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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor für eine elektromechanische Schaltvorrichtung, aufweisend ein Rotorgehäuse und zwei in dem Rotorgehäuse gelagerte Kontaktbrücken, die um eine Drehachse relativ zueinander drehbar angeordnet und voneinander beabstandet sind und jeweils zwei Kontaktabschnitte aufweisen, wobei die Kontaktabschnitte durch Drehung des Rotors zum Öffnen eines Stromkreises in einen geöffneten Zustand und zum Schließen eines Stromkreises in einen geschlossenen Zustand bewegbar sind und im geschlossenen Zustand mit feststehenden Kontaktabschnitten einer elektromechanischen Schaltvorrichtung in Kontakt stehen. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine elektromechanische Schaltvorrichtung mit einem solchen Rotor.
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Aus dem Stand der Technik sind elektromechanische Schaltvorrichtungen zum Schalten elektrischer Ströme bekannt. Eine Klasse von Schaltvorrichtungen sind die sogenannten Leistungsschalter. Diese Leistungsschalter umfassen ein Gehäuse, in dem die einzelnen Phasen der Ströme geschaltet werden. Die einzelnen Phasen können in Polkassetten untergebracht sein, die von einem Gehäuse eingefasst werden. In den Polkassetten sind bewegbare und feststehende Kontakte untergebracht, die zum Öffnen eines Stromkreises auseinandergebracht und zum Schließen des Stromkreises in Kontakt gebracht werden können. Beim Trennen von bewegbaren und feststehenden Kontakten einer Polkassette entsteht ein Lichtbogen, der typischerweise in einer sogenannten Löschkammer gelöscht wird. Ebenfalls sind Leistungsschalter bekannt, die keine Polkassetten enthalten und in ihrem Gehäuse bewegbare und feststehende Kontakte aufweisen.
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In Leistungsschaltern ist es zur Erzielung einer guten Strombegrenzung notwendig, schnell eine hohe Bogenspannung aufzubauen. Dies gelingt mit sogenannten Doppelunterbrechern, die die Schaltstrecke zweimal unterteilen und so im Kurzschlussfall zwei Lichtbögen gleichzeitig erzeugen. Die durch den Lichtbogen erzeugte Bogenspannung ist nun in der gleichen Zeiteinheit doppelt vorhanden, was die Strombegrenzung gegenüber einfach unterbrechenden Systemen verbessert. Typischerweise sind bei diesen Mehrfachunterbrechern zwei elektrische Kontakte auf einer drehbar gelagerten Kontaktbrücke angeordnet, die die bewegbaren Kontakte darstellen. Die beiden bewegbaren Kontakte wirken zum Öffnen und Schließen des Stromkreises mit zwei feststehenden Kontakten der elektromechanischen Schaltvorrichtung zusammen.
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Aus der
DE 10 2013 208 373 A1 ist beispielsweise ein Rotor für einen elektrischen Schalter bekannt, umfassend ein Rotorgehäuse und eine drehbar gelagerte Kontaktbrücke, welche zwei bewegliche Kontakte umfasst, wobei durch Drehung des Rotors die zwei beweglichen Kontakte mit zwei feststehenden Kontakten eines elektrischen Schalters zum Schließen oder Öffnen eines Stromkreises zusammenwirken können, wobei die drehbar gelagerte Kontaktbrücke im Rotorgehäuse in einer Richtung senkrecht zur Richtung der Kontaktbrücke in ihrer Schließstellung beweglich gelagert ist.
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Aus der
DE 2009 052 965 B3 ist eine elektromechanische Schaltvorrichtung für jeweils einen Pol eines Niederspannungsschaltgerätes bekannt, umfassend einen in einem Rotorgehäuse entgegen einer Federkraft beweglich gelagerten Drehkontakt, bestehend aus mindestens einem Drehkontaktkörper, der zwei Hebelarme mit je einem Hebelarmende ausbildet, an dessen gegenüberliegenden Hebelarmenden Kontaktstücke angeordnet sind, und jeweils mit dem Kontaktstück jedes Hebelarmes zusammenwirkende Festkontakte, wobei jeder Hebelarm von jeweils einer einen Federkörper aufweisenden Feder beaufschlagt ist, mit je einer Abstützung einer Feder einerends am Drehkontaktkörper und einer anderen Abstützung andernends am Rotorgehäuse, wobei die jeweilige Abstützung der Feder einerends an dem mindestens einen Drehkontaktkörper durch Angriff unmittelbar am Drehkontaktkörper erfolgt, und beide Federn ausschließlich auf einer Seite des Drehkontaktkörpers angeordnet sind.
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Doppel- bzw. mehrfachunterbrechende elektromechanische Schaltvorrichtungen gemäß der
DE 10 2013 208 373 A1 oder der
DE 2009 052 965 B3 mit rotatorischem Aufbau sind anfällig gegen Asymmetrien. Eine Asymmetrie kann aus der Toleranzlage der Bauteile oder aus einem asymmetrischen Abbrand während des Betriebs, bei welchem Kontaktabschnitte der Kontaktbrücken asymmetrisch abbrennen können, resultieren. Diese Asymmetrie führt zu ungleichen Kontaktkräften und Kontaktwiderständen an den Kontaktabschnitten und damit zu einer Verschlechterung der Schaltleistung und/oder der elektrischen Eigenschaften einer derartigen elektromechanischen Schaltvorrichtung.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, der voranstehend beschrieben Problematik bei einem Rotor für eine elektromechanische Schaltvorrichtung bzw. einer elektromechanischen Schaltvorrichtung zumindest teilweise Rechnung zu tragen. Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Rotor für eine elektromechanische Schaltvorrichtung sowie eine elektromechanische Schaltvorrichtung zu schaffen, mittels welcher gleichmäßige Kontaktkräfte und Kontaktwiderstände an den Kontaktabschnitten und somit eine gleichmäßige Schaltleistung gewährleistet werden können.
