DE3001834A1 - ACTUATOR PERFORMANCE - Google Patents

Description

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Stellgerät - DurchführungActuator - implementation

Die Erfindung betrifft eine Stellgerät - Durchführung mit einem durch ein Gehäuse hindurch sich erstreckenden, längsverschiebbaren Stellstössel, und mit einem einerends dicht an der Innenseite einer Stirnwand des Gehäuses und andernends dicht am Stellstössel befestigten, diesen im Gehäuse umgebenden Metallbalg.The invention relates to an actuator - implementation with a through a housing extending, longitudinally displaceable adjusting ram, and with one end tightly attached to the inside of an end wall of the housing and on the other end tightly to the adjusting ram, this metal bellows surrounding the housing.

Dabei soll unter Stellgerät ein Gerät verstanden werden, das einen Stellantrieb umfasst/ der über einen Stellstössei an ein Stellglied gekoppelt ist. Die Erfindung betrifft somit die wesentlichen Teile, die zwischen dem Stellantrieb und dem Stellglied vorhanden sind.In this context, an actuator should be understood to mean a device that includes an actuator / which is actuated via an actuating pushbutton is coupled to an actuator. The invention thus relates to the essential parts between the Actuator and the actuator are available.

Bei bekannten Durchführungen der eingangs genannten Art ist durch den Metallbalg eine leckfreie Abdichtung zwischen der dem Stellantrieb zugekehrten und der dem Stellglied zugekehrten Seite des Stellstössels gewährleistet. Ausserdem ist eine praktisch reibungsfreie Verschiebung des Stellstössels möglich, wenngleich gegen die geringe,In known bushings of the type mentioned at the outset, the metal bellows provides a leak-free seal between the actuator facing and the actuator facing side of the ram is guaranteed. In addition, a practically frictionless displacement of the adjusting ram is possible, albeit against the low,

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vom iJ'etallbalg ausgehende Federkraft.spring force emanating from the metal bellows.

Wenn nun aber zwischen der dem Stellantrieb zugekehrten und der dem Stellglied zugekehrten Seite ein Druckgefäl-Ie herrscht, so hat bei den bekannten Durchführungen der eingangs genannten Art der Metallbalg das Bestreben, sich axial zu verformen, d.h. je nach Richtung des Druckgefälles sich zu verlängern oder zu verkürzen und dementsprechend auch den Stellstössel zu verschieben. Falls nun der Stellantrieb den vom Druckgefälle ausgehenden Kräften nicht zu widerstehen vermag, dann kommt es zu einer Verschiebung des Stellstössels und somit zu einer unerwünschten Lageveränderung der Lage des Stellgliedes.If, however, there is now a pressure drop between the side facing the actuator and the side facing the actuator prevails, in the known bushings of the type mentioned at the beginning, the metal bellows endeavors to deform axially, i.e. to lengthen or shorten depending on the direction of the pressure gradient and accordingly also move the ram. If the actuator now compensates for the pressure gradient Unable to withstand forces, then there is a displacement of the adjusting ram and thus a unwanted change in position of the position of the actuator.

Es ist daher ein Zweck der Erfindung, eine Durchführung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der ein Druckgefälle zwischen der einen und der anderen Seite der Durchführung praktisch ohne Einfluss auf die Lage des Stellstössels ist, der sich somit an einen Stellantrieb koppeln lässt, der nur geringe Stellkräfte aufzubringen vermag.It is therefore a purpose of the invention to create an implementation of the type mentioned, in which a Pressure gradient between one and the other side of the bushing has practically no effect on the position of the actuating ram, which can thus be coupled to an actuator that can only apply low actuating forces able.

