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WO2012016618A1 - Antrieb für einen trennschalter mit c o-schaltvermögen - Google Patents

Antrieb für einen trennschalter mit c o-schaltvermögen Download PDF

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WO2012016618A1
WO2012016618A1 PCT/EP2011/003356 EP2011003356W WO2012016618A1 WO 2012016618 A1 WO2012016618 A1 WO 2012016618A1 EP 2011003356 W EP2011003356 W EP 2011003356W WO 2012016618 A1 WO2012016618 A1 WO 2012016618A1
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switching
adjusting
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compression spring
drive according
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PCT/EP2011/003356
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English (en)
French (fr)
Inventor
Franz-Josef Körber
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ABB Technology AG
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ABB Technology AG
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    • H01H31/00—Air-break switches for high tension without arc-extinguishing or arc-preventing means

Definitions

  • the invention relates to a drive for a circuit breaker with C and O-switching capacity with a switching pin serving as a switching contact and with an electric motor operated spindle drive with a spindle nut.
  • a circuit breaker is an electrical high voltage switch with low current switching capability for high voltage installations. Usually, it has a switching fault protection which prevents erroneous opening and closing under load. During a disconnection process under load, a circuit breaker would be destroyed due to the arc occurring.
  • C and O switching capability means that the switch thus designated, in the present case an isolating switch, provides a switching capacity to be specified within a C or O circuit. This switching capacity is determined by the switching speed.
  • circuit breakers or
  • Switch-disconnectors with high current switching capacity required which are usually combined with the circuit breaker in series. Accordingly, although disconnectors are operated according to their destination, although only with open circuit breakers, but by the control capacities on the switching paths of the circuit breakers so the capacity of the connected power supplies connected to these capacitive equalizing currents on or off.
  • disconnectors are designed for a minimum switching capacity, so when switching capacitive currents of the busbars, inductive currents of idle transformers and also at the busbar change the arcing contacts the pin contacts of the circuit breaker or at least not too quickly wear, especially by the alternating frequency tearing of the arc transien- te surges are generated, which favor the formation of arcs.
  • the switching time of a conventional motor drive for the circuit breaker is about 1 second, the switching speed is about 0.1 m / s. Due to the duration of the arc when switching capacitive currents of the busbars, inductive currents of idle transformers and also when busbar change (bus current transfer switching) it comes to wear of the arcing contacts of the separator pins. For these reasons, the switching of idle transformers can be done so far only with a fast circuit breaker (transformer panel).
  • a fast circuit breaker can avoid this disadvantage due to its very short arc times and is therefore suitable with proper design for the switching of idle transformers. He replaces a circuit breaker.
  • the actuating element is articulated to the compression spring, wherein according to a preferred embodiment of the invention, the compression spring is formed by a spring assembly which is mounted bistable.
  • the compression spring is fixedly mounted on the side opposite the articulation point of the actuating element.
  • an arrangement which causes by means of the compression spring own spring force pivotal movement of the actuating element about its fixed pivot point as soon as the actuator is acted upon by the spindle nut and removed from its current position by occupying the opposite of the two stable positions.
  • the adjusting device is formed by a setting disc or a control cylinder, whose or the peripheral surface is in engagement with a control shaft for actuating the switching pin, preferably by means of positive engagement.
  • Adjusting cylinder is provided with at least one acted upon by the actuating element, eccentrically arranged adjusting bolt is provided for the purpose of rotational actuation of the adjusting disk or the adjusting cylinder.
  • Double shift fork is formed, that is provided with two shift forks, wherein the spindle nut engages in a first shift fork and actuated accordingly depending on the movement of the associated spindle drive, and a second shift fork acts on at least one of the one end face of the adjusting disc or the adjusting cylinder eccentrically arranged adjusting bolt and thereby set the adjusting disk or the adjusting cylinder in rotation.
  • the drive according to the invention is characterized in that the compression spring has a spring force which ensures the C or O switching capability of the drive.
  • the construction according to the invention relates to a fast-running disconnector drive according to the spring principle.
