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Die Erfindung betrifft eine Schaltstange für einen Leistungsschalter zur Übertragung einer Antriebskraft auf ein bewegbares Kontaktelement des Leistungsschalters.
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Leistungsschalter sind elektrische Schalter, die für hohe elektrische Ströme ausgelegt sind, um insbesondere hohe Überlastströme und Kurzschlussströme sicher abschalten zu können. Dazu weisen Leistungsschalter eine Unterbrechereinheit mit wenigstens einem bewegbaren Kontaktelement zum Trennen und Schließen eines Schaltkontaktes auf.
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Oft ist ein bewegbares Kontaktelement eines Leistungsschalters über eine Schaltstange aus einem elektrisch isolierenden Material mit einem Antrieb zum Bewegen des Kontaktelements verbunden. Die Schaltstange überträgt eine von dem Antrieb erzeugte Antriebskraft auf das bewegbare Kontaktelement. Bei einem Schaltvorgang wird die Schaltstange auf Druck beansprucht und kann dadurch ausknicken. Ein übermäßiges Ausknicken kann zu einem Bruch der Schaltstange führen. Um dies zu verhindern, wird eine Schaltstange mit einer ausreichenden Materialdicke gefertigt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Schaltstange für einen Leistungsschalter anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Eine erfindungsgemäße Schaltstange für einen Leistungsschalter zur Übertragung einer Antriebskraft auf ein bewegbares Kontaktelement des Leistungsschalters weist einen Schaltstangenkörper mit zwei sich gegenüber liegenden Körperenden auf, zwischen denen eine Schaltstangenlängsachse der Schaltstange verläuft. Der Schaltstangenkörper weist eine Materialdicke auf, die entlang der Schaltstangenlängsachse von jedem der beiden Körperenden bis zu einem zwischen den Körperenden angeordneten Maximalbereich, in dem die Materialdicke maximal ist, streng monoton zunimmt.
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Eine erfindungsgemäße Schaltstange weist also einen Schaltstangenkörper mit einer entlang der Schaltstangenlängsachse variierenden Materialdicke auf, wobei die Materialdicke von beiden Körperenden des Schaltstangenkörpers zu einem Maximalbereich hin zunimmt. Dadurch wird die Schaltstange in dem Maximalbereich stabiler als in anderen Bereichen ausgeführt. Die Erfindung berücksichtigt dabei, dass eine Schaltstange eines Leistungsschalters entlang ihrer Schaltstangenlängsachse bei Schaltvorgängen nicht gleichmäßig belastet wird, sondern dass es in der Regel einen maximal belasteten Bereich der Schaltstange gibt. Die Erfindung ermöglicht vorteilhaft, die Materialdicke und damit die Stabilität der Schaltstange gezielt in diesem und zu diesem maximal belasteten Bereich zu erhöhen, um einen Bruch der Schaltstange in diesem Bereich durch ein übermäßiges Ausknicken bei hoher Belastung zu vermeiden, ohne weniger belastete Bereiche der Schaltstange unnötig zu verstärken. Gegenüber einer gleichmäßig entlang der Schaltstangenlängsachse verteilten Materialdicke, die überall auf eine Maximalbelastung der Schaltstange ausgelegt ist, werden dadurch vorteilhaft Material und Herstellungskosten der Schaltstange reduziert. Ferner wird das Gewicht der Schaltstange reduziert, wodurch auch die zur Bewegung eines Kontaktelements über die Schaltstange benötigte Antriebsenergie reduziert wird, so dass vorteilhaft die Auslegung des Antriebs des Leistungsschalters und die Energiekosten für dessen Betrieb reduziert werden können.
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Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Schaltstangenkörper als ein Vollkörper ausgebildet ist und die Materialdicke ein Durchmesser des Schaltstangenkörpers senkrecht zu der Schaltstangenlängsachse ist. Durch diese Ausgestaltung der Erfindung können vorteilhaft Material, Herstellungskosten und Gewicht massiv gestalteter Schaltstangen reduziert werden.
