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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum thermischen Auslösen, Abtrennen und/oder Signalisieren des Zustandes eines Überspannungsschutzgerätes mit einem Sperrelement, auf welches eine erste Kraft wirkt und das bei Überschreiten einer Grenztemperatur seinen Aggregatzustand und/oder seine äußere Gestalt ändert, gemäß Patentanspruch 1.
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Die
DE 10 2006 037 551 B4 zeigt eine arretierte Abtrenneinrichtung, wobei ein bewegliches Lotformteil durch eine vorgespannte Feder unter Kraft gesetzt wird, dieser aber nicht ausweichen kann, solange ein Lotbolzen den Bewegungsweg blockiert. Schmilzt der Lotbolzen durch eine thermische Überlastung, die beispielsweise von einem hohen Strom verursacht wird, bewegt sich das Lotformteil und damit ein Schieber, so dass ein Stromkreis geschlossen wird, der beispielsweise ein Warnsignal ausgibt.
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Die
DE 10 2010 061 110 A1 offenbart ebenfalls eine thermische Abtrennvorrichtung, wobei ein erster Leiterabschnitt mit einem zweiten Leiterabschnitt über einen thermisch lösbaren Kontakt galvanisch gekoppelt ist. Bei zu hoher Temperatur löst sich die Kontaktstelle und der erste Leiterabschnitt wird durch eine ständig auf ihn wirkende Kraft in einen Isolierabschnitt befördert, so dass zwischen den beiden Leiterabschnitten keine elektrische Verbindung mehr möglich ist.
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Die
DE 10 2005 045 778 A1 betrifft eine Temperatursicherung. Zwei Leiterabschnitte werden über einen dritten Leiterabschnitt verbunden. Wenn eine zu hohe Temperatur vorliegt, wird dieser Leiterabschnitt durch einen aktuierten Bolzen so bewegt, dass er nicht mehr als Verbindungselement zwischen den beiden anderen Leiterabschnitten wirkt und einen über die Leiterabschnitte geschlossenen Stromkreis unterbricht. Eine Steuerung vergleicht eine sensorisch erfasste Temperatur mit einer vorgegebenen Grenztemperatur und löst eine Bewegung des Bolzens aus, wenn die Grenztemperatur überschritten ist. Anstelle einer aktiven Lösung mit einer Steuerung und einem Sensor kann auch eine passive Lösung durch ein vorgespanntes Feder- oder Biegeelement realisiert sein, bei dem eine Entspannungsbewegung durch eine mechanische Sicherung blockiert ist. Die mechanische Sicherung löst sich bei Überschreiten einer Grenztemperatur, wodurch die Entspannungsbewegung des Feder- oder Biegeelementes das Verbindungselement aus dem Leiterabschnitt befördert und somit den Stromkreis unterbricht.
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Die
DE 10 2009 022 069 A1 zeigt eine Vorrichtung zum thermischen Auslösen oder Abtrennen eines Überspannungsschutzgerätes mit einem diesbezüglichen Sperrelement, welches unter Einwirkung einer Kraft steht und einen Schieber, der durch das fixierte Sperrelement blockiert ist und auf den eine zweite Kraft wirkt.
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Bei dem Überspannungsschutzgerät nach
DE 10 2013 006 052 A1 werden die zur Kontaktfahne weisenden Enden der Überspannungsschutzeinheit so ausgebildet, dass diese eine Bügelform besitzen, wobei mindestens ein Bügel einen Anschlag für eine, um eine Achse schwenkbare Sichtanzeige darstellt, wobei die Schwenkbewegung dann freigegeben ist, wenn mit Hilfe eines Schiebers die parallel verlaufenden Enden der Bügel der Kontaktfahnen sich von der Kontaktfahne seitlich entfernen. Bei der Defektanzeige für Überspannungsableiter nach
DE 10 2012 011 072 A1 sind mechanische Betätigungseinrichtungen als Bolzen oder Stift ausgebildet. Mindestens zwei Überstromschutzeinrichtungen sind derart relativ zueinander angeordnet, dass sich die Richtungsvektoren der Bolzen oder Stifte in einer gedachten Verlängerung ihres Bewegungsweges schneiden, wobei der jeweilige Bolzen oder Stift auf eine jeweils vorgesehene Flächenseite eines verschieblichen Ankers einwirkt und der Anker eine veränderbare Position im Bewegungsweg inne hat, sich jedoch auch im Schnittpunkt der gedachten Verlängerung der Bewegungswege der Bolzen befindet. Weiterhin besitzt der Anker eine weitere Flächenseite, die ihrerseits bei einer Ankerbewegung auf das Fehlersignalisierungselement einwirkt und hierfür diese weitere Fläche mindestens eine Keilschräge umfasst, um eine Änderung der Kraftrichtung aufgrund der Bewegung eines der Bolzen zu bezwecken.