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Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch einen Rotor für eine elektromechanische Schaltvorrichtung sowie eine elektromechanische Schaltvorrichtung mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 10. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem Rotor beschrieben worden sind selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der elektromechanischen Schaltvorrichtung und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Rotor für eine elektromechanische Schaltvorrichtung bereitgestellt, aufweisend ein Rotorgehäuse, zwei in dem Rotorgehäuse gelagerte Kontaktbrücken, die um eine Drehachse relativ zueinander drehbar bzw. verdrehbar angeordnet und voneinander beabstandet sind und jeweils zwei Kontaktabschnitte aufweisen, wobei die Kontaktabschnitte durch Drehung des Rotors zum Öffnen eines Stromkreises in einen geöffneten Zustand und zum Schließen eines Stromkreises in einen geschlossenen Zustand bewegbar sind und im geschlossenen Zustand mit feststehenden Kontaktabschnitten einer elektromechanischen Schaltvorrichtung in Kontakt stehen, ein Zwischenelement, das zwischen den zwei Kontaktbrücken angeordnet und um die Drehachse drehbar gelagert ist, ein Paar erste Federstifte und ein Paar zweite Federstifte, ein Paar erste Federelemente und ein Paar zweite Federelemente, wobei die ersten Enden der Federelemente an den ersten Federstiften befestigt sind und die ersten Federstifte an den Kontaktbrücken sowie dem Zwischenelement angeordnet sind, wobei die zweiten Enden der Federelemente an den zweiten Federstiften befestigt sind und die zweiten Federstifte an dem Zwischenelement angeordnet sind, und wobei wenigstens einer der ersten und zweiten Federstifte derart an dem Zwischenelement und/oder den Kontaktbrücken angeordnet ist, dass dieser durch eine Drehung des Rotors zwischen den beiden Zuständen, d.h., zwischen dem geöffneten Zustand und dem geschlossenen Zustand, relativ zur Drehachse kippbar ist.
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Durch diese Merkmale des Rotors wird ein Rotor mit einem optimalen Kräfteausgleich zwischen zwei Kontaktbrücken bei unterschiedlichen Toleranzlagen und Verschleißzuständen geschaffen. Die Kontaktkräfte an den Kontaktabschnitten können besonders vorteilhaft ausbalanciert werden. Asymmetrische Kontaktwiderstände sind reduzierbar, wodurch ein gleichmäßiger Abbrand zwischen Last- und Anschlussseite in der elektromechanischen Schaltvorrichtung realisierbar ist. Darüber hinaus ist es von Vorteil, dass der erfindungsgemäße Rotor zwei Kontaktbrücken mit insgesamt vier Kontaktabschnitten aufweist, wodurch im Vergleich zu einem Rotor mit nur zwei Kontaktabschnitten geringere elektrodynamische Kräfte wirken. Dadurch können Bauteile des Rotors, beispielsweise die Federstifte und/oder die Federelemente, kleiner und somit platzsparender und kostengünstiger bereitgestellt werden. Weitere Vorteile eines derartigen Rotors mit zwei Kontaktbrücken im Vergleich zu einem Rotor mit nur einer Kontaktbrücke sind eine Reduzierung der Lorenzkräfte und eine Reduzierung der thermischen Verluste durch die erhöhte Anzahl von Übertragungs- bzw. Kontaktstellen und eines entsprechend größeren gesamten Kontaktbereichs.
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Die vorliegende Erfindung ist dabei nicht auf einen Rotor mit zwei Kontaktbrücken beschränkt. Es ist auch denkbar, dass in dem Rotor drei, vier oder mehr Kontaktbrücken bereitgestellt sind. Hierzu müssten lediglich entsprechend verlängerte erste und zweite Federstifte, entsprechend mehr Zwischen- und Federelemente und ein entsprechend angepasstes Gehäuse bereitgesellt werden. Das heißt, es können bei einem vorteilhaften Rotor auch drei oder mehr in dem Rotorgehäuse um die Drehachse relativ zueinander drehbar angeordnete und voneinander beabstandete Kontaktbrücken mit jeweils zwei Kontaktabschnitten vorgesehen sein, wobei dann zwischen jeweils zwei Kontaktbrücken ein Zwischenelement angeordnet und um die Drehachse drehbar gelagert ist.