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Eine zu der vorgenannten Ausgestaltung alternative Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Schaltstangenkörper als ein Hohlkörper mit einer Hohlkörperwand, die um die Schaltstangenlängsachse herum verläuft, ausgebildet ist und die Materialdicke eine Wanddicke der Hohlkörperwand senkrecht zu der Schaltstangenlängsachse ist. Durch diese Ausgestaltung der Erfindung können vorteilhaft Material, Herstellungskosten und Gewicht als Hohlkörper gestalteter Schaltstangen reduziert werden. Dabei ist beispielsweise eine von der Schaltstangenlängsachse abgewandte Außenoberfläche oder eine der Schaltstangenlängsachse zugewandte Innenoberfläche der Hohlkörperwand als ein Zylinder ausgebildet. Dementsprechend ist die Materialdicke nach innen, d. h. in den Hohlraum des Schaltstangenkörpers hinein, oder nach außen erhöht. Dadurch ermöglicht die Erfindung eine den geometrischen Gegebenheiten angepasste Verteilung der Materialdicke. Ferner kann wenigstens ein Körperende mit einer Metall- oder Kunststofffassung verschlossen sein. Diese Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht eine Verstärkung der Körperenden im Falle einer hohlen Ausführung des Schaltstangenkörpers durch Metall- oder Kunststofffassungen, wodurch vorteilhaft eine Kraftübertragung zu dem Kontaktelement und/oder zu dem Antrieb des Leistungsschalters durch eine Vergrößerung der Kontaktfläche verbessert werden kann.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Schaltstange rotationssymmetrisch um die Schaltstangenlängsachse ausgebildet ist. Rotationssymmetrische Schaltstangen sind aufgrund ihrer hohen Symmetrie in der Regel einfacher und kostengünstiger herstellbar als weniger symmetrisch ausgebildete Schaltstangen. Außerdem sind rotationssymmetrische Schaltstangen oft auch deshalb von Vorteil, weil nicht vorhersehbar ist, zu welcher Seite ein Ausknicken der Schaltstange erfolgen wird, wodurch mit einer rotationssymmetrischen Ausbildung der Schaltstange Rechnung getragen wird.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Materialdicke entlang der Schaltstangenlängsachse von jedem Körperende bis zu dem Maximalbereich linear zunimmt. Eine lineare Zunahme ermöglicht vorteilhaft eine besonders einfach und kostengünstige realisierbare Ausführung einer variierenden Materialdicke.
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Gemäß weiteren Ausgestaltungen der Erfindung ist der Maximalbereich ein mittlerer Bereich des Schaltstangenkörpers oder ein Bereich zwischen einem mittleren Bereich des Schaltstangenkörpers und einem Körperende. Diese Ausgestaltungen der Erfindung berücksichtigen vorteilhaft, dass der bei Schaltvorgängen maximal belastete Bereich einer Schaltstange in der Regel ein mittlerer Bereich oder ein Bereich zwischen einem mittleren Bereich und einem Ende der Schaltstange ist.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Schaltstangenkörper aus einem elektrisch isolierenden Material beispielsweise aus Poly(p-phenylenterephthalamid) oder aus einem Gießharz oder aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff gefertigt ist. Diese Ausgestaltungen der Erfindung verhindern einerseits unerwünschte elektrische Leitvorgänge durch die Schaltstange und ermöglichen andererseits eine ausreichende Stabilität der Schaltstange durch geeignete Materialien.
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Gemäß weiteren Ausgestaltungen der Erfindung weist der Schaltstangenkörper eine Länge von mehreren Metern auf oder/und der Schaltstangenkörper weist in dem Maximalbereich einen Außendurchmesser zwischen 30 mm und 150 mm auf. Diese Ausgestaltungen der Erfindung sind auf typische Abmessungen von Leistungsschaltern gerichtet und daher vorteilhaft für Anwendungen erfindungsgemäßer Schaltstangen in typischen Leistungsschaltern.