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Nachteilig im Stand der Technik sind dabei insbesondere hohe Kosten, Wartungsanfälligkeit sowie mangelnde Robustheit aktiver Lösungen. Passive Lösungen dagegen sind dadurch beeinträchtigt, dass auf die Sperrelemente unnötig hohe Kräfte wirken, weil gleichzeitig zur Unterbrechung durch die Kräfte auch eine weitere Wirkung, z. B. eine Bewegung eines Schiebers, eines Schaltkontaktes oder dergleichen, durchgeführt werden soll. Dadurch kann es zu einer „schleichenden Auslösung” der Trennvorrichtung kommen bevor überhaupt eine relevante thermische Überlastung aufgetreten ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine weiterentwickelte Vorrichtung zum thermischen Auslösen, Abtrennen und/oder Signalisieren des Zustandes eines Überspannungsschutzgerätes anzugeben, welche ausreichende mechanische Kräfte zur Betätigung einer Anzeige, eines Schaltkontaktes oder dergleichen bereitstellt.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum thermischen Auslösen eines Schiebers eines Überspannungsschutzgerätes gemäß Anspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche betreffen mindestens bevorzugte Weiterbildungen.
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Die Vorrichtung zum thermischen Auslösen, Abtrennen und/oder Signalisieren des Zustandes des Überspannungsschutzgerätes umfasst ein Sperrelement, auf welches eine erste Kraft wirkt und das bei Überschreiten einer Grenztemperatur seinen Aggregatzustand und/oder seine äußere Gestalt ändert. Beispielsweise kann mit zunehmender Erwärmung das Sperrelement seine Form von z. B. einem kreisrunden Querschnitt in einen elliptischen Querschnitt ändern.
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Des Weiteren umfasst die Vorrichtung einen Schieber, der in einem ersten Zustand durch das Sperrelement mittelbar blockiert ist. Auf den Schieber wirkt eine zweite Kraft. Die zweite Kraft überführt den Schieber in einen zweiten Zustand, wenn das Sperrelement seinen Aggregatzustand geändert hat.
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Außerdem weist die Vorrichtung eine Rast-Halteeinrichtung auf. Diese ist mit dem Schieber, insbesondere lösbar oder fest, verbunden. Durch die Rast-Halteeinrichtung blockiert das Sperrelement mittelbar den Schieber. Die Halteeinrichtung ist so gestaltet, dass die zweite Kraft, die auf den Schieber wirkt, im Wesentlichen nur reibschlüssig und nicht in Bewegungsrichtung der ersten Kraft auf das Sperrelement wirkt.
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Durch das Sperrelement kann z. B. ein elektrischer Stromkreis geschlossen sein. Dies kann insbesondere dadurch erfolgen, dass das Sperrelement elektrisch leitend ausgestaltet ist. Zusätzlich oder alternativ kann durch den Schieber ein Stromkreis geschlossen sein, wenn dieser sich im ersten Zustand befindet. Dieser Stromkreis wird vorzugsweise unterbrochen, wenn der Schieber sich in den zweiten Zustand bewegt. Insbesondere kann dieser Stromkreis im zweiten Zustand unterbrochen sein.
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Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, das Sperrelement von der zweiten, größeren Kraft, die erforderlich ist, um den Schieber zu bewegen und eine Aktion auszulösen, zu entkoppeln. Dies erfolgt dadurch, dass im Wesentlichen keine formschlüssigen Kräfte, die ihren Ursprung in der zweiten Kraft haben, auf das Sperrelement wirken. Nur die erste Kraft, wirkt formschlüssig, also direkt auf das Sperrelement. Die zweite Kraft wirkt im Wesentlichen allein reibschlüssig, also indirekt auf das Sperrelement. Insbesondere kann als zweite Kraft, die zur Bewegung des Schiebers notwendig ist, eine hohe Kraft realisiert werden, ohne dass dadurch das Sperrelement langfristig aus seiner Lage gedrückt wird und dadurch die Vorrichtung einer „schleichenden Auslösung” unterliegt.
