.-Ing. M ARTI N L! C HT

PATENTANWÄLTE LICHT, HANSMANN HERRMANN Dr. REI N HOLD SCHMIDT

8 MÖNCHEN 2 · TH E RES 1 ENSTRASSE 33 ,,,»«., ~ ... w , wi

Dipl.-Wii-isch.-Ing. AXEL HANSMANN Dipl.-Phys. S E B A S T I A N HERRMANN

München, den £ U. FeD. 1969

Ihr Zeichen Unser Zeichen Κβ/U8

COOK MACHINERY'CO.,INC DALLAS₅ TEXi^Ss V.St*A. SOUlH FITZHlTeH AVENUE

Die Erfindung tosfaßt siofc mit
im allgemeinen und insbesondere mit Steuervorrichtungen für Klappenventile, die duroh eine axial hin- und herbewegliofcs Steuerstange g®3ffnet und geschlossen werden.

Klappenventil® werden oft als Entleerungsventil^ verwendet. So werden beispielsweise in WaseHiHaschinen Klappenventiie zur Ableitung des ¥asöhwassers aus den Bottlohen benutzt. Klappenventile sind für diesen Vorgang besondere geeignet, da sie große Ströauiigsdurohgänge bieten, duroh die das Vaeser mit geringer Strömangaeinsohnlirung abfließen kann.

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Patentanwälte Dipl.-Ing. Martin Licht, Dipl.-Wirtsch.-ing. Axel Hansmann, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann

8 MDNCHEN 2, THERESIENSTRASSE 33 · Til.fon: 281202 · T»!eeramm-Adr»Ji·. LipaHi/München Bayer. Veieimbank MOnchtn, Zw»ie«t. Oskar-von-Miilir-Rine, Klo.-Nr. 8824W · Po»l$ch«ck-Kon»0! MOnchen Nr. 143397

Oppenau« BDro: PATENTANWALT DR. REINHOLD SCHMIDT BAD ORIGINAL

Wenn irgend ein Ventil geöffnet oder geschlossen wird, so soll dies möglichst rasch geschehen. Daduroh wird die Erosion des Ventilelements und des Ventilsitzes aufgrund des mit hoher Geschwindigkeit erfolgten Strömung©- mitteldurchgangs zwischen diesen beiden Gliedern, wenn sich das Ventil unter Druck öffnet oder schließt, verringert. Zur möglichst raschen Durchführung der Öffnungs- und Schließbewegung des Ventils lassen sich Steuervorrichtungen anordnen. In vielen Fällen ist es jedoch erforderlich^ daß das Klappenventil für eine gegebene Zeitspanne offan bleibt. Wenn es beispielsweise als Abfluß- oder Entwässerung®' ventil benutzt wird, so braucht die Flüssigkeit in dem Bottich oder dem Behälter, der entleert werden soll_; eine gewisse Zeit, um durch das Entleerungsventil hindurehssussrömen und den Behälter zu verlassen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht da shall» darin, elm® Steuervorrichtung für ein Klappenventil zu schaffen, die das Ventil rasch öffnet, eine bestimmte Zeitspanne offenhält und dann schnell schließt.

Biese neuartige Steuervorrichtung für Klappenventil« soll einfach aufgebaut sein und das Ventil nach jedem Eätriebszyklus in annähernd die gleiche Stellung zurückführen.

Des weiteren soll ein Motorgesteuertes Klappenventil geschaffen werden, das ein Kurbelelement aufweist, weiches zur öffnung und Schließung des Ventils in derselben Richtung gedreht wird, sowie eine VentiIsteuerstange, die zwischen der Kurbel und dem Ventilelement eine Le er lauf verbindlang herstellt, so daß die Kurbel je nach Fall entweder ihren oberen oder ihren unteren Totpunkt arreiohen kann, und zwar selbst dann, wenn zwischen dem Ventilelement und dem Ventilsitz eingefangene Faeerteilohen das Ventil daran hindern, sich vollständig zu sohließen.