Zu diesem Zweck ist die vorgeschlagene Stellgerät-Durchführung gemäss der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass der Stellstössel im Anschluss an den genannten Metallbalg aufgeweitet ist und einen, zum genannten Metallbalg koaxial angeordneten Metallbalg umgibt, dessen dem genannten Metallbalg zugekehrtes Ende dicht am Stellstössel undFor this purpose, the proposed actuator implementation according to the invention is characterized in that the actuating ram is widened in connection with said metal bellows and one is coaxial with said metal bellows arranged metal bellows surrounds the end facing said metal bellows close to the actuating ram and

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dessen dem genannten Metallbalg abgekehrtes Ende dicht an der Innenseite der anderen Stirnwand des Gehäuses befestigt ist, wobei die von den Metallbälgen umschlossenen Räume einerseits und die die Metallbälge umgebenden Räume im Gehäuse andererseits je miteinander in Strömungsverbindung stehen.whose end facing away from said metal bellows is fastened tightly to the inside of the other end wall of the housing is, the spaces enclosed by the metal bellows on the one hand and those surrounding the metal bellows On the other hand, spaces in the housing are each in flow connection with one another.

Merkmale bevorzugter Ausführungsformen sind den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen. 10Features of preferred embodiments can be found in the dependent claims. 10

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt:An embodiment of the invention is described in more detail below with reference to the drawing. It shows:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine Durch-" führung, undFig. 1 shows an axial section through a "implementation, and

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II - II2 shows a section along the line II - II

der Fig. 1.of Fig. 1.

Die dargestellte Durchführung 10 besitzt ein Gehäuse und einen durch dieses hindurch sich erstreckenden und in diesem längsverschiebbar angeordneten Stellstössel 12, Das eine im wesentlichen zylindrische Innenwand 13 aufweisende Gehäuse 11 weist einen rohrförmigen Abschnitt 14 auf, der einerends in einer eine Bohrung 15 aufweisenden Stirnwand 16 endet und andernends in einen nach aussen abstehenden Flansch 17, beispielsweise mit Aussensechskant, übergeht. Auf den Flansch 17 folgt ein mitThe illustrated implementation 10 has a housing and an adjusting ram 12 extending through this and arranged to be longitudinally displaceable therein, The housing 11, which has a substantially cylindrical inner wall 13, has a tubular section 14, which ends at one end in an end wall 16 having a bore 15 and at the other end in an outward direction protruding flange 17, for example with an external hexagon, merges. The flange 17 is followed by a with

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einem Aussengewinde 18 versehener Stutzen 19. Dieser Stutzen 19 ist dicht in die Wand 20 des Gehäuses eines Ventiles (nicht dargestellt) z.B. eines Regel- oder eines Mischventiles eingeschraubt. Der Stutzen 19 endet in einer Stirnwand 21, in der zwei kreisbogenförmige, durchgehende Schlitze 22, 23 (Fig. 2) vorhanden sind, so dass der zentrale Teil der Stirnwand 21 über zwei Stege 24, 25 mit dem Stutzen 19 verbunden bleibt.an external thread 18 provided connector 19. This connector 19 is tight in the wall 20 of the housing of a Valves (not shown), e.g. of a control valve or a mixing valve, are screwed in. The nozzle 19 ends in an end wall 21, in which two circular arc-shaped, continuous slots 22, 23 (Fig. 2) are present, so that the central part of the end wall 21 remains connected to the connecting piece 19 via two webs 24, 25.

Der Stellstössel 12 weist einen oberen, schaftförmigen Abschnitt 26 auf, der sich mit Spiel durch die Bohrung 15 in der Stirnwand 16 erstreckt und an seinem oberen Ende mit einem Aussengewinde 27 versehen ist. Das Spiel zwischen den Bohrung 15 und dem Abschnitt 26 dient dazu, eine Strömungsverbindung herzustellen. Falls dem Abschnitt 26 keine Auslenkbarkeit in radialer Richtung zugestanden werden soll, kann die Bohrung 15 auch derart bemessen sein, dass der Abschnitt 16 im Gleitsitz geführt ist. Dann ist bzw. sind nahe an der Bohrung eine oder weitere Bohrungen 15' vorzusehen, die die Strömungsverbindung herstellen. Das Aussengewinde 21 dient dazu, den Stellstössel 12 an einen Stellantrieb (nicht dargestellt) zu koppeln, der den Stellstössel in Längsrichtung verschiebt und in einer bestimmten Ver— schiebungslage hält.The adjusting ram 12 has an upper, shaft-shaped section 26 which extends through the bore with play 15 extends in the end wall 16 and is provided with an external thread 27 at its upper end. The game between the bore 15 and the section 26 is used to establish a flow connection. If the section 26 should not be allowed to deflect in the radial direction, the bore 15 can also be in this way be dimensioned so that the section 16 is guided in a sliding fit. Then is or are close to the hole to provide one or more bores 15 'which establish the flow connection. The external thread 21 serves to couple the adjusting ram 12 to an actuator (not shown) that controls the adjusting ram shifts in the longitudinal direction and holds in a certain shift position.

