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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kohlebürste mit einer Verschleißgrenzen-Meldefunktion und einer Abschaltfunktion nach Überschreiten der Verschleißgrenze mit einem Bürstenkörper und einer Mehrzahl von im Bürstenkörper ausgebildeten Aufnahmen, wobei eine erste Litzen-Aufnahme ein Litzenende einer stromführenden Litze aufnimmt und eine zweite Litzen-Aufnahme ein Litzenende einer Meldelitze mit einer das Erreichen der Verschleißgrenze des Bürstenkörpers anzeigenden Meldefunktion aufnimmt.
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Bei elektrisch angetriebenen Handarbeitsgeräten, wie beispielsweise Bohrmaschinen, die im gewerblichen Einsatz betrieben werden, kommt es zur möglichst effektiven Nutzung der Arbeitszeit darauf an, Wartungsmaßnahmen an den Handarbeitsgeräten, die insbesondere den Austausch der Kohlebürsten betreffen, hinreichend genau einplanen zu können, damit insbesondere sichergestellt werden kann, dass rechtzeitig zum vorausgesehenen Wartungstermin die erforderlichen Verschleißteile, also die Kohlebürsten, bereitstehen. Arbeitszeitausfälle aufgrund ungeplanter Wartungsarbeiten können auf dieser Art und Weise weitestgehend vermiedenen werden.
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Zur rechtzeitigen Information über das bevorstehende Erreichen der Verschleißgrenze der Kohlebürsten ist es daher üblich, Kohlebürsten mit einer sogenannten Meldelitze zu versehen, die so ausgebildet bzw. im Bürstenkörper der Kohlebürste angeordnet ist, dass sich zur Ankündigung des bevorstehenden Erreichens der Verschleißgrenze ein elektrisch leitender Kontakt zwischen der Meldelitze und dem Kommutator oder dem Schleifring des Antriebsmotors des Handarbeitsgeräts einstellt. Um zu vermeiden, dass es infolge einer Fortsetzung des Betriebs des Handarbeitsgeräts über die Verschleißgrenze hinaus zu Beschädigungen am Handarbeitsgerät kommt, wird die, wie vorstehend ausgeführt, durch die Meldelitze erfüllte Meldefunktion noch ergänzt durch eine Abschaltfunktion, die eine zwangsweise Unterbrechung der Stromzuführung durch ein mechanisches Abheben der Kohlebürste vom Kommutator bzw. vom Schleifring des Elektromotors gewährleistet. Zur Ausführung dieser Abschaltfunktion wird eine mechanische Abschalteinrichtung vorgesehen, die als eine aus mehreren Bestandteilen zusammengesetzte Baugruppe im Bürstenkörper ausgebildet ist.
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Beispielsweise ist aus der
EP 0 512 234 B1 ein Abschalteinrichtung bekannt, die in einer unabhängig von der Meldelitze im Bürstenkörper ausgebildeten Aufnahmebohrung angeordnet ist. Dieser Abschalteinrichtung weist einen elektrisch isolierend ausgebildeten Abschaltnippel auf, der unter Federvorspannung in der Aufnahmebohrung aufgenommen ist. Zur Erzeugung der Federvorspannung stützt sich eine den Abschaltnippel umgebenden Druckfeder an einer in die Aufnahmebohrung eingefüllten verdichteten Füllmasse ab, die in der Regel aus einem Metallpulver besteht.
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Aufgrund dieser insgesamt komplexen Ausgestaltung der Abschalteinrichtung erweist sich auch deren Herstellung als entsprechend aufwendig mit einer Vielzahl von aufeinanderfolgend auszuführenden Herstellungsschritten, beginnend mit dem Einbringen der Aufnahmebohrung, dem anschließenden Installieren der Abschaltnippel/Druckfeder-Kombination und schließlich der Teilverfüllung der Aufnahmebohrung mit dem Metallpulver zur Schaffung eines Widerlagers für die Druckfeder.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kohlebürste der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die sowohl eine Meldefunktion als auch eine Abschaltfunktion aufweist und die eine vereinfachte Kohlebürstenherstellung ermöglicht.
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Zur Erfüllung dieser Aufgabe weist die erfindungsgemäße Kohlebürste die Merkmale des Anspruchs 1 auf.
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Erfindungsgemäß ist die Meldelitze so ausgebildet, dass sie nicht nur zur Erfüllung der Meldefunktion dient, sondern als Kontaktleiter für die Abschaltfunktion ausgebildet ist, derart, dass sämtliche Aufnahmen im Bürstenkörper als Litzen-Aufnahmen ausgebildet sind.