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Schließlich soll die neuartige Ventilsteuerung für ein Klappenventil nit einer Kurbel ausgerüstet sein, die die Ventilsteuerstange zum Öffnen und Schließen des Ventils hin- und herbewegt, wobei die Kurbelstellung zur Steuerung des Betriebs der Steuervorrichtung dient.

AusfUhrungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in der Zeichnung, auf die sich die folgende Beschreibung bezieht, schematisch dargestellt. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine teilweise senkrechte Schnittansicht und teilweise Seitenansicht der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen motorgesteuerten Klappenventils bei geschlossenem Ventil,

Fig. 2 eine Seitenansicht des Ventils von Figur 1, wobei das Ventil geööfnet ist,

Fig. 3 eine Stirnansicht des in den Figuren 1 und 2 gezeigten, motorgesteuerten Klappenventils und

Fig. 4 eiae Teilscimittansioht längs der Linie 4-4 in Figur 1.

Das Klappenventil weist einen Hohlkörper 10 auf, der mit einem Einlaß 11 und einem Auslaß 12 versehen ist. Das in den Einlaß 11 strömende Strömungsmittel bewegt sich durch den Ventilsitz 14, der berührt wird, sobald das Ventil von dem Ventilelement 15 geschlossen wird. Die Welle 16 ist in den Seitenwänden des Körpers 10 drehbar gelagert und trägt das Ventilelement 15, so daß es mit dem Ventilsitz 14 in und außer Eingriff gebracht werden kann. Durch fiBhen der Welle 16 in Uhrzeigerrichtung, wie dies in Figur 1 dargestellt ist, wird das Ventilelement mit dem Ventilsitz in Berührung gebracht« Durch Drehen der Welle 16 in entgegengesetzter Richtung oder im Gegenuhrzeigersinn wird das Ventilelement von dem Ventilsitz entfernt und das Ventil geöffnet, wie dies in Figur 2 gezeigt ist.

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Die Welle 16 verläuft aus dem Ventilkörper lOnaeh außen, wo sie axt einer Einrichtung in Verbindung steht, die sie zum öffnen und Schließen des Ventils in entgegengesetzte Richtungen dreht. Das eine Ende des Arms 17 ist auf dem vorstehenden Teil der Welle befestigt. Das andere Ende des Arms 17 steht mit der Ventilsteuerstange 18 in Verbindung. Die Steuerstange und der Arm 17 sind so gelenkig verbunden, daß die Hin- und Herbewegung der Stange 18 ein Schlingen des Arms 17, ein Drehen der Welle 16 und ein Öffnen und Schließen des Ventils bewirkt.

Die Steuervorrichtung für die sioh hin- und herbewegende Stange 18 weist einen Antrieb und eine Kurbel auf. Bei der dargestellten Ausfiihrungsform ist der Getriebemotor 20 auf der Stirnplatte 21 des Körpers 10 angebracht und die Scheibe 24 ist auf dar Antriebswelle 22 des Getriebemotors befestigt. Das Ende der Steuerstange 18 steht mit der Scheibe 24 durch den Stift 25 im Qelen-kverb.in.dung.. Auf diese Weis® rotieren die Seheiöe und die Stange relprtiv. zueinander rund um die Achse fies Stiftes 25, die mit Abstand parallel zu der Drehachse der Welle 22 angeordnet iat. Die Arretierungsschraube 26 stellt sicher, daß die Scheibe 24 sich mit der Antriebswelle des Motors dreht. Durch Drehen der Scheibe 24 wird dia Steiisrstange 18 in axialer Richtung nach rechts bewegt und öffnet das Ventil, sobald die Scheibe sich aus der in Figur 1 gezeigten Stellung um eine halbe Umdrehung herausgedreht hat. Dreht sich dann die Scheibe weiter, so wird dadurch die Stange nach links zurückbewegt und führt das Ventilelement nach einer vollständigen Umdrehung der Scheibe in seine geschlossene Stslluig zurück.