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Wie bereits erläutert, ist ein Schieber vorhanden, der in seinem ersten Zustand durch das Sperrelement blockiert ist und auf den die zweite Kraft wirkt, um den Schieber in den zweiten Zustand zu überführen, wenn das Sperrelement seinen Aggregatzustand und/oder seine äußere Gestalt geändert hat. Die mit dem Schieber verbundene Rast-Haltevorrichtung, durch die das Sperrelement den Schieber mittelbar blockiert, zerlegt die zweite Kraft in eine Teilkraftkomponente, welche klemmend auf das Sperrelement wirkt.
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Erfindungsgemäß umfasst die Halteeinrichtung wenigstens zwei zangenartige Backen, von denen mindestens eine Backe nachgiebig ausgeführt ist, die sich im ersten Zustand gegen das Sperrelement und gegen eine Umgebung des Schiebers abstützen. Eine Umgebung im Sinn der Erfindung kann dabei insbesondere ein Gehäuse oder eine Gehäusezwischenwand der Vorrichtung sein, oder einer Einrichtung, die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung verbunden ist. Insbesondere sind die Backen elastisch nachgiebig ausgebildet, so dass diese nach einer erzwungen Verformung wieder in ihren ursprünglichen Zustand gelangen. Dadurch kann das Halteelement insbesondere wiederverwendet werden.
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Vorzugsweise sind die Backen so angeordnet sind, dass sich auf das Sperrelement wirkende Normalkräfte im Wesentlichen kompensieren. Dies kann insbesondere durch zwei gegenüberliegende Backen realisiert werden. Denkbar ist auch eine Variante mit drei Backen die jeweils um 60 Grad versetzt sind, so dass auch hier im Wesentlichen keine resultierende Kraft auf das Sperrelement wirkt. Nach dem gleichen Prinzip können vorzugsweise auch mehr Backen angeordnet sein, die noch enger zusammenliegen. Vorzugsweise können eine oder mehrere Backen eine abgeschrägte Stufung aufweisen, die sich gegen die Umgebung, insbesondere ein Gehäuse oder eine Gehäusetrennwand, so abstützen, dass die zweite Kraft ein Nachgeben einer oder mehrerer Backen bewirkt, wenn diese nicht mehr durch das Sperrelement blockiert sind. Insbesondere ist im ersten Zustand ein Nachgeben einer oder mehrerer Backen blockiert, dadurch dass diese durch die Stufung gegen das Sperrelement gedrückt werden und im Wesentlichen kein Raum zum Nachgeben besteht. Stufung und Sperrelement bewirken, dass die größere, zweite Kraft zur Umgebung abgeleitet wird und nicht das Sperrelement beeinträchtigt.
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Vorzugsweise kann eine Stufung Teil einer Nut sein, die sich gegen eine entsprechende Nocke der Umgebung abstützt. Alternativ kann eine Stufung Teil einer Nocke sein, die sich gegen eine entsprechende Nut der Umgebung abstützt. Insbesondere kann durch eine Nut-Nocken-Verbindung die Halteeinrichtung und/oder der Schieber beim Einbau einfach und genau positioniert werden, insbesondere, ohne dass eine nachträgliche Verschiebung stattfindet.
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In einer Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Anzeigefläche auf, die den jeweiligen Zustand (erster Zustand, zweiter Zustand) des Schiebers signalisiert. Die Anzeigefläche kann insbesondere fest oder lösbar am Schieber angeordnet sein.
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In einer Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Fernmeldeeinrichtung auf, die den jeweiligen Zustand (erster Zustand, weiter Zustand) der Vorrichtung signalisiert. Insbesondere ist die Fernmeldeeinrichtung direkt mit dem Schieber verbunden und/oder wird durch diesen ausgelöst. Vorzugsweise ist die Fernmeldeeinrichtung zum Schließen oder Unterbrechen eines Stromkreises eingerichtet, so dass nach einer Variante der Stromkreis im ersten Zustand unterbrochen ist und im zweiten Zustand geschlossen ist. Dadurch kann aktiv ein Umschalten in einen zweiten Zustand realisiert werden. Zusätzlich oder alternativ ist es auch möglich, dass durch die Fernmeldeeinrichtung in einem ersten Zustand ein Stromkreis geschlossen ist und in einem zweiten Zustand unterbrochen.