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Die erfindungsgemäß ausgestaltete Kohlebürste macht aufgrund der Doppelfunktion der Meldelitze als Kontaktleiter sowohl für die Meldefunktion als auch für die Abschaltfunktion die Anordnung bzw. Ausbildung einer separaten, mechanisch ausgebildeten Abschalteinrichtung im Bürstenkörper überflüssig. Demgemäß kann auch auf die Ausbildung einer entsprechend voluminös ausgeführten Aufnahme zur Unterbringung der Bauelemente der Abschalteinrichtung im Bürstenkörper verzichtet werden. Vielmehr können sämtliche Aufnahmen im Wesentlichen übereinstimmende Aufnahmen mit vergleichsweise kleinen Aufnahmequerschnitten für die Litzen aufweisen.
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Die erfindungsgemäße Kohlebürste macht somit lediglich die Ausbildung von Litzen-Aufnahmen erforderlich, die einerseits zur Aufnahme der stromführenden Litze und andererseits zur Aufnahme der Meldelitze dienen. Da somit sämtliche Aufnahmen, die in der Kohlebürste bzw. im Bürstenkörper vorzusehen sind, zur Aufnahme von Litzen dienen, können diese Aufnahmen auch entsprechend gleich dimensioniert werden.
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Darüber hinaus ist es auch möglich, durch den Verzicht auf eine separat ausgebildete Aufnahme für die Abschalteinrichtung auch solche Bürstenkörper bzw. Kohlebürsten zusätzlich zu einer Meldefunktion mit einer Abschaltfunktion auszustatten, die für die Unterbringung einer mechanischen Abschalteinrichtung zu kleine Abmessungen aufweisen.
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Eine insgesamt besonders kompakte Ausführung der mit der erfindungsgemäßen Doppelfunktion der Meldelitze versehenen Kohlebürste wird möglich, wenn die Meldelitze zur Ausbildung als Kontaktleiter für die Abschaltfunktion eine Kontaktstelle zum Anschluss eines mit der stromführenden Litze verbundenen Abschalt-Relais aufweist.
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Wenn darüber hinaus das Abschalt-Relais mit einer Mikroprozessor-Steuerung versehen ist, derart, dass die Abschaltfunktion in Abhängigkeit von einem Belastungsprofil ausgelöst wird, ist es möglich, die Abschaltfunktion an der Kohlebürste so auszubilden, dass sie abhängig von der individuellen Belastung der Kohlebürste ist. Dabei erweist es sich als besonders vorteilhaft, wenn zur Definition des Belastungsprofils im Wesentlichen die Lastspiele bzw. Lastspieldauern dienen, also beispielsweise die Anzahl der Einschaltvorgänge des Handarbeitsgeräts, das mit der betreffenden Kohlebürste ausgestattet ist, sowie die durch die Dauer der Einschaltzeiten. Dabei wird davon ausgegangen, dass insbesondere die Einschaltvorgänge als solche für einen besonderen Verschleiß der Kohlebürste sorgen.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Kohlebürste ist ein Kontaktende der Meldelitze in einem geringeren Abstand zur Kontaktfläche des Bürstenkörpers angeordnet als ein Kontaktende der stromführenden Litze, wobei das Litzenende der Meldelitze elektrisch isoliert in der Litzen-Aufnahme aufgenommen ist, derart, dass das Kontaktende der Meldelitze in einem durch eine Isolierung gebildeten Abstand von einem Boden der Litzen-Aufnahme angeordnet ist. Bei einer derartigen Ausführung der Kohlebürste wird die Meldefunktion durch den sich bei Erreichen der Verschleißgrenze einstellenden mechanischen, elektrisch leitenden Kontakt zwischen dem Kommutator bzw. dem Schleifring des Elektromotors bzw. zwischen dem Bürstenkörper und dem Kontaktende der Meldelitze ausgelöst.
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Alternativ ist eine Ausführung der Kohlebürste möglich, bei der das Litzenende der Meldelitze in elektrisch leitendem Kontakt zum Bürstenkörper in der Litzen-Aufnahme aufgenommen ist, wobei die Meldefunktion durch eine an die Meldelitze angeschlossene Mikroprozessor-Steuerung in Abhängigkeit vom Belastungsprofil ausgelöst wird.