  • the contact pin In the end positions (ON and OFF), the contact pin is held securely by the residual tension of the springs.
  • the switching action is initiated via the motor-driven spindle drive. While the release pin initially remains at rest, the spring is already stretched in the direction of unstable center position and the actuator applies to the shift shaft.
  • the angle of rotation of the acted upon by the shift fork actuator is about 80 ° to 100 °.
  • the conversion to larger angles of rotation of, for example, 286 ° or 306 ° can be realized by means of a Vorgeleges.
  • Fig. 1 is a schematic diagram of the drive according to the invention in
  • FIG. 2 is a schematic diagram of the drive according to the invention.
  • Stable first end position and a schematic of the drive according to the invention in s * .abiler second end position.
  • Fig. 1 is a schematic diagram of an embodiment of the drive 10 according to the invention is shown, which has an actuating element 12, a compression spring 14, an adjusting device 16 and a spindle drive 18 with spindle nut 20 located thereon.
  • the actuator 12 in turn has a subsequent to a flange 22 double fork 24 with a first and a second shift fork 26, 28, wherein the actuator 12 is arranged to a stationary in the flange 22
  • Pivot 30 is pivotable.
  • the double shift fork 24 facing away from the end of the flange portion 22 is pivotally connected in a common joint 32 with the compression spring 14.
  • the compression spring 14 is formed in the embodiment shown as a spring assembly and arranged in a cylindrical sleeve 34 which has the common pivot 32 at its end facing the actuator 12, while the opposite end of the sleeve 34 is pivotally mounted about a fixed pivot point 36.
  • shift forks 26, 28 are adjacent but not rectified, that is, their fork openings do not point in the same direction but their orientation is offset by 90 ° to each other.
  • the adjusting device 16 is formed by a circular cylinder 38 which is rotatably arranged about a central axis 40 which perpendicularly intersects the extension of the connecting line of the rotary joint 32 with the fixed pivot point 30 in the flange portion 22 on the adjusting device 16, that is perpendicularly emerges from the plane.
  • a shift pin 44 is mounted, which serves for alternate engagement with the first shift fork 26, which depends on the loading of the actuating element 2 on the one hand by the compression spring 14 and on the other hand by the spindle nut 20th moved from the one shown in Fig. 1 with respect to the compression spring 14 metastable center position in one of two stable end positions, whereby the adjusting device 16, that is, the circular cylinder is rotated accordingly.
  • Switching shaft 46 which operates in a manner not shown in detail the associated switching contact of the circuit breaker also not shown in detail.
  • FIG. 2 the embodiment shown in Fig. 1 and explained above of a drive according to the invention for a circuit breaker in the closed position of the switching contact, not shown in detail is shown.
  • the compression spring 14 is in this switching position in one of its two stable end positions, which was initiated by downward movement of the spindle nut 20.
  • Fig. 3 the embodiment shown in Fig. 1 and explained above of a drive according to the invention for a circuit breaker in the closed position of the switching contact, not shown in detail is reproduced.
  • the compression spring 14 is located in this switching position in one of its two stable end positions, which was initiated by upward movement of the spindle nut 20.

Landscapes

  • Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)
  • Orthopedics, Nursing, And Contraception (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Antrieb für einen Trennschalter mit C- oder O-Schaltvermögen mit einem als Schaltkontakt dienenden Schaltstift, mit einem elektromotorisch betriebenen Spindeltrieb mit einer Spindelmutter, wobei ein von einer Druckfeder belastetes und um einen ortsfesten Drehpunkt schwenkbares Stellelement, das von der Spindelmutter beaufschlagt ist, wobei das Stellelement seinerseits mit einer Stellvorrichtung zusammenarbeitet, welche den Schaltstift betätigt.

Description

Antrieb für einen Trennschalter mit C O-Schaltvermögen
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Antrieb für einen Trennschalter mit C und O-Schaltvermögen mit einem als Schaltkontakt dienenden Schaltstift und mit einem elektromotorisch betriebenen Spindeltrieb mit einer Spindelmutter.