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In einer Ausführungsform ist das Sperrelement und/oder die Halteeinrichtung reibungsmindernd beschichtet. Dadurch können insbesondere die durch die Halteeinrichtung, über das Sperrelement durch die zweite Kraft erzeugten Reibungskräfte gemindert werden. Insbesondere ist damit eine noch umfassendere Entkopplung der zweiten Kraft vom Sperrelement möglich, so dass im Wesentlichen nur die erste Kraft auf das Sperrelement wirkt und ein schnelles Herausbewegen des Sperrelementes aus den Backen gegeben ist.
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Nach einer Ausführungsform ist die Kontaktfläche zwischen Sperrelement und Halteeinrichtung klein. Insbesondere kann eine oder mehrere Backen der Halteeinrichtung so gestaltet sein, dass sie im Wesentlichen nur in einem Punkt auf dem Sperrelement aufliegt. Zusätzlich oder alternativ kann auch das Sperrelement so gestaltet sein, dass die Halteeinrichtung im Wesentlichen nur an einem Punkt oder einer Linie aufliegen kann. Bevorzugt kann das Sperrelement keil- oder kegelförmig geformt sein, so dass beim Übergang in den zweiten Zustand, nach einer ersten Verrückung, das Sperrelement aus seiner Fixierung herausschnellt. Insbesondere kann auch die Halteeinrichtung, insbesondere eine oder mehrere Backen, so angefast sein, dass nach einer ersten Verrückung beim Übergang in den zweiten Zustand, die Kraftentkopplung aufgehoben wird und das Sperrelement durch die zweite Kraft zusätzlich beschleunigt wird.
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Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele können in weiteren, nicht dargestellten Ausführungsformen vorteilhaft miteinander kombiniert werden. Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Ausführungsbeispielen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:
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1 eine erfindungsgemäße erste Ausführungsform mit zwei nachgiebigen Backen in einem ersten Zustand;
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2 eine erfindungsgemäße zweite Ausführungsform mit verformtem Sperrelement;
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3 eine erfindungsgemäße erste Ausführungsform in einem zweiten Zustand und
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4 eine erfindungsgemäße zweite Ausführungsform mit einer nachgiebigen und einer gegenüberliegenden, starren Backe.
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1 zeigt eine Vorrichtung zum thermischen Auslösen oder Abtrennen eines Überspannungsschutzgerätes mit einer Anzeigefläche und Schieber S1 im ersten Zustand Z1. Auf diesen wird durch eine Spiralfeder eine Kraft F2 aufgebracht. Die Spiralfeder stützt sich dazu einem Gehäuse G ab, in dem der Schieber S1 gelagert ist. Die Spiralfeder dient dabei als Kraftspeicher, wobei die Kraft F2 entsprechend hoch ist, um den Schieber S1 zu bewegen. Der Schieber S1 weist eine Halteeinrichtung auf, welche durch zwei gegenüberliegende Backen B realisiert ist.
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An dem Gehäuse G ist des Weiteren ein Sperrelement A1 vorgesehen. Das Sperrelement A1 ist bevorzugt in thermischem Kontakt zu einer Wärmequelle, insbesondere dem Überspannungsschutzgerät stehend und ist lose eingelegt und nur von den Backen B gehalten.
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Die Backen B der Halteeinrichtung H1 sind nachgiebig ausgestaltet, insbesondere aus einem flexiblen Kunststoffmaterial bestehend. Weiterhin weisen die Backen B jeweils eine nach außen orientierte Nut auf. Diese sind dazu da, jeweils einen Nocken aufzunehmen, die als Teil des Gehäuses G realisiert sind. Durch die zweite Kraft F2 wird der Schieber S1 in Richtung des Sperrelements A1 gedrückt. Durch die Nocken, welche in die Nut der Backen B eingreifen, wird diese Kraft in eine Teilkraftkomponente F1 zerlegt, so dass die Backen nach innen gedrückt werden.
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Ein Ausweichen der Backen B nach innen wird allerdings durch das Sperrelement A1 vermieden, welches zwischen den Enden der Backen B angeordnet ist. Dadurch wird eine Bewegung der Backen B zueinander verhindert und damit auch eine Bewegung des Schiebers S1. In diesem ersten Zustand, in dem das Sperrelement A1 formstabil ist, verhindert das Sperrelement A1 eine Bewegung der Backen B des Schiebers zueinander. Die Zangen der Backen können also nicht zusammengedrückt werden. Eine Bewegung des Schiebers ist durch die Rastverbindung H1 ausgeschlossen.