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Die elektromechanische Schaltvorrichtung ist bevorzugt als Leistungsschalter ausgebildet. Es sind jedoch auch andere elektromechanische Schaltvorrichtungen denkbar. Die beiden Kontaktbrücken sind parallel oder im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet und weisen jeweils zwei Kontaktabschnitte auf. Die Kontaktabschnitte weisen bevorzugt ein anderes Material als die restliche Kontaktbrücke auf. Das Zwischenelement ist parallel oder im Wesentlichen parallel zu den Kontaktbrücken zwischen diesen angeordnet und beispielsweise als Stanz- oder Pressteil bereitgestellt. Das Zwischenelement sowie die Kontaktbrücken sind drehbar um eine imaginäre Drehachse, beispielsweise an einem Lagerstift bzw. an einer Lagerachse, im Rotorgehäuse angeordnet, wobei die imaginäre Drehachse nicht der Lagerstift bzw. die Lagerachse ist. Der Lagerstift bzw. die Lagerachse ist im Rotorgehäuse gelagert. Das Zwischenelement kann hierbei zwar um die imaginäre Drehachse drehbar gelagert sein, ist relativ zur Lagerachse jedoch bevorzugt unbeweglich oder nur orthogonal zu dieser verschiebbar. Zur Beabstandung der beiden Kontaktbrücken voneinander können zusätzliche Distanzmittel zwischen den Kontaktbrücken angeordnet sein. Beispielsweise kann jeweils ein Distanzmittel an einer Kontaktbrücke befestigt sein, welches den Abstand zur anderen Kontaktbrücke entsprechend der Dicke des Zwischenelements, bevorzugt noch etwas weiter, hält. Die Kontaktbrücken sind derart im Rotor gelagert, dass im geschlossenen Zustand ein gewisser Kontaktdruck zwischen den beweglichen Kontaktabschnitten und feststehenden Kontaktabschnitten gewährleistet werden kann. Die beiden Kontaktbrücken sind bevorzugt derart voneinander beabstandet, dass sie über ihre gesamte Länge oder im Wesentlichen über ihre gesamte Länge derart parallel zueinander angeordnet sind, dass sie sich ggf. nur über das Distanzmittel berühren. In einer Ausgestaltung, in welcher das Distanzmittel kein Bestandteil der Kontaktbrücken ist, können sie auch derart beabstandet parallel zueinander angeordnet sein, dass sie an keiner Stelle in direktem mechanischen Kontakt stehen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Kontaktabschnitte durch Drehung des Rotors zum Öffnen eines Stromkreises in einen geöffneten Zustand bewegbar. Es ist jedoch auch möglich, dass die Kontaktabschnitte selbsttätig, beispielsweise durch Einwirken von elektrodynamischen Kräften und ohne Drehung des Rotors, in eine geöffnete Stellung gebracht werden können.
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Die ersten und zweiten Federstifte sind im Wesentlichen als Drehteile ausgebildet. Das heißt, sie weisen grundsätzlich eine Zylinderform mit durchgehend gleichem Radius oder verschiedenen Radien auf. Die ersten und zweiten Federstifte sind jedoch nicht darauf beschränkt. So sind beispielsweise auch quader- bzw. prismaförmige Federstiftabschnitte denkbar. Die ersten Federstifte können hierbei derart am Zwischenelement gelagert sein bzw. mit dem Zwischenelement in Eingriff stehen, dass ein Ausrasten aus der Lagerung der Federstifte bei Drehmomentumkehr am Zwischenelement verhindert wird. Die Federelemente sind bevorzugt als Schraubenfedern, insbesondere als Schraubenzugfedern ausgebildet. Die Federelemente sind jedoch nicht darauf beschränkt. So sind beispielsweise auch Evolutfedern, Elastomerfedern oder Gasdruckfedern verwendbar. Die Federelemente sind hierbei ein- oder mehrstückig ausgebildet.
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Die ersten Enden der Federelemente, d.h., die einen Enden der Federelemente sind an den ersten Federstiften befestigt und die zweiten Enden der Federelemente, d.h., die anderen Enden der Federelemente sind an den zweiten Federstiften befestigt. Die vorliegende Erfindung ist dabei nicht darauf beschränkt, dass die ersten und/oder zweiten Enden von einstückigen Federelementen an den ersten Federstiften befestigt sind. Die Federelemente können beispielsweise auch mehrstückig aufgebaut sein, beispielsweise aus einem zentralen federnden Element und einem Befestigungsmittel zur Befestigung der Federelemente an den Federstiften.
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Die Federelemente sind bevorzugt lösbar an den ersten und/oder zweiten Federstiften befestigt. Die Federelemente bilden beispielsweise einen form- und/oder kraftschlüssigen Verbund mit den Federstiften. Die Enden der Federelemente sind beispielsweise hakenförmig ausgebildet und umgreifen die ersten und/oder zweiten Federstifte wenigstens teilweise. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Federstifte in den Abschnitten, in welchen die Federelemente daran befestigt sind, Aussparungen aufweisen, sodass die Federelemente an einer axialen Verschiebung auf den Federstiften gehemmt werden.
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Dass die ersten und zweiten Federstifte an dem Zwischenelement angeordnet sind bedeutet, dass die Federstifte bzw. wenigstens einer derselben unmittelbar oder mittelbar an dem Zwischenelement aufliegt bzw. aufliegen oder von diesem aufgenommen ist bzw. sind. Mittelbar bedeutet, dass zwischen dem jeweiligen Federstift und dem Zwischenelement beispielsweise noch eine Gleitmittelschicht oder ein anderes beispielsweise der Kippbewegung des jeweiligen Federstiftes dienendes Element vorgesehen sein kann. Aufgenommen bedeutet diesbezüglich beispielsweise, dass wenigstens einer der Federstifte von dem Zwischenelement derart umschlossen ist, dass das Zwischenelement wenigstens Abschnittsweise den halben Umfang des wenigstens einen Federstiftes umgibt. Dabei muss das Zwischenelement nicht einstückig bzw. monolithisch ausgebildet sein, sondern kann auch ein separates Aufnahmemittel aufweisen, welches den wenigstens einen Federstift aufnimmt. Bei der Aufnahme des wenigstens einen Federstiftes an dem Zwischenelement kann es noch möglich sein, dass dieser durch eine Drehung des Rotors zwischen den beiden Zuständen relativ zur Drehachse kippbar ist. In der Aufnahme ist der wenigstens eine Federstift nicht unbeweglich an dem Zwischenelement befestigt. In einer bevorzugten Ausgestaltung liegen die beiden ersten Federstifte auf den Kontaktbrücken sowie dem Zwischenelement auf und die beiden zweiten Federstifte sind durch das Zwischenelement derart aufgenommen, dass das Zwischenelement wenigstens Abschnittsweise den halben Umfang des wenigstens einen Federstiftes umgibt.
