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Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für einen elektrischen Hochspannungsleistungsschalter nach den Oberbegriff des Anspruches 1.
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Derartige Antriebsvorrichtungen dienen dazu, das bewegliche Kontaktstück eines Hochspannungsleistungsschalters zu betätigen. Dabei ist die Antriebsvorrichtung so auszulegen, dass das bewegliche Kontaktstück bei Auftreten eines Kurzschlussstromes aus der Einschaltstellung in die Ausschaltstellung und wieder zurück in die Einschaltstellung verbracht wird. Sollte der Kurzschluss dann noch vorhanden sein, wird die Antriebsvorrichtung das bewegliche Kontaktstück endgültig in die Ausschaltstellung verbringen. Diese Schalthandlungen werden als „o-c-o” (open-close-open) bezeichnet. In bestimmten Fällen hat die Auslegung so zu erfolgen, dass die Abfolge „o-c-o-c-o” ist.
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Es sind Antriebsvorrichtungen mit einer Ausschalt- und einer Einschaltfeder bekannt geworden, wobei die Federn mittels je eines Elektromotors gespannt werden; in ihrer gespannten Stellung werden sie mittels einer Klinkenvorrichtung festgehalten. Zum Ausschalten wird die Ausschaltfeder entklinkt, so dass ihre Energie freigegeben und das bewegliche Kontaktstück in Ausschaltstellung verbracht werden, siehe
DE 32 33 412 C2 oder
ABB Druckschrift ABB Switchgear BLG (SESWG/B-2504en, Edition 3, 98-12). Diese mechanischen Federspeicherantriebsvorrichtungen benötigen zum mechanischen Spannen der Einschaltfeder ein aufwendiges und stark untersetztes mechanisches Getriebe und zwei mechanische Auslöseeinheiten für c und o.
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Eine weitere Antriebsvorrichtung ist aus der ABB Druckschrift Hydromecanical Spring Drives Types HMB-1 and HMB-1S, DECHS 1204 02en 030509, bekannt geworden. Diese Antriebsvorrichtung besitzt eine Federspeicheranordnung, die auf Hochdruck befindliches hydraulisches Druckfluid bereitstellt, welches einer Kolben-Zylinderanordnung, die einen innerhalb eines Zylinders angeordneten Kolben aufweist, an dem eine mit den beweglichen Kontaktstück verbundene Kolbenstange angebracht ist, den Räumen oberhalb und unterhalb des Kolbens zugeführt wird, so dass wegen des Druckflächenunterschiedes oberhalb und unterhalb des Kolbens die Kolbenstange ausgefahren und das bewegliche Kontaktstück eingeschaltet wird. Zur Ausschaltung wird der Raum unterhalb des Kolbens, also der Raum, der von der größeren Kolbenfläche begrenzt wird, mit einem Niederdrucktank verbunden, so dass das Druckfluid im Raum unterhalb des Kolbens den Kolben in Ausschaltstellung verbringt. Die Speicherfeder ist als Tellerfederpaket ausgebildet, deren Mittelachse bei einer Ausführung senkrecht zur Bewegungsrichtung des Kolbens und der Kolbenstange verläuft. Da interne Leckagen des Druckfluides von der Hochdrucki- auf die Niederdruckseite nicht auszuschließen sind, ist dem Kolben eine Verriegelungseinrichtung zugeordnet, die den Kolben und die Kolbenstange in Einschaltstellung festhält. Mit der Kolbenstange ist eine Schaltstellungsanzeige gekoppelt. Zur Zusteuerung des Druckfluides für die Ausschaltung und die Einschaltung ist ein 3/2-Wegeventil vorgesehen. Die bei dieser Antriebsvorrichtung vorgesehene, als Tellerfederpaket ausgebildete Speicherfeder ist eine aufwendige Federsäule mit einer flachen Federkennlinie.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Antriebsvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die gegenüber den bekannten einfacher und robust aufgebaut ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruches 1.