Zur Betätigung der Antriebsvorrichtung, des Gelriebemotors 20, mit dem die Welle 22 und die Scheibe 24 gedreht werden, sind Mittel vorgesehen« Bei der dargestellten Aua-

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führungsform sind der Schalter 30 und der tiookengesteuerte Schalter 3I in Reihe gesohaltet, und zwar in der Leitung 33, die zusammen mit der Leitung 34 den Getriebemotor 20 mit Energie speist. Die beiden Schalter stehen so miteinander in Verbindung, daß der normalerweise geschlossene Kontakt des einen Schalters an dem normalerweise offenen Eontakt des anderen Schalters angeschlossen ist. Beide Schalter sind gemeinsam durch die Abschnitt 33a und 33b der Leitung 33 in Reihe geschaltet.

Der Schalter 30 ist normalerweise geschlossen, während der Schalter 31 normalerweise geöffnet ist. Zur Einschaltung der Antriebsvorrichtung wird die Spule 30a erregt, indem der Schalter 30 aus seiner ersten oder normalerweise geschlossenen Stellung in seine zweite oder normalerweise geöffnete Stellung bewegt wird. Dadurch wird die Klemme 33 des Motors 20 äiber die Leitung 35» die an den normelerweise offenen Kontakt des Schalters 30 angeschlossen ist, mit dem normalerweise geschlossenen Kontakt des Schalters 31 verbunden. Der Motor draht dann die Welle 22 im Uhrzeigersinn, wie dies in Figur 1 dargestellt ist.

Zur Abschaltung der Antriebsvorrichtung und zum Anhalten der sich drehenden Antriebswelle des Motors, nachdem die Welle und die Kurbel sich um einen bestimmten Drehwinkel gedreht haben, ist eine Nookenvorriohtung vorgesehen. Bei der dargestellten Ausfiihrungsform ist der Umfang der Scheibe 24 mit einer Kontur versehen, die einen derartigen Nocken bildet. Der Umfang weist den Abschnitt 24a auf, der einen kleineren Durchmesser besitzt, als der Abschnitt 24b. Wenn das Ventil geschlossen ist, wie in Figur 1 gezeigt, und di« Scheibe 24 sich im Bezug auf die Stange 18 in ihrem oberen Totpunkt befindet, dann läuft das Schaltelement 31 des Schalters 31 auf der Oberfläche 24a. In dieser Stellung befindet sich der Schalter 31 in seinem normalerweise g·-

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schlossenen Zustand, und wenn der Schalter 30 in seine zweite oder normalerweise geöffnete Stellung bewegt wird, dann fließt dem Motor 20 Strom zu.

Der Motor 20 dreht daraufhin die Scheibe 24 im Uhrzeigersinn, bis das Schaltelement 31a auf die Oberfläche 24b der Scheibe aufläuft. Dadurch wird das Schaltelement dazu gebracht, den Schalter 31 aus seiner ersten oder normalerweise geschlossenen Stellung in seine zweite oder normalerweise geöffnete Stellung zu bewegen. Dies hat eine Unterbrechung des Stromflusses durch die Klemme 33 zur Folge, so daß der Motor zum Stillstand kommt. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich die Scheibe in ihrer unteren Totlage, und das Ventil ist geöffnet, wie dies in Figur 2 dargestellt ist.