Ein Trennschalter ist ein elektrischer Hochspannungsschalter mit geringem Stromschaltvermögen für Hochspannungsanlagen. Üblicherweise weist er einen Schaltfehlerschutz auf, der ein irrtümliches Öffnen und Schließen unter Last verhindert. Bei einem Trennvorgang unter Last würde ein Trennschalter aufgrund des dabei auftretenden Lichtbogens zerstört werden.
C und O-Schaltvermögen bedeutet, dass der so bezeichnete Schalter, im vorliegenden Fall ein Trennschalter, innerhalb einer C- oder O-Schaltung ein zu spezifizierendes Schaltvermögen bereitstellt. Dieses Schaltvermögen wird von der Schaltgeschwindigkeit bestimmt.
Nun zurück zum eigentlichen Trennschalter, der, wie bereits erläutert, ein als elektrischer Hochspannungsschalter mit eingeschränktem Stromschaltvermögen für Hochspannungsanlagen oder Hochspannungsschaltanlagen zum Einsatz kommt. Für die Trennung der elektrischen Verbindung unter Last sind Leistungsschalter oder
Lasttrennschalter mit hohem Stromschaltvermögen erforderlich, welche im Regelfall mit dem Trennschalter in Reihenschaltung kombiniert werden. Demgemäß werden Trennschalter entsprechend ihrer Bestimmung zwar ausschließlich bei geöffneten Leistungsschaltern betätigt, jedoch sind durch die Steuerkapazitäten über die Schaltstrecken der Leistungsschalter so die Kapazität der angeschlossenen Netzteile die mit diesen Kapazitäten verbundenen Ausgleichsströme ein- beziehungsweise auszuschalten.
Insoweit sind Trennschalter für ein Mindestschaltvermögen ausgelegt, damit beim Schalten von kapazitiven Strömen der Sammelschienen, induktiven Strömen von leer laufenden Transformatoren und auch beim Sammelschienenwechsel die Lichtbogenkontakte der Stiftkontakte des Trennschalters nicht oder zumindest nicht zu rasch verschleißen, zumal durch das wechselfrequente Abreißen des Lichtbogens transien- te Überspannungen erzeugt werden, welche das Zustandekommen von Lichtbögen begünstigen.
Die Schaltzeit eines herkömmlichen Motorantriebes für den Trennschalter beträgt ca. 1 Sekunde, die Schaltgeschwindigkeit liegt bei ca. 0,1 m/s. Bedingt durch die Zeitdauer des Lichtbogens beim Schalten von kapazitiven Strömen der Sammelschienen, induktiven Strömen von leer laufenden Transformatoren und auch beim Sammelschienenwechsel (bus current transfer switching) kommt es zum Verschleiß der Lichtbogenkontakte der Trennerstifte. Aus diesen Gründen kann bislang speziell das Schalten von leer laufenden Transformatoren nur mit einem schnellen Leistungsschalter (Trafofeld) erfolgen.
Andererseits kann ein schneller Trennschalter infolge seiner sehr kurzen Lichtbogenzeiten diesen Nachteil vermeiden und ist somit bei richtiger Auslegung für das Schalten von leer laufenden Transformatoren geeignet. Er ersetzt somit einen Leistungsschalter.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, einen Trennschalter der eingangs genannten Art anzugeben, der hinsichtlich seines Schaltverhaltens im Sinne einer schnellen Schaltfähigkeit optimiert ist und auf einfache Weise und mit wenig Aufwand herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Demgemäß ist vorgesehen, dass ein von einer Druckfeder belastetes und um einen ortsfesten Drehpunkt schwenkbares Stellelement vorgesehen ist, welches von der Spindelmutter be- aufschlagt ist, wobei das Stellelement seinerseits mit einer Stellvorrichtung zusammenarbeitet, welche den Schaltstift betätigt.