An seinem in Fig. 1 unten erscheinenden Ende ist auf dem Abschnitt 26 eine Ringscheibe 28, z.B. durch Verschrau-At its end, which appears at the bottom in Fig. 1, an annular washer 28 is attached to section 26, e.g. by screwing

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bung verankert. In dieser Ringscheibe 28 ist nahe an der Verankerungsstelle des Abschnittes 26 ein Kranz von durchgehenden Bohrungen 29 vorhanden, die ebenfalls der Herstellung einer Strömungsverbindung dienen. 5anchored in the exercise. In this annular disk 28 is close to the anchoring point of the section 26, a ring of continuous Bores 29 are present, which are also used to establish a flow connection. 5

Auf den Umfang der Ringscheibe 28 ist als weiterer Teil des Stellstössels 12 ein Rohrabschnitt 30 aufgezogen, dessen Aussendurchmesser geringer ist als der Innendurchmesser der Innenwand 13. Der Rohrabschnitt 30 ist durch zwei in axialer Richtung sich erstreckende Schlitze 32 in zwei zylinderschalenförmige Lappen 33, 34 unterteilt, die mit Spiel durch die Schlitze 22 bzw. 23 in der Stirnwand 21 greifen. Die Stege 24 und 25 dienen dabei auch zur Geradführung des Rohrabschnittes 30. Unternends ist der Rohrabschnitt 30 durch einen Stopfen 35 verschlossen, der in einen mit einem Aussengewinde 37 versehenen, schaftförmigen Abschnitt 36 übergeht. Das Aussengewinde 37 dient zur Befestigung eines oder mehrerer Stellglieder (nicht dargestellt), z.B. eines Ventilkolbens oder eines Ventiltellers am Stellstössel 12.A pipe section 30 is drawn onto the circumference of the annular disk 28 as a further part of the adjusting ram 12, the outer diameter of which is smaller than the inner diameter of the inner wall 13. The pipe section 30 is divided by two axially extending slots 32 into two cylinder-shell-shaped tabs 33, 34, which grip through the slots 22 and 23 in the end wall 21 with play. The webs 24 and 25 are used here also for straight guidance of the pipe section 30. Below the pipe section 30 is closed by a plug 35, which merges into a shaft-shaped section 36 provided with an external thread 37. The external thread 37 is used to attach one or more actuators (not shown), e.g. a valve piston or a valve plate on the adjusting tappet 12.

Zum Abdichten des Raumes 38 auf der einen Seite der Wand 20 gegenüber dem Raum 39 auf der anderen Seite dient eine jyfetallbalgabdichtung. Ein erster, den schaf tförmigen Abschnitt 26 des Stellstössels 12 umgebender Metallbalg 40 ist einerends bei 41 dichtend an der Innenseite der Stirnwand 16 befestigt, so dass er auf alle Fälle die Bohrung 15 und allenfalls die Bohrungen 15' umgibt.To seal the space 38 on one side of the wall 20 opposite the space 39 on the other side is a metal bellows seal. A first, the sheep-shaped one The metal bellows 40 surrounding the section 26 of the actuating ram 12 is sealed at one end at 41 on the inside of the Front wall 16 attached so that it in any case surrounds the bore 15 and possibly the bores 15 '.