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Erfindungsgemäß also wird eine Antriebsvorrichtung für einen Hochspannungsleistungsschalter vorgeschlagen, mit einer Kolben-Zylinderanordnung mit einem innerhalb des Zylinders befindlichen Kolben und einer daran angeschlossenen und mit einem beweglichen Kontaktstück verbundenen Kolbenstange, und mit einem hydraulischen Energiespeicher, dessen Druckfluid mittels einer Energiespeicherfeder, kurz auch Speicherfeder genannt, auf Hochdruck gehalten und über ein 3/2-Wegeventil dem Raum unterhalb des Kolbens der Kolben-Zylinderanordnung zusteuerbar ist. Die Antriebsvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausschaltung eine mechanische Ausschaltfeder vorgesehen ist, die mit dem Kolben gekuppelt ist und deren Mittelachse mit der Bewegungsrichtung des Kolbens fluchtet, dass die Speicherfeder ebenfalls mit der Bewegungsrichtung des Kolbens fluchtet, und dass die Ausschaltfeder und die Speicherfeder auf je einer Seite der Kolben-Zylinderanordnung angeordnet sind.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann darin bestehen, dass die Ausschalt- und die Speicherfeder jeweils als Schraubenfedern ausgebildet sind.
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In einer ersten Ausführungsform kann die Ausschaltfeder eine Schraubendruckfeder sein. In dem Falle, dass die Ausschaltfeder als Druckfeder ausgebildet ist, kann am Kolben auf dessen der Kolbenstange entgegengesetzten Seite eine Zugstange angeschlossen sein, an deren Ende eine Auflageplatte für ein Ende der Ausschaltfeder angebracht ist, wobei der Außendurchmesser der Zugstange kleiner ist als der Außendurchmesser der Kolbenstange und die Zugstange innerhalb der Ausschaltfeder befindlich ist. Aufgrund der unterschiedlichen Außendurchmesser der Kolbenstange und der Zugstange bleibt der Kolben ein Differentialkolben, dessen wirksame Druckfläche jedoch unterhalb des Kolbens mit der Kolbenstange kleiner ist als die wirksame Druckfläche oberhalb des Kolbens, d. h. auf der Seite, an der die Zugstange anschließt.
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Wenn die Ausschaltfeder eine Zugfeder ist, dann sind dieser Zugfeder Haken und der Auflageplatte sowie einer Verschlussplatte für den Zylinderraum Ösen zugeordnet, über die die Zugfeder mit der Auflageplatte und der Verschlussplatte verbunden ist.
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In vorteilhafter Weise kann im Zylinderraum, in dem sich die Speicherfeder befindet, ein Laufkolben vorgesehen sein, auf dessen der Kolben-Zylinderanordnung zugewandten Seite das Druckfluid und auf dessen entgegengesetzten Seite die Speicherfeder vorgesehen sind.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann dahin gehen, dass der die Speicherfeder enthaltene Fluidraum teilweise als Niederdrucktank dient.
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Erfindungsgemäß verbindet das 3/2-Wegeventil in einer ersten Stellung, der EIN-Stellung, den Raum unterhalb des Kolbens mit dem Energiespeicher und in einer zweiten Stellung, der AUS-Stellung, den Raum oberhalb des Kolbens mit dem Niederdrucktank zur Ausschaltung.
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Beidseitig können am Kolben Dämpfungsstufen angebracht sein, mit denen eine Bewegungsdämpfung bei Erreichen jeder Endstellung erzielbar ist. Derartige Dämpfungsstufen sind an sich bekannt.
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Die Fluidleitungen vom Energiespeicherraum zum 3/2-Wegeventil und vom Niederdrucktank zum Raum oberhalb des Kolbens verlaufen innerhalb der Zylinderwand des Zylinders.
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In einer weiteren Ausgestaltung kann der Zylinderraum, in dem sich die Ausschaltfeder befindet, mit dem Raum oberhalb des Kolbens verbunden sein, so dass die Auflageplatte und die Ausschaltfeder je nach Stellung des 3/2-Wegeventiles mit Hochdruck oder Niederdruck verbunden ist, so dass in der Einschaltstellung der Raum, in dem sich die Ausschaltfeder mit der Auflageplatte vollständig mit Hochdruckfluid gefüllt ist. Für diesen Fall ist in der Auflageplatte eine Öffnung vorzusehen, über die das Hydraulikfluid beidseitig zur Auflageplatte vorhanden sein kann.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen sind den weiteren Unteransprüchen zu entnehmen.