Vorteilhafterweise ist beim erfindungsgemäßen Antrieb vorgesehen, dass das Stellelement mit der Druckfeder gelenkig verbunden ist, wobei entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Druckfeder von einem Federpaket gebildet ist, das bistabil gelagert ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Antriebs ist die Druckfeder an der dem Anlenkpunkt des Stellelements gegenüberliegenden Seite ortsfest gelagert.
Hierdurch ist eine Anordnung geschaffen, welche mit Hilfe der der Druckfeder eigenen Federkraft eine Schwenkbewegung des Stellelements um seinen ortsfesten Drehpunkt bewirkt, sobald das Stellelement von der Spindelmutter beaufschlagt und aus seiner aktuellen Lage entfernt wird, indem es die entgegengesetzte der beiden stabilen Positionen einnimmt.
In zweckmäßiger Weitel bildung der Erfindung ist die Stellvorrichtung von einer Stellscheibe oder einem Stellzylinder gebildet, deren beziehungsweise dessen Umfangs- fläche sich mit einer Stellwelle zur Betätigung des Schaltstiftes im Eingriff befindet, vorzugsweise mittels formschlüssigen Eingriffs.
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebs ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Stirnfläche der Stellscheibe beziehungsweise des
Stellzylinders mit wenigstens einem von dem Stellelement beaufschlagbaren, exzentrisch angeordneten Stellbolzen versehen ist zwecks Drehbetätigung der Stellscheibe beziehungsweise des Stellzylinders.
Hierzu beaufschlagt das Stellelement, welches in bevorzugter Weise als
Doppelschaltgabel ausgebildet ist, also mit zwei Schaltgabeln versehen ist, wobei die Spindelmutter in eine erste Schaltgabel eingreift und diese je nach Bewegung des zugeordneten Spindeltriebs entsprechend betätigt, und eine zweite Schaltgabel wenigstens einen der auf der einen Stirnfläche der Stellscheibe beziehungsweise des Stellzylinders exzentrisch angeordneten Stellbolzen beaufschlagt und hierdurch die Stellscheibe beziehungsweise den Stellzylinder in Drehung versetzt. Vorteilhafterweise ist der erfindungsgemäße Antrieb dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfeder eine Federkraft aufweist, welche die C- oder O-Schaltfähigkeit des Antriebs gewährleistet.
Die erfindungsgemäße Konstruktion betrifft einen schnell laufenden Trennschalterantrieb nach dem Sprungfederprinzip. In den Endlagen (EIN und AUS) wird der Kontaktstift durch die Restspannung der Federn sicher gehalten. Die Schalthandlung wird über das motorisch angetriebene Spindelgetriebe eingeleitet. Während der Trennerstift zunächst in Ruhe bleibt, wird die Feder bereits in Richtung instabile Mittellage gespannt und das Stellelement legt sich an die Schaltwelle an.
Nachdem dieser Berührungskontakt hergestellt ist, entspannt sich die Feder aus der metastabilen Mittellage in die entsprechende stabile Endlage, in welcher der Trennschalter geöffnet ist. Der Drehwinkel der von der Schaltgabel beaufschlagten Stellvorrichtung beträgt ca. 80° bis 100°. Die Umsetzung auf größere Drehwinkel von zum Beispiel 286° beziehungsweise 306° kann mittels eines Vorgeleges realisiert werden.
Somit bestehen beste Voraussetzungen, den erfindungsgemäßen schnellen Trennschalterantrieb, insbesondere wegen der vorhandenen Drehdurchführung der Trennschalter, an bestehende Trennschalter anzukoppeln.
Diese und weitere vorteilhafte Merkmale sowie Vorteile und Verbesserungen sind Gegenstand der weiteren Ansprüche.
Anhand eines in der beigefügten Zeichnung schematisch gezeigten
Ausführungsbeispiels sollen die Erfindung, besondere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung sowie besondere Vorteile der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Schemaskizze des erfindungsgemäßen Antriebes in
metastabiler Mittellage, Fig. 2 eine Schemaskizze des erfindungsgemäßen Antriebes in
stabiler erster Endlage und eine Schemaskizze des erfindungsgemäßen Antriebes in s*.abiler zweiter Endlage.