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Andernends ist der Balg 40 bei 42, d.h. an einer den Kranz der Bohrungen 29 umgebenden Linie dichtend an der Ringscheibe 28 befestigt. Der Raum zwischen dem Abschnitt 26 und dem Balg 40 ist mit 43 bezeichnet, der den Balg umgebende Raum im Gehäuse 11 mit 44. Ein zweiter Metallbalg 45 ist einerends bei 46 dicht an der gegenüberliegenden Seite der Ringscheibe 28, d.h. ebenfalls längs einer die Bohrungen 29 umgebenden Linie befestigt und andernends bei 47 dicht am Mittelteil der Stirnwand 21. Der Innenraum des Balges 45 ist mit AB bezeichnet, der Raum zwischen Balg 45 und der Innenwand 13 dagegen mit 49. Die beiden einander zugekehrten Enden der Bälge 40, 45 sind somit an der Ringscheibe 28 des Stellstössels befestigt und an ihren einander abgekehrten Enden an den einander gegenüberliegenden Stirnwänden des Gehäuses 11.At the other end, the bellows 40 is fastened to the annular disk 28 in a sealing manner at 42, ie on a line surrounding the rim of the bores 29. The space between the section 26 and the bellows 40 is denoted by 43, the space surrounding the bellows in the housing 11 by 44 surrounding line and at the other end at 47 close to the middle part of the end wall 21. The interior of the bellows 45 is labeled AB , the space between the bellows 45 and the inner wall 13, however, with 49. The two facing ends of the bellows 40, 45 are thus on attached to the annular disk 28 of the adjusting ram and at their ends facing away from one another on the opposite end walls of the housing 11.

Die Räume 43 und 48 stehen miteinander über die Bohrungen 29 in Strömungsverbindung und über die Bohrung 15 bzw. 15' mit dem Raum 38. Dagegen stehen die Räume 44 und 49 über die Schlitze 31, 32 miteinander und über die Schlitze 22, 23 mit dem Raum 39 in Strömungsverbindung.The spaces 43 and 48 are in flow connection with one another via the bores 29 and via the bore 15 or 15 'with the space 38. In contrast, the spaces 44 and 49 are above the slots 31, 32 with one another and above the slots 22, 23 with the space 39 in flow connection.

Beide Bälge 40 und 45 sind vorzugsweise identisch, d.h. sie besitzen den selben Innen- und Aussendurchmesser und auch die gleiche Anzahl Falten. Ausserdem sind beide Bälge 40, 45 in vorkomprimiertem Zustand eingebaut, so dass keiner der beiden Bälge 40, 45 unabhängig von der Stellung des Stellstössels 12 je auf Zug beansprucht wird.Both bellows 40 and 45 are preferably identical, i.e. they have the same inside and outside diameter and also the same number of folds. In addition, both bellows 40, 45 are installed in a pre-compressed state, so that neither of the two bellows 40, 45 is ever subjected to tension regardless of the position of the adjusting ram 12.

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Die Bälge 40, 45 können z.B. aus einem rostfesten Stahl mit einer Dicke - je nach erwartbarer Druckdifferenz zwischen den Räumen 39 und 38 - von etwa 0,04 - 0,07 mm sein. Ebenso eignen sich für die Bälge 40, 45 auch andere metallische Werkstoffe, z.B„ Be-Bronze.The bellows 40, 45 can for example be made of a stainless steel with a thickness - depending on the expected pressure difference between spaces 39 and 38 - from about 0.04-0.07 mm. Others are also suitable for the bellows 40, 45 metallic materials, e.g. "Be bronze.

Aus dem Gesagten ergibt sich, dass bei einer Bewegung des Stellstössels 12 nach oben der Balg 40 axial zusammengedrückt, der Balg 45 dagegen gedehnt wird. Da die Bälge 40, 45 aus einem sehr dünnen Material sind, ist die von ihnen ausgehende Federkraft sehr gering und praktisch vernachläs sigbar.From what has been said it follows that when there is a movement of the actuating ram 12, the bellows 40 is axially compressed upward, while the bellows 45 is stretched. Since the Bellows 40, 45 are made of a very thin material, the spring force emanating from them is very low and practical negligible.