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Kippbar bedeutet vorliegend, dass sich der wenigstens eine Federstift relativ zur Drehachse neigen kann, während sich die Lage seines geometrischen Mittelpunkts nicht oder im Wesentlichen nicht verändert.
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Gemäß einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung weist wenigstens einer der ersten und zweiten Federstifte in einem Abschnitt, in welchem er an dem Zwischenelement angeordnet ist, im Längsschnitt wenigstens teilweise eine gekrümmte Kante auf. Dadurch ist der wenigstens eine der ersten und zweiten Federstifte besonders gut zur Drehachse kippbar. Die gekrümmte Kante ist dabei nicht auf eine Kurve beschränkt. So kann die gekrümmte Kante beispielsweise auch als V-förmiger Winkel oder im Wesentlichen V-förmiger Winkel ausgestaltet sein. Die gekrümmte Kante muss sich dabei nicht über den gesamten Abschnitt erstrecken, sondern kann auch nur in einem Teil des Abschnitts, in welchem der wenigstens eine der ersten und zweiten Federstifte an dem Zwischenelement angeordnet ist, ausgebildet sein. Die gekrümmte Kante kann sich allerdings auch über den Abschnitt hinaus erstrecken. Die Ausführungen zur gekrümmten Kante gelten dabei analog für alle in der vorliegenden Anmeldung dargestellten gekrümmten Kanten. Als Längsschnitt ist ein Schnitt durch den wenigstens einen der ersten und zweiten Federstifte parallel oder im Wesentlichen parallel zur Drehachse zu verstehen. Der wenigstens eine der ersten und zweiten Federstifte, insbesondere wenigstens einer der beiden zweiten Federstifte, weist in dem Abschnitt, in welchem er an dem Zwischenelement angeordnet ist, im Längsschnitt beispielsweise eine konkave, bevorzugt eine konvexe Krümmung auf. Diese kann beispielsweise durch eine Teilbohrung bzw. einen gerundeten Einstich durch einen der zweiten Federstifte bereitgestellt werden. Alternativ ist es auch denkbar, dass beispielsweise wenigstens einer der zweiten Federstifte in dem Abschnitt, in welchem er an dem Zwischenelement angeordnet ist, eine kugelförmige Oberfläche aufweist. Dadurch kann der wenigstens eine der zweiten Federstifte besonders frei kippbar an dem Zwischenelement angeordnet sein, wodurch wiederum ein besonders vorteilhafter Kräfteausgleich zwischen den beiden Kontaktbrücken erzielbar ist.
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Ferner weist gemäß der vorliegenden Erfindung wenigstens einer der ersten Federstifte in einem Abschnitt, in welchem er an den Kontaktbrücken angeordnet ist, im Längsschnitt wenigstens teilweise eine gekrümmte Kante auf. Dadurch kann gewährleistet werden, dass die Kontaktkraft der ersten Federstifte nicht über die Kanten der Kontaktbrücken, sondern über deren Stirnseiten aufgebracht wird. Der wenigstens eine der ersten Federstifte, bevorzugt beide ersten Federstifte, weist in dem Abschnitt bzw. den Abschnitten, in welchem bzw. welchen er an den Kontaktbrücken angeordnet ist, im Längsschnitt beispielsweise eine konvexe, bevorzugt eine konkave Krümmung auf. Besonders bevorzugt weist der wenigstens eine der ersten Federstifte in jedem Abschnitt, in welchem er an den Kontaktbrücken angeordnet ist, eine kugelförmige Auswölbung auf. Alternativ ist es auch denkbar, dass der wenigstens eine erste Federstift eine beispielsweise kugelförmige Ausnehmung aufweist. Außerdem ist es denkbar, dass eine Auswölbung oder Ausnehmung als eine einzige Auswölbung oder Ausnehmung auf dem wenigstens einen ersten Federstift ausgebildet ist und sich zumindest teilweise über beide Kontaktbrücken erstreckt.
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Von weiterem Vorteil ist es, wenn wenigstens eine der Kontaktbrücken in einem Abschnitt, in welchem einer der ersten und zweiten Federstifte daran angeordnet ist, im Querschnitt wenigstens teilweise eine gekrümmte Kante aufweist. Dies ist insbesondere im Falle von zylinderförmigen ersten Federstiften ohne gekrümmte Kante im Längsschnitt von Vorteil. Durch ein entsprechendes Anformen der Kontaktbrücken, beispielsweise eine orthogonal zur Drehachse verlaufende Auswölbung an der Stirnseite bzw. an den entsprechenden Stirnseiten der Kontaktbrücken ausgebildete Fasen, können einfache zylindrische erste Federstifte verwendet werden, ohne dass die Kontaktkraft der Kontaktbrücken über spitze Kanten aufgebracht wird.