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Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung besteht darin, dass die Zuordnung von Ausschaltfederraum, Zylinderraum, Energiespeicherraum und Niederdrucktank so gestaltet ist, dass alle Räume innerhalb eines einstückigen Zylinderkörpers angeordnet sein können, wobei der Ausschalffederraum auf einer Seite des Zylinderraumes und der Energiespeicherraum und der Niederdrucktank auf der anderen Seite des Zylinderraumes angeordnet sind und ihre Mittelachsen miteinander fluchten.
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Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung wird eine einfache und robuste Antriebsvorrichtung geschaffen, bei der die Aufladung und Energiespeicherung mit einer Speicherfeder und die Ausschaltung mittels einer Ausschaltfeder erreicht werden. Die Einschaltung erfolgt hydraulisch, wogegen die Ausschaltung lediglich mittels der mechanischen Ausschaltfeder bewirkt wird. Da in Einschaltstellung, wenn die Kolbenstange ausgefahren ist, die Ausschaltfeder über den Druck des Druckfluides beidseitig zum als Differentialkolben ausgebildeten Kolben gespannt bleibt, ist eine Klinkeneinrichtung nicht erforderlich. Die Steuerung erfolgt über das hermetisch gekapselte 3/2-Wegeventil. Die Energieüberwachung des Energiespeichers und damit der Speicherfeder reduziert sich auf einen Schaltpunkt. Die Energieüberwachung der Ausschaltfeder ergibt sich wie bei einem reinen Federspeicherantrieb aus der Stellung der Kolbenstange. Da die Ausschaltung über die Ausschaltfeder vorgenommen wird, wird dem Energiespeicher keine oder nur wenig Energie entnommen. Das Druckfluid verbleibt innerhalb der Kolben-Zylinderanordnung und beidseitig zu dem Speicherkolben, der den Niederdrucktank vom Hochdruck-Energiespeicher trennt. Veränderungen des Druckes des Druckfluides sind lediglich durch eine eventuelle interne Leckage bewirkt.
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Anhand der Zeichnungen, in der zwei schematische Ausführungsformen der Erfindung dargestellt sind, sollen die Erfindung, weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserung der Erfindung sowie weitere Vorteile näher erläutert und beschrieben werden.
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Es zeigen
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1 und 2 eine Ausführungsform der Antriebsvorrichtungen in zwei Schaltstellungen, und
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3 eine weitere Ausgestaltung der Erfindung.
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Es sei Bezug genommen auf die 1. Diese zeigt die Antriebsvorrichtung 10, die in ihrer Gesamtheit die Bezugsziffer 10 trägt, in Einschaltstellung.
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Die Antriebsvorrichtung 10 besitzt eine Kolben-Zylinderanordnung 11 mit einem Kolben 12, der innerhalb einer Zylinderwand 13 eines Zylinders 13a einem Zylinderraum 14 beweglich ist. Auf einer Seite des Kolbens 12 schließt eine Kolbenstange 15 an, die aus der Kolben-Zylinderanordnung 11 herausragt und an ihrem freien Ende mit einem beweglichen Kontaktstück 16 eines Hochspannungsleistungsschalters 17 gekoppelt ist.
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Der Zylinderraum 14 ist in zwei Abschnitte 19 und 20 unterteilt, von denen die Abschnitte 19 und 20 unterschiedliche Durchmesser besitzen. Der Innendurchmesser des ersten Abschnittes 19 entspricht dem Außendurchmesser des Kolbens 12, wogegen der zweite Abschnitt 20, in den der erste Abschnitt 19 über eine Stufung 21 übergeht, einen größeren Innendurchmesser aufweist wie der erste Anschnitt 19 aufweist. Innerhalb des zweiten Abschnittes 20 befindet sich ein Speicherkolben 22, der den zweiten Abschnitt 20 in zwei Räume 23 und 24 unterteilt, von denen der Raum 23 den Energiespeicherraum, der im folgenden die gleiche Bezugsziffer 23 trägt, bildet und damit das Hochdruckfluid aufnimmt. Im anderen Raum 24 befindet sich Fluid auf Niederdruck, weswegen dieser Raum 24 im Folgenden als Niederdrucktank 24 bezeichnet wird. Der Niederdrucktank 24 ist an seinem freien Ende mittels einer Abschlussplatte 25 abgeschlossen, die von der Kolbenstange 15 unter Zwischenfügung einer Gleitdichtung 26 durchgriffen wird. Innerhalb des Niederdrucktanks 24 befindet sich eine Speicherfeder 27, die sich mit ihrem einen Ende innen an der Abschlussplatte 25 und mit ihrem anderen Ende am Speicherkolben 22 anlegt. Die Speicherfeder 27 ist eine Schraubendruckfeder, deren Federkraft gegen den Speicherkolben 22 drückt, so dass das im Energiespeicherraum 23 befindliche Fluid unter Hochdruck gesetzt wird. Da der Raum unterhalb des Kolbens 12 mit dem Energiespeicherraum 23 in Verbindung steht, wirkt der Druck des Druckfluides auch auf den Kolben 12. Der Speicherkolben 22 ist von der Kolbenstange 15 durchgriffen, wobei auf der Außenfläche und der Innenfläche des Speicherkolbens 22 jeweils weitere Gleitdichtungen 28, 29 vorgesehen sind.