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Durch die gegenüber angeordneten Backen B kompensieren sich die Normalkräfte, die über die Backen B durch die zweite Kraft F2 auf die Halteeinrichtung H1 aufgebracht werden. Dadurch ergibt sich, dass die resultierende Normalkraft auf das Sperrelement A1 verschwindet. Die zweite Kraft F2 ist somit von einer direkten Wirkung auf das Sperrelement A1 im ersten Zustand entkoppelt.
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2 zeigt die Vorrichtung zum thermischen Auslösen eines Überspannungsschutzgerätes aus 1. Dabei hat sich die Form des Sperrelements A1 durch Überschreiten einer Grenztemperatur verändert und die Vorrichtung geht in den zweiten Zustand Z2 (3) über.
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3 zeigt die Vorrichtung nach 1 und 2, wobei der Zustandsübergang in einer zweiten Phase ist. Durch die erste Kraft F1 wurde das Sperrelement A1 weitgehend verformt. Dadurch können sich die Backen B der Halteeinrichtungen nach innen bewegen. Durch die zweite Kraft F2 werden die Backen B über die Rastmittel, insbesondere durch die Nocken des Gehäuses nach Innen gedrückt, so dass die rechte Seite der Nut der Backen B eine Bewegung des Schiebers S1 nicht mehr blockiert. Die Rastverbindung H1 ist somit überwunden. Die zweite Kraft F2 beschleunigt den Schieber S1 und bewegt somit auch die Anzeigefläche A nach rechts. Dies signalisiert z. B. ein Auslösen des Überspannungsschutzgerätes.
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Gemäß der Erfindung und den Erläuterungen im vorangegangenen Ausführungsbeispiel ist das Sperrelement nicht fixiert, sondern nur lose eingelegt und zwischen den Backen B klemmend gehalten. Weiterhin wirkt nur eine Teilkraftkomponente F1, erzeugt durch die Federkraft F2 über die Klemmbacken B in einer vektoriell geänderten Richtung auf das Sperrelement A1.
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Wesentlich ist, dass das Sperrelement beim Überschreiten einer Grenztemperatur seinen Aggregatzustand ändert, d. h. durch die Teilkraftkomponente F1 verformbar ist, so dass letztendlich die elastischen, nachgiebigen Klemmbacken B zusammengedrückt werden, mit der Folge der Freigabe eines Bewegungsweges des Schiebers S1 unter Rückgriff auf die üblicherweise größere Kraft F2.
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Die Ausführungsform gemäß 4 zeigt als zweite erfindungsgemäße Variante eine Lösung, welche lediglich von einer elastischen Backe B ausgeht. Das Sperrelement A1 wird von dieser elastischen Backe B gegen eine feste Backe BF mit einer Kraft beaufschlagt, wobei die feste Backe BF Bestandteil des Gehäuses G sein kann.
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Auch bei dieser Ausführungsform steht das Sperrelement A1 im thermischen Kontakt zu einer Wärmequelle, z. B. einem Überspannungsschutzgerät, und ist lose eingelegt zwischen den Backen B und BF gehalten.
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Auch bei dieser Ausführungsform weist die Backe B eine nach außen orientierte Nut auf, in die eine Nocke H1, die Bestandteil des Gehäuses G sein kann, eingreift.
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Der Wirkungsmechanismus bei Erwärmung des Sperrelements mit nachfolgender Verformung entspricht demjenigen, wie anhand der 1 bis 3 geschildert. Auch hier ist wesentlich, dass das Sperrelement A1 bei Überschreiten einer Grenztemperatur seinen Aggregatzustand ändert und insofern durch die Teilkraftkomponente F1 verformt wird mit der Folge, dass die elastische Klemmbacke B sich in Richtung fester Backe BF bewegt mit der Folge der Freigabe des Bewegungswegs des Schiebers S1, wobei diesbezüglich die größere Kraft F2 zur Wirkung kommt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006037551 B4 [0002]
- DE 102010061110 A1 [0003]
- DE 102005045778 A1 [0004]
- DE 102009022069 A1 [0005]
- DE 102013006052 A1 [0006]
- DE 102012011072 A1 [0006]