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Bei einer derartigen Ausgestaltung der Kohlebürste ist über die gesamte Lebensdauer der Kohlebürste ein elektrisch leitender Kontakt zwischen dem Bürstenkörper und der Meldelitze gegeben. Auf eine die vorgegebenen Verschleißgrenze berücksichtigende Relativanordnung der Litzen-Aufnahme gegenüber der Kontaktfläche des Bürstenkörpers kann verzichtet werden, da diese für die Erfüllung der Meldefunktion ohne Belang ist.
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Um durch einen Kontakt der Meldelitze mit dem Komutator bzw. dem Schleifring des Elektromotors bereits während des normalen Betriebs, also bereits vor der Verschleißgrenze den Stromübergang, zwischen dem Kommutator bzw. dem Schleifring und dem Bürstenkörper das Verschleißverhalten möglichst wenig zu beeinflussen, ist es vorteilhaft, wenn die Meldelitze aus einem beim Verschleiß des Bürstenkörpers ebenfalls verschleißenden Leitermaterial gebildet ist, das beispielsweiseweise aus Kohlefasern oder einem elektrisch leitenden, insbesondere Kohlepartikel aufweisenden und zu einem Strang formbaren Partikeln gebildet sein kann.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Litzen-Aufnahme für die Meldelitze als den Querschnitt des Bürstenkörpers vollständig durchdringende Bohrung ausgebildet ist, so dass beispielsweise die Meldelitze bereits bei der Herstellung des Bürstenkörpers durch einen Formpressvorgang als durchgängig im Bürstenkörper angeordnetes Implantat ausgebildet sein kann. Hierdurch entfällt die Ausbildung einer Litzen-Aufnahme für die Meldelitze im Bürstenkörper nach Formungsvorgang des eigentlichen Bürstenkörpers sowie die anschließende Anordnung der Meldelitze in der Litzen-Aufnahme im Rahmen eines weiteren Herstellungsschrittes.
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Alternativ ist es auch möglich, bei einer elektrisch leitend im Bürstenkörper aufgenommenen Meldelitze die Litzen-Aufnahme für die Meldelitze und die stromführende Litze zumindest in ihrer Länge und Ausrichtung übereinstimmend auszubilden.
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Darüber hinaus ist es bei einer elektrisch leitend im Bürstenkörper aufgenommenen Meldelitze auch möglich, die Meldelitze in gleicher Weise auszubilden wie die stromführende Litze.
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Nachfolgend werden anhand der Zeichnung bevorzugte Ausführungsformen der Kohlebürste näher erläutert.
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Es zeigen:
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1: eine Kohlebürste mit einer elektrisch isoliert in einem Bürstenkörper aufgenommenen Meldelitze in einer ersten Ausführungsform;
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2: eine Kohlebürste mit einer elektrisch isoliert in einem Bürstenkörper aufgenommenen Meldelitze in einer zweiten Ausführungsform;
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3: eine Kohlebürste mit einer elektrisch leitend in einem Bürstenkörper aufgenommenen Meldelitze in einer ersten Ausführungsform;
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4: eine Kohlebürste mit einer elektrisch leitend in einem Bürstenkörper aufgenommenen Meldelitze in einer zweiten Ausführungsform.
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1 zeigt eine Kohlebürste 10 mit einem Bürstenkörper 11, in dem eine erste Litzen-Aufnahme 12 und eine zweite Litzen-Aufnahme 13 ausgebildet sind. Die Litzen-Aufnahmen 12 und 13 sind im vorliegenden Fall durch zwei nachfolgend der Herstellung des Bürstenkörpers 11 in einem Formpressverfahren, in dem Kohlenstoffpulver zu dem Bürstenkörper 11 umgeformt wird, von einer Anschlussseite 14 des Bürstenkörpers 11 in den Bürstenkörper 11 eingebracht, so dass sich die Litzen-Aufnahmen 12, 13 im Bürstenkörper 11 in Richtung auf eine Kontaktfläche 15 des Bürstenkörpers 11 hin erstrecken. Die Kontaktfläche 15 dient zur Ausbildung eines Berührungskontakts mit einem hier nicht näher dargestellten Kommutator oder Schleifring eines Elektromotors.
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Die in 1 rechts im Bürstenkörper 11 verlaufend dargestellte Litzen-Aufnahme 12 dient zur Aufnahme eines Litzenendes 24 einer stromführenden Litze 16, das durch eine Einbettung in ein nach Einführung der stromführenden Litze 16 in die Litzen-Aufnahme 12 eingefülltes und verdichtetes Metallpulver 17 mit dem Bürstenkörper 11 elektrisch leitend und mechanisch fixiert verbunden ist.