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Auf der Kolbenoberseite, die auf der der Kolbenstange 15 entgegengesetzten Oberseite des Kolbens 12 liegt, schließt eine Zugstange 30 an, die über eine Gleitdichtung 31 den Boden 32 des Zylinderraumes 14 abgedichtet durchgreift und in einen Ausschaltfederraum 33 eingreift und an ihrem freien Ende eine Auflageplatte 34 trägt. In dem Ausschaltfederraum 33 zwischen dem Boden 32 und der Auflageplatte 34 befindet sich eine Ausschaltfeder 35, die als eine Schraubendruckfeder ausgebildet ist und sich hier in gespannter Stellung befindet. Damit legt sich die Ausschaltfeder 35 an einem ersten Ende an die Auflageplatte 34 und an einem zweiten Ende am Boden 32 an.
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Innerhalb der Zylinderwand 13 verlaufen eine erste Druckfluidleitung 36, und eine zweite Druckfluidleitung 37 im Wesentlichen parallel zur Bewegungsrichtung des Kolbens 12.
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Der Kolben-Zylinderanordnung 11 ist ein 3/2-Wegeventil 38 zugeordnet, das drei Öffnungen T, Z und P aufweist. Es besitzt einen Ventilschieber 39, kurz auch als Schieber 39 bezeichnet, der als Sitzventilschieber ausgebildet ist und in einer ersten Stellung die Öffnung P, siehe 2, und in einer zweiten Stellung die Öffnung T schließt. Die Bewegung des Schiebers 39 in seine bistabilen Endstellungen wird mittels Magnetsystemen 40 und 41 bzw. 42 gesteuert. 3/2-Wegeventile sind an sich bekannt, so dass das 3/2-Wegeventil 38 hier nicht näher beschrieben werden sollen. Die Öffnung T ist mit der ersten Druckleitung 37 an einem Ende verbunden, die parallel zum Energiespeicherraum 23 verläuft und mit dem anderen Ende in den Niederdrucktank 24 einmündet. Die Öffnung P ist direkt mit dem Energiespeicherraum 23; die Öffnung Z ist mit dem Raum oberhalb des Kolbens 12 verbunden.
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Der Ausschaltfederraum 33 ist mittels einer Verschlussplatte 43 angeschlossen
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Die Arbeitsweise der Antriebsvorrichtung 10 soll im Folgenden beschrieben werden:
In der Stellung gemäß 1 steht das Hochdruckfluid aus dem Energiespeicherraum 23 mit dem Raum oberhalb des Kolbens 12 über das 3/2-Wegeventil 38 in Verbindung. Da der Raum unterhalb des Kolbens 12 direkt mit dem Energiespeicherraum 23 in Verbindung steht, wird wegen der unterschiedlichen Kolbenflächen eine Kraft auf den Kolben 12 in Einschaltrichtung ausgeübt, die den Schalter 17 in Einschaltstellung hält. Die Speicherfeder 27 bewirkt somit die die hydraulische Einschaltung und spannt dabei gleichzeitig die Ausschaltfeder 35. Die Ausschaltfeder 35 ist damit gespannt.