In Fig. 1 ist eine Schemaskizze eines Ausführungsbeispieles des erfindungsgemäßen Antriebs 10 gezeigt, der ein Stellelement 12, eine Druckfeder 14, eine Stellvorrichtung 16 und einen Spindeltrieb 18 mit daran befindlicher Spindelmutter 20 aufweist.
Das Stellelement 12 weist seinerseits eine an ein Flanschteil 22 anschließende Doppelschaltgabel 24 mit einer ersten und einer zweiten Schaltgabel 26, 28 auf, wobei das Stellelement 12 um einen ortsfest im Flanschteil 22 angeordneten
Drehpunkt 30 schwenkbar ist.
Ferner ist das der Doppelschaltgabel 24 abgewandte Ende des Flanschteiles 22 in einem gemeinsamen Gelenk 32 mit der Druckfeder 14 gelenkig verbunden. Die Druckfeder 14 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel als Federpaket ausgebildet und in einer zylindrischen Hülse 34 angeordnet, welche an ihrem dem Stellelement 12 zugewandten Ende das gemeinsame Drehgelenk 32 aufweist, während das entgegengesetzte Ende der Hülse 34 um einen ortsfesten Drehpunkt 36 schwenkbar gelagert ist.
Die in der Doppelschaltgabel 24 des Stellelements 12 vereinigten Schaltgabeln 26, 28 sind benachbart aber nicht gleichgerichtet, das heißt, ihre Gabelöffnungen weisen nicht in die gleiche Richtung sondern ihre Ausrichtung ist um 90° zueinander versetzt.
Während die Gabelöffnung 27 der ersten Schaltgabel 26 in Richtung der Verlängerung der Verbindungslinie des Drehgelenks 32 mit dem ortsfesten Drehpunkt 30 im Flanschteil 22 auf die Stellvorrichtung 16 weist, ist die Gabelöffnung 29 der zweiten Schaltgabel 28 senkrecht oder in einem anderen Winkel hierzu in Richtung auf den bereits erwähnten Spindeltrieb 18 mit der Spindelmutter 20 angeordnet. Die Stellvorrichtung 16 ist von einem Kreiszylinder 38 gebildet, der um eine Mittelachse 40 drehbar abgeordnet ist, welche die Verlängerung der Verbindungslinie des Drehgelenks 32 mit dem ortsfesten Drehpunkt 30 im Flanschteil 22 auf die Stellvorrichtung 16 senkrecht schneidet, das heißt senkrecht aus der Zeichenebene heraustritt.
An seiner parallel zur Zeichenebene verlaufenden, dem Stellelement 12 benachbarten Stirnfläche 42 ist ein Schaltbolzen 44 angebracht, der zum wechselweisen Eingriff mit der ersten Schaltgabel 26 dient, welche ihn abhängig von der Beaufschlagung des Stellelements 2 einerseits durch die Druckfeder 14 und andererseits durch die Spindelmutter 20 aus der in Fig. 1 gezeigten in Bezug auf die Druckfeder 14 metastabilen Mittellage jeweils in eine von zwei stabilen Endlagen bewegt, wodurch die Stellvorrichtung 16, das heißt der Kreiszylinder entsprechend verdreht wird.
Mit der Stellvorrichtung 16 im Eingriff ist eine hierzu achsparallel angeordnete
Schaltwelle 46, welche in nicht näher gezeigter Weise den zugeordneten Schaltkontakt des ebenfalls nicht näher gezeigten Trennschalters betätigt.
In Fig. 2 ist das in Fig. 1 gezeigte und vorstehend erläuterte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Antriebs für einen Trennschalter in Schließstellung des nicht näher gezeigten Schaltkontaktes wiedergegeben. Die Druckfeder 14 befindet sich in dieser Schaltstellung in einer ihrer beiden stabilen Endlagen, welche durch Abwärtsbewegung der Spindelmutter 20 eingeleitet wurde.