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Darüber hinaus kann das Zwischenelement gemäß der vorliegenden Erfindung in einem Abschnitt, in welchem einer der zweiten Federstifte daran angeordnet ist, im Querschnitt wenigstens teilweise eine gekrümmte Kante aufweisen. Die gekrümmte Kante ist bevorzugt als konkave oder konvexe Krümmung ausgebildet. Bevorzugt ist die gekrümmte Kante derart konvex ausgebildet, dass die entsprechende Auswölbung des Zwischenelements Formschlüssig in die zugehörige konkave Ausnehmung des wenigstens einen zweiten Federstiftes passt. Dadurch kann eine vorteilhafte Eigenzentrierung zwischen dem Zwischenelement und den daran angeordneten zweiten Federstiften realisiert werden. In einer vorteilhaften Weiterbildung ist der wenigstens eine zweite Federstift derart am Zwischenelement angeordnet, dass der Abschnitt des Zwischenelements mehr als die Hälfte des Umfangs des wenigstens einen zweiten Federstiftes umgibt. Hierzu kann beispielsweise eine Nase des Zwischenelements nach dem Anordnen des wenigstens einen zweiten Federstiftes an dem Zwischenelement formschlüssig in die konkave Ausnehmung des wenigstens einen Federstiftes gedrückt werden, wobei sich ein Teil des Zwischenelements beispielsweise plastisch verformt. Dadurch kann eine besonders vorteilhafte axiale Sicherung des wenigstens einen zweiten Federstiftes, d.h., eine Sicherung in Richtung der Drehachse, realisiert werden.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann ein Haltemittel an wenigstens einem der zweiten Federstifte angeordnet sein, das den wenigstens einen der zweiten Federstifte in Richtung der Drehachse in seiner Position oder im Wesentlichen in seiner Position an dem Zwischenelement hält. Das Haltemittel ist beispielsweise als Vorspannelement, beispielsweise eine Blattfeder, ausgestaltet. Das Haltemittel umgreift dabei einen Teil des Zwischenelements sowie einen Teil des wenigstens einen zweiten Federstiftes, insbesondere eine Vertiefung in der Oberfläche des wenigstens einen zweiten Federstiftes. Dadurch kann eine axiale Sicherung des wenigstens einen zweiten Federstiftes am Zwischenelement gewährleistet werden, während der wenigstens eine zweite Federstift weiterhin frei kippbar bzw. schwenkbar ist.
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Bei einer erfindungsgemäßen Weiterbildung weist wenigstens einer der zweiten Federstifte einen Grundkörper und einen in den Grundkörper einsetzbaren Lagerbolzen auf, wobei der Lagerbolzen an dem Zwischenelement angeordnet ist. Dadurch kann ein Rotor bereitgestellt werden, bei welchem im Falle eines Verschleißes der Kontaktfläche des wenigstens einen zweiten Federstiftes, die an dem Zwischenelement angeordnet ist, einfach ein neuer Lagerbolzen bereitgestellt werden kann. Ein weiterer Vorteil dieser Weiterbildung ist es, dass für gleiche Grundkörper verschiedene Lagerbolzen verwendbar sind, wodurch der Rotor mittels eines einfachen Austausches des Lagerbolzens modifizierbar ist. Der Lagerbolzen kann in den Grundkörper beispielsweise eingepresst oder eingedreht werden. Die Kontaktfläche des Lagerbolzens, an welcher er an dem Zwischenelement, beispielsweise darauf aufliegend, angeordnet ist, ist beispielsweise kugelförmig oder weist eine zumindest teilweise gekrümmte Oberfläche auf. Der Lagerbolzen kann beispielsweise aus Edelstahl oder einem gehärteten Stahl bestehen, ist jedoch nicht darauf beschränkt. So ist beispielsweise auch ein Lagerbolzen aus einem Kunststoff denkbar. Der Lagerbolzen ist beispielsweise in einer Tasche bzw. Aussparung in dem wenigstens einen der zweiten Federstifte ausgebildet.
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Für eine stabile Lagerung der Kontaktbrücken im Rotorgehäuse ist es von Vorteil, wenn wenigstens einer der zweiten Federstifte führbar in dem Rotorgehäuse gelagert ist. Der wenigstens eine zweite Federstift könnte hierzu beispielsweise in Langlöchern geführt werden, die im Rotorgehäuse ausgebildet sind. Durch die Lagerung des wenigstens einen der Federstifte in dem Rotorgehäuse ist das Zwischenelement relativ zum Rotorgehäuse im Wesentlichen unverdrehbar, mit geringem Spiel durch beispielsweise die Langlöcher, angeordnet.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine elektromechanische Schaltvorrichtung bereitgestellt, aufweisend einen vorstehend dargestellten Rotor, mit wenigstens zwei feststehenden Kontakten, wobei die wenigstens zwei feststehenden Kontakte zum Öffnen und Schließen eines Stromkreises durch Drehung des Rotors mit den Kontaktabschnitten der Kontaktbrücken in Kontakt bringbar sind. Diese elektromechanische Schaltvorrichtung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass der Rotor in der erfindungsgemäßen Weise ausgebildet ist, wodurch ein einfacher Ausgleich einer Asymmetrie zwischen den Kontaktbrücken realisierbar ist.