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Wenn der Schieber 39 umgesteuert wird, wird die Öffnung P geschlossen und die Öffnung T freigegeben. Dadurch wird der Raum oberhalb des Kolbens 12 mit dem Niederdrucktank 24 verbunden, so dass sich die Ausschaltfeder 35 entladen kann und den Kolben 12 über die Zugstange 30 in den Zylinder 13 einzieht, so dass das bewegliche Kontaktstück 16 in Ausschaltstellung gelangt. Dies zeigt 2.
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Der Ausschaltfederraum 33 ist an seinem freien Ende mittels einer Abdeckplatte 43 verschlossen.
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Durch Umsteuerung des 3/2-Wegeventils 38 wird den Räumen oberhalb und unterhalb des Kolbens 12 Hochdruckfluid zugeführt, so dass der Kolben 12 aus der Stellung 2 wieder in die Stellung gemäß 1 verbracht werden kann.
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Zu ergänzen ist, dass zur Verhinderung einer langsamen Ausschaltung aufgrund innerer Leckagen mit der Kolbenstange 15 eine Verriegelungseinrichtung zusammenwirkt, die hier nicht näher beschrieben ist, da eine solche Verriegelungseinrichtung an sich aus der vorab genannten ABB Broschüre DECHS 1204 02en 030509, Seite 5, bekannt ist.
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Die Kolbenstange 15 konnte auch den gleichen Durchmesser aufweisen wie der Durchmesser des Kolbens 12. Damit steht eine hydraulische Ausschaltkraft nicht zur Verfügung, ebenso wenig wird eine Einschaltdämpfung realisierbar sein, weil eine Stufung 21 zwischen Kolben 12 und Kolbenstange 15 ja nicht vorgesehen werden kann.
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Die 3 zeigt eine zweite Ausgestaltung der Erfindung. Der Raum 14 oberhalb des Kolbens 12 ist über einen kegelartigen Kanal 31a mit dem Raum 33, in dem sich die Ausschaltfeder 35 und die Auflageplatte 34 befinden, verbunden. Damit befindet sich Hochdruckfluid sowohl im Raum oberhalb des Kolbens 12 als auch über den Kanal 31a im Raum 33, in dem sich die Ausschaltfeder 35 und die Auflageplatte 34 befinden, ansteht, wobei das Hochdruckfluid beidseitig der Auflageplatte 34 vorhanden ist, weil in der Auflageplatte 34 wenigstens eine Durchgangsöffnung 50 vorgesehen sind. Die Auflageplatte 34 wirkt als eine Art Differentialkolben und unterstützt den Kolben 12 beim Anschalten. Wenn der Raum oberhalb des Kolbens 12 mit Niederdruck verbunden ist, steht beidseitig zur Auflageplatte 34 ebenfalls Niederdruck an.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Antriebsvorrichtung
- 11
- Kolben-Zylinderanordnung
- 12
- Kolben
- 13
- Zylinderwand
- 13a
- Zylinder
- 14
- Zylinderraum
- 15
- Kolbenstange
- 16
- bewegliches Kontaktstück
- 17
- Hochspannungsleistungsschalter
- 19
- erster Abschnitt
- 20
- zweiter Abschnitt
- 21
- Stufung
- 22
- Speicherkolben
- 23
- Energiespeicherraum
- 24
- Niederdrucktank
- 25
- Abschlussplatte
- 26
- Gleitdichtung
- 27
- Speicherfeder
- 28
- Gleitdichtung
- 29
- Gleitdichtung
- 30
- Zugstange
- 31
- Gleitdichtung
- 31a
- Kanal
- 32
- Boden
- 33
- Ausschaltfederraum
- 34
- Auflageplatte
- 35
- Ausschaltfeder
- 36
- erste Druckfluidleitung
- 37
- zweite Druckfluidleitung
- 38
- 3/2 Wegeventil
- 39
- Ventilschieber
- 40
- Magnetsystem
- 41
- Magnetsystem
- 42
- Magnetsystem
- 43
- Verschlussplatte
- 50
- Durchgangsöffnung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- ABB Druckschrift ABB Switchgear BLG (SESWG/B-2504en, Edition 3, 98-12) [0003]
- ABB Druckschrift Hydromecanical Spring Drives Types HMB-1 and HMB-1S, DECHS 1204 02en 030509 [0004]
- ABB Broschüre DECHS 1204 02en 030509, Seite 5 [0035]