Das Ventil bleibt solange geöffnet_s bis der Schalter in seine erste oder normalerweise geschlossene Stellung zurückkehrt. Verschiedene Mittel lassen sich vorsehen, um den Schalter für eine gewählte Zeit in seiner zweiten Stellung zu halten. So kann beispielsweise eine Stellvorrichtung benutzt werden, um die Spule 30a abzuschalten, nachdem die gewünschte Zeitspanne vorüber ist. Nachdem die gewählte Zeitspanne verstrichen ist, wird die Spule 30a ausgeschaltet, wodurch der Schalter 30 in seine erste oder normalerweise geschlossene Stellung zurückkehren kann. Der Motor 20 wird nun aus der Leitung 33 über die Leitung 36 mit Strom versorgt, wobei die Leitung 36 mit dem normalerweise geschlossenen Kontakt des Schalters 30 und dem normalerweise offenen Kontakt des Schalters 31 verbunden ist, der sich nun aufgrund der Stellung des Sehaltelementes 31a in seiner zweiten oder normalerweise geöffneten Stellung befindet. Wird der Motor 20 mit Strom gespeist j, so dreht er die Soheibe 34 im Uhrzeigersinn solange, bis das Schaltelement 31a von dem erhöhten Abschnitt S4b auf dem Umfang der Soheibe

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herabfällt. -Dadurch wird der Schalter 31 aus seiner zweiten oder normalerweise geöffneten Stellung in seine erste oder normalerweise geschlossene Stellung zurückbewegt. Dies hat auch eine unterbrechung des Stromflusses zu dem Motor zur Folge, und die rotierende Scheibe 24 kommt zum Stillstand, wobei das Ventil geschlossen wird. Die Steuervorrichtung läßt sich aber auch so anordnen, daß bei Zyklusbeginn das Ventil geöffnet ist und ihr Zyklus ebenfalls mit geöffnetem Ventiyendet.

Da sich die Kurbel oder Scheibe 24 in einer Richtung zwischen der oberen Totpunktlage von Figur 1 und der unteren Totpunktlage von Figur 2 und wieder zurück dreht, könnte das Ventil, sollten Fasern oder andere Teilchen zwischen dem Ventilelement 15 und dem Ventilsitz 14 eingefangen werden, am Schließen gehindert werden. Dies würde dazu führen, daß die Scheibe 24 anhält, bevor sie ihre Umdrehung vollendet hat, und die Steuervorrichtung würde dann sich nicht in dem Betriebszustand befinden, der für einen weiteren Betriebszyklus erforderlich ist. Um dies zu verhindern, besteht die-Ventilsteuerstange 18 aus einer Anordnung, die eine Leerlaufverbindung enthält. Die Steuerst angenanardnung weist eine Hülse 40 auf, deren eiu.es Ende mit Hilfe des Stiftes 25 an der Scheibe 2k befestigt ist. Eine Gewindestange kl erstreckt eich mit dem einen Ende in die HUlse 40 hinein, während das andere Ende durch den Anschluß 42 und den Stift 43 mit dem Arm 17 in Drehverbindung steht. Eine auf der Gewindestange 41 befindliche Bastei!mutter 44 drückt eine zwischen der Mutter und dem Ende der Hülse 4Q befindliche Feder 45 zusammen. Durch die Hülse 18 und den Langschlitz 47 in der Stange 41 erstreckt sieb, ein Stift 46. Dadurch wird zwischen der Hülse und der Stange eine axiale Relativbewegung ermöglicht, die durch die Schraubenfeder 45 in der einen Richtung gehemmt wird, Die Stärke der durch die Schraubenfeder 45 ausgeübten Hemmkraft t$ßt sich durch Drehen d«r Mutter 44 auf der Stange

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41 einstellen. Mit dieser Anordnung wird es der Steuervorrichtung ermöglicht, ihren Zyklus zu vollenden, wenn das Ventilelement 15 aufgrund von Fasern oder anderen Teilchen, die sich zwischen ihm und dem Ventilsitz 14

sich gefangen haben, daran gehindert wird,/vollständig zu schließen, weil in solch einem Fall die Feder 45 stärker zusammengedrückt wird.