Ein vom Raum 39 gegen den Raum 38 hin wirkendes Druckgefälle hätte an sich die Tendenz, beide Bälge in axialer Richtung zusammenzudrücken. Da die beiden Bälge aber gewissermassen einander entgegenwirkend geschaltet sind, hat ein solches Druckgefälle praktisch keine Verschiebung des Stellstössels 12 zur Folge. 20A pressure gradient acting from space 39 towards space 38 would have a tendency to compress both bellows in the axial direction. Since the two bellows to a certain extent are connected counteracting each other, such a pressure gradient has practically no shift of the adjusting ram 12 result. 20th

Bei der beschriebenen Durchführung ist der Stellstössel 12 schwebend zwischen den einander gegenseitig kompensierenden Bälgen 40 und 45 aufgehängt und somit sowohl reibungsfrei als auch hysteresefrei im Spindelgehäuse verschiebbar. Die einzigen Kräfte,denen der am Aussengewinde 27 angreifende Stellantrieb zu widerstehen hat, sind die von den Bälgen 40, 45 ausgehenden Federkräfte, die - wie erwähnt - praktisch vernachlässxgbar sind.In the implementation described, the adjusting ram 12 is floating between the mutually compensating Bellows 40 and 45 suspended and thus both friction-free and hysteresis-free in the spindle housing movable. The only forces that the external thread 27 acting actuator has to withstand, are the spring forces emanating from the bellows 40, 45, which - as mentioned - are practically negligible.

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Damit kann als Stellantrieb ein Hubmagnet vorgesehen werden, dessen Hub von einem Stellsignal abhängig ist.A lifting magnet can thus be provided as the actuator, the stroke of which is dependent on an actuating signal.

Es versteht sich von selbst, das anstelle des geschlitzten Rohrabschnittes 30 mehrere (mindestens zwei) parallele Stäbe vorgesehen sein können, die einerends in regelmässigen Winkelabständen am Umfang der Ringscheibe 28 befestigt sind, mit Spiel durch entsprechende Bohrungen in der Stirnwand 21 hindurchführen und andernends am Umfang des Stopfens 35 befestigt sind.It goes without saying that instead of the slotted pipe section 30, several (at least two) parallel Rods can be provided which at one end at regular angular intervals on the circumference of the annular disk 28 are attached, pass through corresponding holes in the end wall 21 with play and the other end on Perimeter of the plug 35 are attached.

Andererseits ist es auch denkbar, wenngleich herstellungstechnisch mit mehr Problemen behaftet, eine einstückige Balgabdichtung zu verwenden, bei der zu beiden Seiten eines faltenfreien, zylindrischen und dicht an der Äussenwand des Schaftabschnittes 26 zu befestigenden MLttelabschnittes die beiden eigentlichen Bälge 40 und anschliessen. In diesem Falle müsste der Rohrabschnitt 30 bzw. müssten die zuvor genannten Stäbe mittels einer den genannten Mittelabschnitt umspannenden Bride oder dgl. am Abschnitt 26 befestigt werden. Andererseits müsste die Strömungsverbindung zwischen den Räumen 43 und 48 durch eine mit einer Querbohrung abgeschlossene Axialbohrung im schaftförmigen Abschnitt 26 des Stellstössels 12 hergestellt werden.On the other hand, it is also conceivable, albeit in terms of production technology has more problems using a one-piece bellows seal on both sides a crease-free, cylindrical and tightly to the outer wall of the shaft section 26 to be fastened ML center section the two actual bellows 40 and connect. In this case the pipe section would have to 30 or the aforementioned rods would have to by means of a clamp or Like. To be attached to section 26. On the other hand, the flow connection between the spaces 43 and 48 through an axial bore closed with a transverse bore in the shaft-shaped section 26 of the adjusting ram 12 can be produced.