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Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zu einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder der Zeichnung hervorgehende Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten und räumlicher Anordnungen können sowohl für sich als auch in den verschiedenen Kombinationen erfindungswesentlich sein.
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Es zeigen jeweils schematisch:
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1 eine perspektivische Ansicht eines Zusammenbaus mit zwei Kontaktbrücken, zwei ersten und zwei zweiten Federelementen, zwei ersten und zwei zweiten Federstiften und einem Zwischenelement gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
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2 eine Draufsicht eines Rotors gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
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3 eine Seitenansicht im Schnitt eines Rotors gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
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4 eine Seitenansicht eines Zwischenelements mit zwei zweiten Federstiften gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
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5 eine Vorderansicht im Schnitt des Zwischenelements mit den zwei zweiten Federstiften gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
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6 eine perspektivische Ansicht eines Zwischenelements mit zwei zweiten Federstiften und zwei Haltemitteln gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
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7 eine Vorderansicht des Zwischenelements mit den zwei zweiten Federstiften und den zwei Haltemitteln gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur Darstellung einer axialen Sicherung der zwei zweiten Federstifte,
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8 eine Seitenansicht des Zwischenelements mit den zwei zweiten Federstiften und den zwei Haltemitteln gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
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9 eine Vorderansicht im Schnitt des Zwischenelements mit den zwei zweiten Federstiften und den zwei Haltemitteln gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
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10 eine perspektivische Ansicht des Rotors gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und
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11 eine Seitenansicht im Schnitt des Rotors gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den 1 bis 11 jeweils mit demselben Bezugszeichen versehen.
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Für einen optimalen Kräfteausgleich in einem Rotorsystem mit zwei parallel angeordneten Kontaktbrücken in beispielsweise einem Niederspannungsschalter ist eine bewegliche Lagerung der für die Kontaktaufbringung notwendigen Federstifte von Vorteil. Die Kontaktkraft wird vorliegend dadurch erzeugt, dass als Zugfedern ausgelegte Federelemente auf der einen Seite über Federstifte auf drehbar gelagerte Kontaktbrücken wirken, und auf der anderen Seite Federstifte als Gegenlager für die Kontaktkraft fest oder geführt bzw. verschiebbar in einem Rotorgehäuse angeordnete sind. Für eine optimale Ausbalancierung der Federkräfte bei unterschiedlichen Toleranzlagen und Verschleißzuständen ist eine sichere symmetrische Lagerung der Federstifte zu erzielen.
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1 zeigt schematisch den inneren Aufbau eines Rotors 10 gemäß einer ersten Ausführungsform. Für eine bessere Darstellung und Erläuterung von verdeckten Bauteilen des Rotors 10 ist in 1 kein Rotorgehäuse 12 dargestellt. Dieses ist beispielsweise mit Bezug auf 2 und 3 dargestellt.
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Der in 1 dargestellte Rotor 10 bzw. der innere Aufbau desselben weist zwei in dem Rotorgehäuse 12 aufnehmbare und um eine Drehachse 50 drehbar angeordnete bzw. gelagerte und voneinander beabstandete Kontaktbrücken 14, 16 auf. Die Kontaktbrücken weisen jeweils zwei Kontaktabschnitte 14a, 14b, 16a, 16b auf, wobei die Kontaktabschnitte 14a, 14b, 16a, 16b durch Drehung des Rotors 10 zum Öffnen eines Stromkreises in einen geöffneten Zustand und zum Schließen eines Stromkreises in einen geschlossenen Zustand bewegbar sind. Im geschlossenen Zustand stehen die Kontaktbrücken 14, 16 mit feststehenden Kontaktabschnitten einer elektromechanischen Schaltvorrichtung in Kontakt.
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Zwischen den beiden Kontaktbrücken 14, 16 ist ein Zwischenelement 40 angeordnet, das ebenfalls drehbar um die imaginäre Drehachse 50 und im Wesentlichen fest zu einer Lagerachse oder lediglich orthogonal zu dieser verschiebbar gelagert ist. Das Zwischenelement ist hierbei bevorzugt auf derselben Lagerachse wie die Kontaktbrücken 14, 16 gelagert. Das in 1 dargestellte Zwischenelement 40 steht mit einem Paar erster Federstifte 22, 23 und einem Paar zweiter Federstifte 21, 24 in Kontakt. Die ersten bzw. einen Enden 35 der Federelemente 31, 32, 33, 34 umgreifen die ersten Federstifte 22, 23, wodurch sie an diesen befestigt sind, und die ersten Federstifte 22, 23 sind an den Kontaktbrücken 14, 16 sowie dem Zwischenelement 40 angeordnet bzw. liegen auf diesen auf. Die zweiten bzw. anderen Enden 36 der Federelemente 31, 32, 33, 34 umgreifen die zweiten Federstifte 21, 24, wodurch sie an diesen befestigt sind, und die zweiten Federstifte 21, 24 sind an dem Zwischenelement 40 angeordnet bzw. sind in diesem teilweise aufgenommen bzw. von diesem teilweise umschlossen.
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Für eine sichere Beabstandung der beiden Kontaktbrücken 14, 16 sind gemäß 1 zwei Distanzmittel 16c, 16d an der Kontaktbrücke 16 angeordnet. Diese können in Form eines Bolzens in eine Aufnahme an der Kontaktbrücke eingesetzt werden oder als zusammen mit der Kontaktbrücke 16 ausgebildete Nase bereitgestellt werden.