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In die in 1 links im Bürstenkörper dargestellte Litzen-Aufnahme 13 ist ein Litzenende 24 einer Meldelitze 18 eingesetzt, die eine elektrisch leitend ausgebildete Seele 19 aufweist, welche bis auf ein in die Litzen-Aufnahme 13 eingeführtes Anschlussende 20 mit einer isolierenden Umhüllung 21 versehen ist, die beispielsweise aus Teflon gebildet sein kann. Zur Fixierung des Litzenendes 24 der Meldelitze 18 in der Litzen-Aufnahme 13 ist diese nach Einführung des Litzenendes 24 mit einem elektrisch nicht leitenden Klebermaterial 23 verfüllt. Alternativ kann die Meldelitze auch mit einer isolierenden Ummantelung, insbesondere einer Kunststoffumspritzung versehen sein.
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Wie 1 zu entnehmen ist, ist ein Kontaktende 25 der Meldelitze 18 um einen Abstand a näher zur Kontaktfläche 15 angeordnet als ein Kontatkende 26 der stromführenden Litze 16. Wie 1 ferner zeigt, ist die Meldelitze 18 an einer Kontaktstelle 55 mit einem Abschalt-Relais 27 verbunden, das mit einem Stellglied 28 auf ein in einer elektrischen Zuleitung zur stromführenden Litze 16 angeordnetes Schaltelement 29 wirkt. Dem Abschalt-Relais 27 vorgeordnet befindet sich eine Mikroprozessor-Steuerung 30, die eine Auslösung des Abschalt-Relais 27 in Abhängigkeit von der Aktivierungsdauer der Meldelitze 18 auslöst.
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Die Funktionsweise der in 1 dargestellten Kohlebürste 10 soll anhand eines typischen Verschleißverlaufs kurz erläutert werden: Während des Betriebs der Kohlebürste 10, also der Stromzuführung in die Kohlebürste 10 über die stromführende Litze 16 und Stromübergang von der Kohlebürste 10 über die Kontaktfläche 15 zu dem hier nicht näher dargestellten Kommutator erfolgt ein Verschleiß des Bürstenkörpers 11 in der in 1 eingezeichneten Verschleißrichtung 31. Bei fortschreitendem Verschleiß des Bürstenkörpers 11 ergibt sich eine Verlagerung der Kontaktfläche 15 in Verschleißrichtung 31, bis schließlich die Kontaktfläche 15 die in 1 mit strichpunktierten Linienverlauf dargestellte Position im Bereich des Kontaktendes 25 der Meldelitze 18 erreicht. Damit erfolgt nicht nur ein Stromübergang vom Bürstenkörper 11 über die Kontaktfläche 15 zum nicht dargestellten Kommutator, sondern ebenfalls ein Stromübergang vom Bürstenkörper 11 bzw. vom Kommutator auf die Meldelitze 18, die somit in ihrer Meldefunktion aktiviert wird, so dass durch die Meldelitze 18 ein Strom fließt, der beispielsweise eine Anzeigevorrichtung 53, etwa eine Leuchtdiode, aktiviert. Mit Stromdurchfluss durch die Meldelitze 18 wird gleichzeitig die Mikroprozessor-Steuerung 30 eingeschaltet, die über ein in der Mikroprozessor-Steuerung 30 realisiertes Zeitglied die Zeitdauer misst, in der die stromführende Litze 17 aktiviert ist und bei Erreichen einer voreingestellten Zeitgrenze zur Ausführung einer Abschaltfunktion das Abschalt-Relais 27 auslöst, das mit seinem Stellglied 28 das Schaltelement 29 betätigt und somit die Stromzufuhr der stromführenden Litze 16 unterbricht.
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2 zeigt in einer weiteren Ausführungsform eine Kohlebürste 32, die einen übereinstimmend mit der Kohlebürste 10 ausgeführten Bürstenkörper 11 aufweist, der mit den bereits unter Bezugnahme auf die Kohlebürste 10 beschriebenen Litzen-Aufnahmen 12 und 13 versehen ist. Die Litzen-Aufnahme 12 der Kohlebürste 32 ist übereinstimmend mit der Litzen-Aufnahme 12 der Kohlebürste 10 mit einer stromführenden Litze 16 versehen, die vermittels des elektrisch leitenden Metallpulvers 17 in der Litzen-Aufnahme 12 fixiert ist.