Ferner ist gut zu erkennen, dass das zwischen dem Stellelement 12 sowie der Druckfeder 14 befindliche Drehgelenk 32 sich in dieser Stellung aus der durch die Verbindungslinie des Drehpunktes 30 im Stellelement 12 mit dem Schwenkpunkt 36 der Druckfeder 14 gebildeten Geraden seitlich, das heißt nach links, entfernt hat, wodurch die erste Schaltgabel 26 den Schaltbolzen 44 der Stellvorrichtung 16 nach rechts beaufschlagt. Hierdurch wird wiederum die Schaltwelle 46 in entgegengesetzter Drehrichtung verdreht.
In Fig. 3 ist das in Fig. 1 gezeigte und vorstehend erläuterte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Antriebs für einen Trennschalter in Schließstellung des nicht näher gezeigten Schaltkontaktes wiedergegeben. Die Druckfeder 14 befindet sich in dieser Schaltstellung in einer ihrer beiden stabilen Endlagen, welche durch Aufwärtsbewegung der Spindelmutter 20 eingeleitet wurde.
Ferner ist gut zu erkennen, dass das zwischen dem Stellelement 12 sowie der Druckfeder 14 befindliche Drehgelenk 32 sich in dieser Stellung aus der durch die Verbindungslinie des Drehpunktes 30 im Stellelement 12 mit dem Schwenkpunkt 36 der Druckfeder 14 gebildeten Geraden seitlich, das heißt nach rechts, entfernt hat, wodurch die erste Schaltgabel 26 den Schaltbolzen 44 der Stellvorrichtung 16 nach links beaufschlagt. Hierdurch wird wiederum die Schaltwelle 46 in entgegengesetzter Drehrichtung verdreht.
Bezugszeichenliste
Antrieb
Stellelement
Druckfeder
Stellvorrichtung
Spindeltrieb
Spindelmutter
Flanschteil
Doppelschaltgabel
erste Schaltgabel
erste Gabelöffnung
zweite Schaltgabel
zweite Gabelöffnung
Drehpunkt
Drehgelenk
Hülse
Schwenkpunkt
Kreiszylinder
Mittelachse
Stirnfläche
Schaltbolzen
Schaltwelle

Claims

Patentansprüche
Antrieb für einen Trennschalter mit C- und O-Schaltvermögen mit einem als Schaltkontakt dienenden Schaltstift, mit einem elektromotorisch betriebenen Spindeltrieb (18) mit einer Spindelmutter (20),
gekennzeichnet durch
ein von einer Druckfeder (14) belastetes und um einen ortsfesten Drehpunkt schwenkbares Stellelement (12), das von der Spindelmutter (20) beaufschlagt ist, wobei das Stellelement (12) seinerseits mit einer Stellvorrichtung (16) zusammenarbeitet, welche den Schaltstift betätigt.
Antrieb nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (12) mit der Druckfeder (14) gelenkig verbunden ist.
Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfeder (14) von einem Federpaket gebildet ist, das bistabil gelagert ist.
Antrieb nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfeder (14) an der dem Anlenkpunkt des Stellelements (12) gegenüberliegenden Seite ortsfest gelagert ist.
Antrieb nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellvorrichtung (16) von einer Stellscheibe oder von einem Stellzylinder gebildet ist, deren Jmfangsfläche mit einer Stellwelle zur Betätigung des Schaltstiftes im Eingriff ist.
Antrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stirnfläche der Stellscheibe beziehungsweise des Stellzylinders mit wenigstens einem von dem Stellelement (12) beaufschlagbaren, exzentrisch angeordneten Stellbolzen versehen ist zwecks Drehbetätigung des Stellzylinders. Antrieb nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (12) als Doppelschaltgabel (24) ausgebildet ist, in welche einerseits die Spindelmutter (20) eingreift und welche andererseits die Stellscheibe beziehungsweise den Stellzylinder beaufschlagt.
Antrieb nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfeder (14) eine Federkraft aufweist, welche die C-und O- Schaltfähigkeit des Antriebs gewährleistet.
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