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Ein erfindungsgemäßer Leistungsschalter umfasst eine Unterbrechereinheit mit einem bewegbaren Kontaktelement, einen Antrieb zum Bewegen des bewegbaren Kontaktelements und eine erfindungsgemäße Schaltstange zur Übertragung einer von dem Antrieb erzeugten Antriebskraft auf das bewegbare Kontaktelement. Dabei ist der Maximalbereich des Schaltstangenkörpers vorzugsweise ein Bereich maximaler Belastung des Schaltstangenkörpers bei der Übertragung der von dem Antrieb erzeugten Antriebskraft ist. Die Vorteile derartiger Leistungsschalter ergeben sich aus den oben bereits genannten Vorteilen erfindungsgemäßer Schaltstangen.
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen:
- 1 schematisch einen Leistungsschalter,
- 2 eine Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Schaltstange,
- 3 eine Schnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Schaltstange,
- 4 eine Schnittdarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer Schaltstange,
- 5 eine Schnittdarstellung eines vierten Ausführungsbeispiels einer Schaltstange, und
- 6 eine Schnittdarstellung eines fünften Ausführungsbeispiels einer Schaltstange.
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Einander entsprechende Teile sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt rein schematisch einen Leistungsschalter 1. Der Leistungsschalter 1 umfasst eine Unterbrechereinheit 3 mit einem bewegbaren Kontaktelement 5, einen Antrieb 7 zum Bewegen des bewegbaren Kontaktelements 5 und eine Schaltstange 9 zur Übertragung einer von dem Antrieb 7 erzeugten Antriebskraft auf das bewegbare Kontaktelement 5. Der Antrieb 7 ist beispielsweise als ein Federspeicherantrieb oder als ein Motorantrieb ausgebildet und weist beispielsweise ein Getriebe auf, das die Antriebskraft auf die Schaltstange 9 überträgt. Die Schaltstange 9 ist wie eines der in den 2 bis 6 gezeigten Ausführungsbeispiele ausgebildet.
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2 zeigt schematisch eine Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Schaltstange 9. Die Schaltstange 9 weist einen Schaltstangenkörper 11 mit zwei sich gegenüber liegenden Körperenden 13, 15 auf, zwischen denen eine Schaltstangenlängsachse 17 der Schaltstange 9 verläuft. Die Schaltstange 9 ist rotationssymmetrisch um die Schaltstangenlängsachse 17 ausgebildet.
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Der Schaltstangenkörper 11 ist als ein Hohlkörper mit einer Hohlkörperwand ausgebildet, deren Wanddicke senkrecht zu der Schaltstangenlängsachse 17 eine Materialdicke d des Schaltstangenkörpers 11 definiert. Die Materialdicke d nimmt entlang der Schaltstangenlängsachse 17 von jedem der beiden Körperenden 13, 15 bis zu einem zwischen den Körperenden 13, 15 angeordneten Maximalbereich 19, in dem die Materialdicke d maximal ist, linear zu. Der Maximalbereich 19 ist ein mittlerer Bereich des Schaltstangenkörpers 11, der in einer zu der Schaltstangenlängsachse 17 senkrechten Ebene liegt, die etwa in der Mitte zwischen den Körperenden 13, 15 liegt.
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Eine der Schaltstangenlängsachse 17 zugewandte Innenoberfläche 21 der Hohlkörperwand ist als ein Zylinder ausgebildet. Dementsprechend nimmt der Durchmesser einer von der Schaltstangenlängsachse 17 abgewandten Außenoberfläche 23 der Hohlkörperwand von jedem der beiden Körperenden 13, 15 bis zu dem Maximalbereich 19 linear zu.
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Der Schaltstangenkörper 11 ist aus einem elektrisch isolierenden Material gefertigt. Beispielsweise ist der Schaltstangenkörper 11 aus Poly(p-phenylenterephthalamid) oder aus einem Gießharz oder aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff gefertigt.