Claims (7)

PATENTANWÄLTE DR. KADOR & DR. KLUNKERPATENT LAWYERS DR. KADOR & DR. KLUNKER K 12 830K 12 830 18. Januar 1980January 18, 1980 Elektrowatt AG
Bellerivestraße 36 CH-8ÖO8 Zürich/SchweizElektrowatt AG
Bellerivestraße 36 CH-8ÖO8 Zurich / Switzerland PATENTANSPRUECHEPATENT CLAIMS I. 1.; Stellgerät-Durchführung mit einem durch ein Gehäuse hindurch sich erstreckenden, längsverschiebbaren Stellstössel, und mit einem einerends dicht an der Innenseite einer Stirnwand des Gehäuses und andernends dicht am Stellstössel befestigten, diesen im Gehäuse umgebenden Metallbalg, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellstössel (12) im Anschluss an den genannten Metallbalg (40) aufgeweitet ist und einen weiteren, zum genannten . Metallbalg (40) koaxial angeordneten Metallbalg (45) umgibt, dessen dem genannten Metallbalg (40) zugekehrtes Ende dicht am Stellstössel (12) und dessen dem genannten Metallbalg (40) abgekehrtes Ende dicht an der Innenseite der anderen Stirnwand (21) des Gehäuses (11) befestigt ist, wobei die von den Metallbälgen (40, 45) umschlossenen Räume (43, 48) einerseits und die die Metallbälge (40, 45) umgebenden Räume (40, 49) im Gehäuse (11) andererseits je miteinander in Strömungsverbindung stehen,I. 1 .; Actuator bushing with one through a housing longitudinally displaceable adjusting ram extending through it, and with one end close to the inside one end wall of the housing and on the other end tightly attached to the actuating ram, surrounding it in the housing Metal bellows, characterized in that the adjusting tappet (12) is connected to said metal bellows (40) is widened and another, to the mentioned. Metal bellows (40) surrounds coaxially arranged metal bellows (45), its end facing said metal bellows (40) close to the adjusting ram (12) and its said end Metal bellows (40) remote end tightly attached to the inside of the other end wall (21) of the housing (11) is, with the spaces (43, 48) enclosed by the metal bellows (40, 45) on the one hand and the metal bellows (40, 45) surrounding spaces (40, 49) in the housing (11), on the other hand, each in flow connection with one another stand, 0 3 0 0 3 1 / 0 7 A ■-■0 3 0 0 3 1/0 7 A ■ - ■ — O _- O _ 2. Durchführung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Metallbälge (40, 45) den selben Aussen- und Innendurchmesser und die selbe Anzahl Falten aufweisen.2. Implementation according to claim 1, characterized in that that the two metal bellows (40, 45) have the same outside and inside diameter and the same number Have wrinkles. 3. Durchführung nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Metallbälge (40, 45) in Ruhestellung gleich lang sind.3. Implementation according to claim 2, characterized in that the two metal bellows (40, 45) are in the rest position are the same length. 4. Durchführung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellstössel (12) im Anschluss an den erstgenannten Balg (40) einen rohrförmigen Abschnitt (30) aufweist, der mit wenigstens einem Längsschlitz (31, 32) versehen ist, durch den -sich ein Steg (24, 25) der anderen Stirnwand (21) des Gehäuses (11) erstreckt.4. Implementation according to claim 1, characterized in that the adjusting ram (12) following the the first-mentioned bellows (40) has a tubular section (30) with at least one longitudinal slot (31, 32) through which a web (24, 25) of the other end wall (21) of the housing (11) extends. 5. Durchführung nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich der geschlitzte Teil des rohrförmigen Abschnittes (30) mit Spiel durch einen in der arideren Stirnwand (21) ausgebildeten Schlitz (22, 23) in der Form eines Kreisringsektors erstreckt.5. Implementation according to claim 4, characterized in that that the slotted part of the tubular section (30) with play through one in the other End wall (21) formed slot (22, 23) extends in the form of a circular ring sector. 6. Durchführung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Metallbälge (40, 45) vorkomprimiert im Gehäuse (11) eingebaut sind.6. Implementation according to claim 1, characterized in that the two metal bellows (40, 45) are pre-compressed are installed in the housing (11). 7. Verwendung der Durchführung nach Patentanspruch 17. Use of the implementation according to claim 1 an einem Stellgerät, dessen Stellantrieb ein Hubmagnet mit einem von einem Stellsignal abhängigen Hub ist.on an actuator whose actuator is a solenoid with a stroke dependent on an actuating signal. .:., -030031 /0749.:., -030031 / 0749