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Claims

Patentanme!dung: Steuervorrichtung für Klappenventile

Steuervorrichtung für ein Klappenventil, das durch axiales Hin- und Herbewegen einer Steuerstange geöffnet und geschlossen wird« gekennzeichnet durch eine Antriebswelle (22), auf der eine Kurbel (24) befestigt ist, die mit einer Ventilsteuerstange (18) so verbunden ist, daß die Stange (18) während der einen Hälfte jeder Umdrehung der Kurbel (24) axial in die eine Richtung bewegt und während der anderen Hälfte jeder Umdrehung der Kurbel in die andere Richtung bewegt wird; einen Antrieb (20) zur Drehung der Welle (22) und damit der Kurbel (24), Einriohtungen (30,31,31a,33,34) zur Betätigung des Antriebs (20), um die Welle (22) und Kurbel (24) zu drehen und die Steuerstange (18) axial zu bewegen; auf der Antriebswelle (22) angebrachte Nooken (24a, 24b) zur Abschaltung des Antriebs (20) und zur Stillsetzung der sich drehenden Welle (22), naohdem die Welle und die Kurbel über einen bestimmten Drehwinkel gedreht worden sind; und duroh Mittel (30,31) zur Wiedereinschaltung des Antriebs (20) naoh einer festgesetzten Zeitspanne, um die Welle (22) solange zu drehen, bis die Nooken (24a, 84b) den Antrieb wieder abschalten, sobald die ¥•11· ein· Umdrehung vollendet hat und die Steuerstang· (18)

Patentanwälte Dipl.-fng. Martin Licht, Dipi.-Wirtsdi.-Ing. Axel Hansmann, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann

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OppinainrBOrot ΡΛΤΕΝΤΛΝΜΙΤ Γ>*. MIN HOLD SCHMIDT

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das Ventil (15) in seine ursprüngliche Lage zurückgebracht hat.

2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nocken (24a, 24b) und die Kurbel (24) von einer Scheibe gebildet werden, die auf der Welle (22) drehfest angeordnet ist und deren Umfang mit Konturen versehen ist, um den Antrieb (20) abzuschalten, sobald die Welle (22) und die Scheibe (24) sich um den bestimmten Drehwinkel gedreht haben und solbald die Welle (22) eine Umdrehung vollendet hat.

3. Steuervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Betätigung des Antriebs (20) einen Schalter (31) aufweisen,der ein Steuerelement (31a) besitzt, das mit der Umfangskontur (24a, 24b) der Scheibe (24) in Berührung steht, um den Schalter (31) aus einer ersten in eine zweite Stellung zu bewegen und damit den Antrieb (20) abzuschalten, sobald die Scheibe (24) sich um den gegebenen Drehwinkel gedreht hat, und um den Schalter (3i) in seine erste Stellung zurückzubringen und den Atrieb (20) wieder auszuschalten, sobald der Nocken um eine Umdrehung gedreht worden ist.

4. Steuervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Betätigung des Antriebs (20) auch einen Schalter (30) aufweisen, der aus einer ersten in eine zweite Stellung bewegbar ist, um den Antrieb (20) einzuschalten, sobald der nockenbetätigte Schalter (31) sich in seiner ersten Stellung befindet, daß eine Schaltvorrichtung vorhanden ist, mit der der zweite Schalter (30) eine gewählte Zeitspanne in seiner zweiten Stellung haltbar ist, nachdem der Antrieb (20) durch die Bewegung des nookenbetatigten Sohalters (3i) in die zweite Stellung mit Hilfe der mit Konturen (24a, 24b) versehenen Scheibe,(24) abgeschaltet worden ist, und daß Mittel (30a) vorgesehen

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sind, mit denen der Schalter (30) in seine erste Stellung zurüekführbar ist, um den Antrieb wieder einzuschalten und dadurch die Scheibe (24) solange zu drehen, bis ihre mit Konturen versehene Oberfläche den nockenbetätigten Schalter (31) in seine erste Stellung zurückbringt und den Antrieb ausschaltet, wenn die Scheibe eine ganze Umdrehung vollendet hat und die Ventilsteuerstange 18 in ihrer Ausgangsstellung zurückgekehrt ist.