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Die Kohlebürste 32 weist im Unterschied zu der Kohlebürste 10 eine Meldelitze 33 auf mit einem Litzenende 34, das an einem Anschlussende 35 mit einer bis zu einem Kontaktende 36 des Litzendendes 34 ausgebildeten isolierenden Umhüllung 37 versehen ist. Auf dem Kontaktende 36 befindet sich eine elektrisch nicht leitend ausgebildete Anschlusskappe 38, die aus einem wärmeschrumpfenden Kunststoffmaterial gebildet ist und zur mechanisch sicheren Verbindung mit dem Kontaktende 36 in Überdeckung mit der Umhüllung 37 auf das Kontaktende 36 aufgeschrumpft ist. Die mechanisch fixierende Verbindung des Litzenendes 34 mit dem Bürstenkörper 11 in der Litzen-Aufnahme 13 erfolgt über einen zwischen der Anschlusskappe 38 und der Litzen-Aufnahme 13 ausgebildeten Kleberauftrag 39.
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Im Übrigen ist bei der in 2 dargestellten Kohlebürste 32 die Meldefunktion und die Abschaltfunktion in gleicher Weise realisiert, wie bei der in 1 dargestellten Kohlebürste 10, so dass diesbezüglich auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit 1 verwiesen wird.
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Da sich die Meldelitzen 18 und 33 bei den Kohlenbürsten 10 und 32 in gleicher Weise nach Aktivierung der Meldefunktion mit ihren Kontaktenden 25 bzw. 36 in permanentem Berührungskontakt mit dem hier nicht dargestellten Kommutator bzw. dem hier nicht dargestellten Schleifring des Elektromotors befinden, ist es vorteilhaft, wenn die Meldelitzen 18 und 33 jeweils eine Seele aus einem konsumierbaren elektrisch leitenden Material, wie beispielsweise Kohlenstofffasern, aufweisen.
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In den 3 und 4 ist eine Kohlebürste 40 (3) bzw. eine Kohlebürste 41 (4) dargestellt, die jeweils mit einer Meldelitze 42 bzw. 43 versehen sind, welche mit einem Litzenende 44 bzw. 45 in eine Litzen-Aufnahme 46 bzw. 47 so eingeführt sind, dass ein Anschlussende 48 bzw. 49 der Meldelitzen 42 bzw. 43 in elektrisch leitendem Kontakt mit einem jeweiligen Bürstenkörper 50 bzw. 51 in der Litzen-Aufnahme 46 bzw. 47 mechanisch fixiert aufgenommen sind. Dabei kann die mechanisch fixierte Verbindung zwischen den Anschlussenden 48 bzw. 49 über einen Auftrag mit einem elektrisch leitenden Kleber 52 erfolgen. Im Übrigen weisen die Kohlebürsten 40, 41 mit den Kohlebürsten 10 und 32 übereinstimmend ausgebildete stromführende Litzen 16 auf, die über ein verdichtetes Metallpulver 17 in den Litzen-Aufnahmen 12 mechanisch fixiert und elektrisch leitend zum Bürstenkörper 50, 51 aufgenommen sind.
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Da die Meldelitzen 42, 43 aufgrund der elektrisch leitenden Verbindung zum Bürstenkörper 50, 51 unabhängig vom Verschleiß der Bürstenkörper 50, 51 während des Betriebs der Kohlebürsten 40, 41 permanent stromdurchflossen sind, erfolgt die Aktivierung der Anzeigevorrichtung 53 über eine Mikroprozessor-Steuerung 54, die in Abhängigkeit von den Einschaltzahlen der über die Kohlebürsten 40, 41 betriebenen Elektromotoren und den Einschaltdauern die Anzeigevorrichtung 53 erst nach Erreichen einer vorgegebenen Anzahl von Einschaltzahlen bzw. einer vorgegebenen Gesamteinschaltdauer aktivieren und so die Meldefunktion auslöst.
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Die Auslösung der Abschaltfunktion erfolgt analog den unter Bezugnahme auf die 1 und 2 erläuterten Ausführungsbeispielen der Kohlebürsten 10 und 32 über eine an die Meldelitzen 42, 43 angeschlossene Mikroprozessor-Steuerung 30, die jeweils ein Abschalt-Relais 27 auslöst, das über ein Stellglied 28 ein Schaltelement 29 betätigt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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