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An jedem der beiden Körperenden 13, 15 ist eine Metall- oder Kunststofffassung 25, 27 angeordnet, die das Körperende 13, 15 deckelartig verschließt. Die Metall- oder Kunststofffassungen 25, 27 sind beispielsweise jeweils mit einem Körperende 13, 15 verklebt.
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3 zeigt eine Schnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Schaltstange 9. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen nur durch die Lage des Maximalbereichs 19, in dem die Materialdicke d des Schaltstangenkörpers 11 maximal ist. Der Maximalbereich 19 dieses Ausführungsbeispiels ist ein Bereich zwischen einem mittleren Bereich des Schaltstangenkörpers 11 und einem Körperende 15.
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4 zeigt schematisch eine Schnittdarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer Schaltstange 9. Die Schaltstange 9 weist einen Schaltstangenkörper 11 mit zwei sich gegenüber liegenden Körperenden 13, 15 auf, zwischen denen eine Schaltstangenlängsachse 17 der Schaltstange 9 verläuft. Die Schaltstange 9 ist rotationssymmetrisch um die Schaltstangenlängsachse 17 ausgebildet.
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Der Schaltstangenkörper 11 ist als ein Hohlkörper mit einer Hohlkörperwand ausgebildet, deren Wanddicke senkrecht zu der Schaltstangenlängsachse 17 eine Materialdicke d des Schaltstangenkörpers 11 definiert. Die Materialdicke d nimmt entlang der Schaltstangenlängsachse 17 von jedem der beiden Körperenden 13, 15 bis zu einem zwischen den Körperenden 13, 15 angeordneten Maximalbereich 19, in dem die Materialdicke d maximal ist, linear zu. Der Maximalbereich 19 ist ein mittlerer Bereich des Schaltstangenkörpers 11, der in einer zu der Schaltstangenlängsachse 17 senkrechten Ebene liegt, die etwa in der Mitte zwischen den Körperenden 13, 15 liegt.
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Eine von der Schaltstangenlängsachse 17 abgewandte Außenoberfläche 23 der Hohlkörperwand ist als ein Zylinder ausgebildet. Dementsprechend nimmt der Durchmesser einer der Schaltstangenlängsachse 17 zugewandten Innenoberfläche 21 der Hohlkörperwand von jedem der beiden Körperenden 13, 15 bis zu dem Maximalbereich 19 linear zu.
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Der Schaltstangenkörper 11 ist aus einem elektrisch isolierenden Material gefertigt. Beispielsweise ist der Schaltstangenkörper 11 aus Poly(p-phenylenterephthalamid) oder aus einem Gießharz oder aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff gefertigt.
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An jedem der beiden Körperenden 13, 15 ist eine Metall- oder Kunststofffassung 25, 27 angeordnet, die das Körperende 13, 15 deckelartig verschließt. Die Metall- oder Kunststofffassungen 25, 27 sind beispielsweise jeweils mit einem Körperende 13, 15 verklebt.
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5 zeigt eine Schnittdarstellung eines vierten Ausführungsbeispiels einer Schaltstange 9. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen nur durch die Lage des Maximalbereichs 19, in dem die Materialdicke d des Schaltstangenkörpers 11 maximal ist. Der Maximalbereich 19 dieses Ausführungsbeispiels ist ein Bereich zwischen einem mittleren Bereich des Schaltstangenkörpers 11 und einem Körperende 15.
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6 zeigt schematisch eine Schnittdarstellung eines fünften Ausführungsbeispiels einer Schaltstange 9. Die Schaltstange 9 weist einen Schaltstangenkörper 11 mit zwei sich gegenüber liegenden Körperenden 13, 15 auf, zwischen denen eine Schaltstangenlängsachse 17 der Schaltstange 9 verläuft. Die Schaltstange 9 ist rotationssymmetrisch um die Schaltstangenlängsachse 17 ausgebildet.