5. Motorgesteuertes Klappenventil mit einem einen Strömungsmitteldurchgang aufweisenden Ventilkörper, einem Ventilsitz und einem in dem Durchgang auf einer Welle, die von dem Körper drehbar getragen wird, und sich aus dem Körper herauserstreckt, befestigten Ventilelement, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilelement (15) von dem Ventil_T sitz (14) zur Öffnung des Ventils durch Drehen der Welle (16) in die eine Richtung wegbewegbar ist und zur Schließung des Ventils durch Drehen der Welle (l6) in die entgegengesetzte Richtung auf den Sitz (14) zu bewegbar ist; einen Arm (17), der an dem einen Ende mit der Welle (16) verbunden ist; einen Antriebsmotor (20) mit einer Antriebswelle (22), auf der eine Schaltnockenscheibe (24) drehfest gelagert ist; eine Ventilsteuerstange (18), die mit dem einen Ende mit dem Ende des Arms (17) gelenkig verbunden ist, das dem an der Welle (l6) befestigten Ende entgegengesetzt ist und die mit dem anderen Ende mit der Nockenscheibe (24) in Gelenkverbindung steht, um sich um eine Achse (25) zu drehen, die gegen die Drehachse der Nockenseheibe (24) versetzt ist, so daß während der einen Hälfte jeder Umdrehung der Antriebswelle (22) die Nockenscheibe (24) die Steuerstange (18) axial in die eine Richtung bewegt und durch den Arm (17) die Welle (16) in der ersten Richtung dreht, um das Ventil (15) zu öffnen und während der anderen Hälft» der Umdrehung die Steuerstange (18) axial in die andere Richtung bewegt und übe* den Arm (17) die Welle (l6) in die andere Richtung dreht, um das Ventil (15) zu schließen; eine Motorsteuervorrichtung mit

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einem Steuerschalter (3I), der ein Steuerelement (31a) aufweist, das den Schalter zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung bewegt und mit dem Umfang der Nockenscheibe (24) in Berührung steht, der so geformt ist, daß das Steuerelement (31a) den Schalter (31) während der ersten Hälfte jeder Umdrehung in einer ersten Stellung und während der zweiten Hälfte jeder Umdrehung in der zweiten Stellung hält; einen zweiten Schalter (30), der eine erste und eine zweite Stellung aufweist und mit dem Nockenschalter (3I) und dem Motor (20) so in Reihe geschaltet ist, daß der Motor an eine Stromquelle angeschlossen ist, sobald der Schalter (30) in seine zweite Stellung bewegt wird und der Nockenschalter (31) sich in seiner ersten Stellung befindet, um den Motor (20) zu veranlassen, die Nockenscheibe (24) um eine halbe Umdrehung zu drehen und daduroh das Ventil (15) zu öffnen und um den Nockenschalter (3I) in seine zweite Stellung zu bewegen, und dadurch die Stromzufuhr zu dem Motor (20) zu unterbrechen; und durch eine Schalteinrichtung, die den zweiten Schalter eine bestimmte Zeitspanne in seiner zweiten Stellung hält, wonaoh der Schalter (JO) wieder in seine erste Stellung gebracht wird, um den Motor über den Nockenschalter (3I) mit Strom zu versorgen, wobei sich der Nockenschalter in seiner zweiten Stellung befindet, um den Motor zu veranlassen, die Nockenscheibe (24) um eine weitere halbe Umdrehung zu drehen, das Ventil (15) zu schließen und das Steuerelement (31a) des Nockenschalters (3i) so zu bewegen, daß der Schalter in seine erste Stellung gelangt und die Stromzufuhr zu dem Motor (20) unterbricht.

6. Klappenventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichne% daß die Ventilsteuer»tan*· (18) eine Hülse (40), einen Stab (41) und eine Feder (45) aufweist, die zwischen der Hüls« und dem Stab in der einen Richtung Axialkräfte überträgt um zu ermöglichen, daß die Nockenscheibe (24) auch dann um eine volle Umdrehung gedreht wird, wenn Fremdstoffteilchen das Veiül (15) am vollständigen Schließen behindern.

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