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Die in 1 dargestellten ersten und zweiten Federstifte 21, 22, 23, 24 weisen an ihren äußeren Bereichen zwei um die Federstifte 21, 22, 23, 24 herum verlaufende Nuten auf, in welche die ersten und zweiten Enden 35, 36 der ersten und zweiten Federelemente 31, 32, 33, 34 zur Befestigung derselben an den Federstiften 21, 22, 23, 24 eingreifen. Die ersten Federstifte 22, 23 weisen ferner zwischen den beiden Nuten zwei im Wesentlichen kugelförmig ausgebildete Lagerabschnitte auf, mit welchen die beiden ersten Federstifte 22, 23 auf den Kontaktbrücken, genauer gesagt auf deren Stirnseiten, kippbar aufliegen. Die beiden zweiten Federstifte 21, 24 weisen gemäß der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform in einem Abschnitt, in welchem sie an dem Zwischenelement 40 angeordnet sind bzw. darauf aufliegen, eine umlaufende Vertiefung auf, die mit Bezug auf die zweiten Federstifte im Längsschnitt betrachtet eine konkave Kante bzw. Kurve aufweist. Durch diese umlaufende konkave Ausnehmung sind die zweiten Federstifte 21, 24 derart an dem Zwischenelement 40 gelagert, dass sie durch eine Drehung des Rotors 10 zwischen den beiden Zuständen relativ zur Drehachse 50 kippbar sind. Das heißt, für den Fall eines ungleichmäßigen Abbrands auf den Kontaktabschnitten 14a, 14b, 16a, 16b sind die beiden zweiten Federstifte 21, 24 derart kippbar auf dem Zwischenelement 40 gelagert, dass dadurch bereits bei minimalem Druck auf die Kontaktabschnitte 14a, 14b, 16a, 16b beim Übergang vom geöffneten Zustand in den geschlossenen Zustand die zwischen den Kontaktabschnitten 14a, 14b, 16a, 16b durch den Abbrand hervorgerufene Asymmetrie kompensierbar bzw. ausgleichbar ist.
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2 zeigt eine Draufsicht eines Rotors gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer Lagerachse, auf welcher die beiden Kontaktbrücken 14, 16 sowie das Zwischenelement 40 lagern. Die Lagerachse ist in der in 2 dargestellten ersten Ausführungsform im Rotorgehäuse 12 gelagert. Die Drehachse 50 verläuft in Längsrichtung durch das geometrische Zentrum der Lagerachse.
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3 zeigt eine Seitenansicht im Schnitt eines Rotors 10 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durch die in 2 dargestellte Schnittebene III-III. 3 zeigt hierbei im Detail, wie die ersten und zweiten Federstifte 21, 22, 23, 24 in der gemäß 3 gezeigten Ausführungsform auf dem Zwischenelement 40 aufliegen.
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4 zeigt schematisch das Zwischenelement 40 mit zwei darin angeordneten zweiten Federstiften 21, 24. Wie in 4 zu erkennen ist, liegt das Zwischenelement 40 nicht vollständig an den zweiten Federstiften 21, 24 an. Das heißt, die zweiten Federstifte 21, 24 sind mit einem gewissen Spiel in dem Zwischenelement 40 angeordnet. Dieses Spiel kann beliebig angepasst bzw. verändert werden.
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5 zeigt eine Vorderansicht des in 4 gezeigten Zwischenelements mit den zwei zweiten Federstiften 21, 24 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Schnitt gemäß der Schnittebene V-V. Wie aus 5 hervorgeht, ist der eine zweite Federstift 21 länger als der andere zweite Federstift 24. Der längere zweite Federstift 21 ist in einem zusammengebauten erfindungsgemäßen Rotor 10 führbar im Rotorgehäuse 12 gelagert (siehe hierzu auch 2). Ferner zeigt 5 im Detail, wie ein zweiter Federstift, in 5 beispielsweise der zweite Federstift 21, in einem Abschnitt, in welchem er an dem Zwischenelement 40 angeordnet ist, im Längsschnitt wenigstens teilweise eine gekrümmte Kante aufweist. In 5 weist der zweite Federstift 21 im Längsschnitt über den gesamten Abschnitt, welcher eine Länge aufweist, die der Dicke D des Zwischenelements 40 entspricht, eine konkav gekrümmte Kante auf. Das Zwischenelement 40 weist entsprechend über den gesamten Abschnitt bzw. seine Dicke D im Querschnitt, welcher orthogonal oder im Wesentlichen orthogonal zum Längsschnitt des zweiten Federstiftes 21 ist, eine konvex gekrümmte Kante auf. Durch den beidseitigen Radius wird ein kippen bzw. schwenken des zweiten Federstiftes 21 sowie eine automatische Zentrierung desselben ermöglicht. Die gekrümmten Kanten im Längsschnitt des zweiten Federstiftes 21 oder im Querschnitt des Zwischenelements 40 können jedoch auch kürzer oder länger als die Dicke D sein. Das heißt, die gekrümmten Kanten im Längsschnitt des zweiten Federstiftes 21 oder im Querschnitt des Zwischenelements 40 können sich auch nur in einem Teil des vorstehend beschriebenen Abschnitts oder über diesen hinaus erstrecken.