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Der Schaltstangenkörper 11 ist als ein Vollkörper ausgebildet, dessen Durchmesser senkrecht zu der Schaltstangenlängsachse 17 eine Materialdicke d des Schaltstangenkörpers 11 definiert. Die Materialdicke d nimmt entlang der Schaltstangenlängsachse 17 von jedem der beiden Körperenden 13, 15 bis zu einem zwischen den Körperenden 13, 15 angeordneten Maximalbereich 19, in dem die Materialdicke d maximal ist, linear zu. Der Maximalbereich 19 ist ein mittlerer Bereich des Schaltstangenkörpers 11, der in einer zu der Schaltstangenlängsachse 17 senkrechten Ebene liegt, die etwa in der Mitte zwischen den Körperenden 13, 15 liegt.
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Der Schaltstangenkörper 11 ist aus einem elektrisch isolierenden Material gefertigt. Beispielsweise ist der Schaltstangenkörper 11 aus Poly(p-phenylenterephthalamid) oder aus einem Gießharz oder aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff gefertigt.
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Die in den 2 bis 6 gezeigten Ausführungsbeispiele von Schaltstangen 9 können in verschiedener Weise zu weiteren Ausführungsbeispielen abgewandelt werden. Beispielsweise kann das in 6 gezeigte Ausführungsbeispiel dahingehend abgewandelt werden, dass der Maximalbereich 19, in dem die Materialdicke d maximal ist, kein mittlerer Bereich des Schaltstangenkörpers 11 ist, sondern analog zu den 3 und 5 ein Bereich zwischen einem mittleren Bereich des Schaltstangenkörpers 11 und einem der Körperenden 13, 15.
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Ferner kann jedes der in den 2 bis 6 gezeigten Ausführungsbeispiele dahingehend abgewandelt werden, dass der Maximalbereich 19, in dem die Materialdicke d maximal ist, ein zwischen zwei zu der Schaltstangenlängsachse 17 senkrechten Ebenen angeordneter Bereich ist, in dem die Materialdicke d konstant ist. In diesen Fällen nimmt die Materialdicke d entlang der Schaltstangenlängsachse 17 von einem ersten Körperende 13 zu dem zweiten Körperende 15 zunächst bis zu dem Maximalbereich 19 streng monoton zu, bleibt in dem Maximalbereich 19 konstant und nimmt anschließend von dem Maximalbereich 19 bis zu dem zweiten Körperende 15 streng monoton ab.
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Weiterhin können die in den 2 bis 6 gezeigten Ausführungsbeispiele und deren genannte Abwandlungen dahingehend abgewandelt werden, dass die Schaltstangen 9 nicht rotationssymmetrisch um die Schaltstangenlängsachse 17 ausgebildet sind, sondern beispielsweise ovale Querschnitte in zu der Schaltstangenlängsachse 17 senkrechten Ebenen aufweisen.
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Ferner können die in den 2 bis 6 gezeigten Ausführungsbeispiele und deren genannte Abwandlungen dahingehend abgewandelt werden, dass die Materialdicke d entlang der Schaltstangenlängsachse 17 von jedem der beiden Körperenden 13, 15 bis zu dem Maximalbereich 19 nicht linear, sondern gemäß einer nichtlinearen Funktion streng monoton zunimmt.
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Die Schaltstangen 9 können beispielsweise eine Länge von mehreren Metern aufweisen und ihre Schaltstangenkörper 11 können in dem Maximalbereich 19 beispielsweise einen Außendurchmesser zwischen 30 mm und 150 mm aufweisen. Die Darstellungen der Schaltstangen 9 in den 2 bis 6 sind daher hinsichtlich der Proportionen ihrer Ausdehnungen parallel und senkrecht zu ihren Schaltstangenlängsachsen 17 im allgemeinen nicht maßstabsgetreu, sondern rein schematisch.
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In allen Ausführungsbeispielen ist der Maximalbereich 19 jedoch ein Bereich des Schaltstangenkörpers 11, der bei der Übertragung der von dem Antrieb 7 des Leistungsschalters 1 erzeugten Antriebskraft auf das mit der jeweiligen Schaltstange 9 verbundene bewegbare Kontaktelement 5 der höchsten Belastung ausgesetzt ist.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