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Zur axialen Sicherung des zweiten Federstiftes 21 ist es denkbar, die obere Nase des Zwischenelements 40 durch Verformung in die konkave Ausnehmung im zweiten Federstift 21 einzudrücken. Dies kann beispielsweise durch eine beispielsweise plastische Verformung des Zwischenelements 40 erzielt werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es auch denkbar, dass die obere Nase des Zwischenelements 40 klappbar ausgestaltet ist, sodass das Zwischenelement 40 nicht plastisch verformt werden muss, wenn die obere Nase in die konkave Ausnehmung des zweiten Federstiftes eingedrückt wird. Die klappbare obere Nase kann alternativ auch als ein anderes Klappmittel am Zwischenelement 40 als Bestandteil desselben oder als separates Bauteil bereitgestellt werden.
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6 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Zwischenelements 40 mit zwei zweiten Federstiften 21, 24 und zwei Haltemitteln 60 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die beiden Haltemittel 60 sind vorliegend als Blattfedern ausgestaltet, welche als Vorspannelemente dienen, um die zweiten Federstifte 21, 24 in axialer Richtung vor einem Verschieben zu sichern. Die zweiten Federstifte 21, 24 sind hierfür in einem Abschnitt, in welchem sie an dem Zwischenelement 40 angeordnet sind, kugelförmig oder im Wesentlichen kugelförmig ausgebildet. Dadurch sind sie nicht nur gut kippbar im Zwischenelement 40 gelagert. Außerdem können die Haltemittel 60 gut in die Kante zwischen dem kugelförmigen Abschnitt und dem restlichen zylinderförmigen Abschnitt der zweiten Federstifte 21, 24 eingreifen.
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7 zeigt eine Vorderansicht des Zwischenelements mit den zwei zweiten Federstiften 21, 24 und den zwei Haltemitteln 60 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur Darstellung einer axialen Sicherung der zwei zweiten Federstifte.
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8 zeigt eine Seitenansicht des Zwischenelements mit den zwei zweiten Federstiften 21, 24 und den zwei Haltemitteln 60 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 9 zeigt eine Vorderansicht des Zwischenelements 40 mit den zwei zweiten Federstiften 21, 24 und den zwei Haltemitteln 60 im Schnitt gemäß der Schnittebene IX-IX. Wie insbesondere aus 9 hervorgeht, greift das Haltemittel 60 zur axialen Sicherung der zweiten Federstifte 21, 24 in eine Kante bzw. Ausnehmung ein, die zwischen dem kugelförmigen oder im Wesentlichen kugelförmigen mittleren Abschnitt und den daran anschließenden zylinderförmigen Abschnitten gebildet wird.
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10 und 11 zeigen einen Rotor 10 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Gemäß der in 10 und 11 dargestellten Ausführungsform weisen die zweiten Federstifte 21, 24 einen Grundkörper 21a, 24a und einen in den Grundkörper 21a, 24a eingesetzten Lagerbolzen 21b, 24b auf, wobei der Lagerbolzen 21b, 24b an dem Zwischenelement 40 angeordnet ist. Die Lagerbolzen 21b, 24b weisen gemäß der in den Figuren dargestellten dritten Ausführungsform einen konischen Abschnitt auf. Sie sind jedoch nicht darauf beschränkt. Als Lagerbolzen kann ein beliebiges Formstück aus Metall oder Kunststoff verwendet werden. Dadurch kann ein Rotor bereitgestellt werden, bei welchem im Falle eines Verschleißes der an dem Zwischenelement 40 angeordneten Kontaktfläche der zweiten Federstifte 21, 24 einfach ein neuer Lagerbolzen 21b, 24b bereitgestellt werden kann. So können für gleiche Grundkörper 21a, 24a verschiedene Lagerbolzen 21b, 24b verwendet werden, wodurch der Rotor 10 mittels eines einfachen Austausches des Lagerbolzens 21b, 24b modifizierbar ist. Der Lagerbolzen 21b, 24b kann in den Grundkörper 21a, 24a beispielsweise eingeschoben, eingepresst oder eingedreht werden. Die Kontaktfläche des Lagerbolzens 21b, 24b, an welcher er an dem Zwischenelement 40 aufliegt, ist beispielsweise kugelförmig ausgebildet oder weist eine zumindest teilweise gekrümmte Oberfläche auf. Der in 10 und 11 dargestellte Lagerbolzen 21b, 24b ist in einer Tasche bzw. Aussparung in den zweiten Federstiften 21, 24 ausgebildet. Alternativ ist es gemäß der vorliegenden Erfindung auch denkbar, dass die in 10 und 11 dargestellten zweiten Federstifte 21, 24 einschließlich der Tasche bzw. Aussparung und einer bodenseitigen konvexen bzw. kugelförmigen Auswölbung nicht zweiteilig, sondern als einstückiges oder monolithisches Bauteil bereitgestellt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Rotor
- 12
- Rotorgehäuse
- 14, 16
- Kontaktbrücken
- 14a, 14b, 16a, 16b
- Kontaktabschnitte
- 16c, 16d
- Distanzmittel
- 22, 23
- erste Federstifte
- 21, 24
- zweite Federstifte
- 21a, 24a
- Grundkörper
- 21b, 24b
- Lagerbolzen
- 31, 32
- erste Federelemente
- 33, 34
- zweite Federelemente
- 35
- erste Enden
- 36
- zweite Enden
- 40
- Zwischenelement
- 50
- Drehachse
- 60
- Haltemittel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013208373 A1 [0004, 0006]
- DE 2009052965 B3 [0005, 0006]
