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Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Funktionsüberwachung und Zustandsmeldung von elektrischen Bauelementen mit optoelektronischen Mitteln, insbesondere zur Überwachung des Zustandes von Überspannungsableitern mit, insbesondere thermischer, Abtrennvorrichtung für den Überlastfall, bestehend aus einem optoelektronischen Sender und Empfänger und einem zwischen Sender und Empfänger verlaufenden Strahlengang sowie einem, in den Strahlengang hinein- oder aus diesem hinausbewegbaren Schieber, welcher in Abhängigkeit vom Zustand des zu überwachenden elektrischen Bauelementes seine Position im oder zum Strahlengang verändert, gemäß Oberbegriff des Anspruches 1.
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Aus der
DE 88 11 986 U1 ist eine Vorrichtung zur Funktionsüberwachung von Überspannungsableitern vorbekannt.
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Diese Vorrichtung besteht aus mindestens einem Überspannungsableiter mit einer Defektanzeigevorrichtung und einem Schaltelement, welches mindestens beim Ausfall des Überspannungsableiters durch die Defektanzeigevorrichtung betätigbar ist. Insbesondere sind mehrere Überspannungsableiter gleichorientiert, das heißt räumlich unmittelbar nebeneinander angeordnet.
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Als Schaltelement ist ein Sender und ein Empfänger vorgesehen, wobei die vom Sender abgegebenen Signale zum Empfänger hin einen Signalweg durchlaufen, der von Schaltelementen der Defektanzeigevorrichtung gebildet ist. Dabei sind Sender und Empfänger optoelektronische Bauteile.
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Durch die Ausbildung der räumlich nebeneinanderliegenden Überspannungsableiter, die auch jeweils getrennte Gehäuse aufweisen können, ist ein Überwachungselement geschaffen, welches eine große Anzahl von Überspannungsableiter gleichzeitig überwachen kann.
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Die Überspannungsableiter nebst Defektanzeige sind bei einer Ausbildung der dortigen Lehre als Steckmodul realisiert, wobei eine Halterung vorgesehen ist, um mehrere Module nebeneinander zu fixieren. Die Halterung umfasst den Signalweg in Form eines Durchgangshohlraumes, in welchem mechanische Teile der Defektanzeige je nach Schaltzustand eingreifen und den Signalweg sperren. Bei einer Weiterbildung ist das in den Signalweg eingreifende Teil der Defektanzeige als Reflektor realisiert.
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Die Defektanzeige kann einen federnd vorgespannten Schaltfinger umfassen, der mit einem Schaltnocken den Boden des jeweiligen Moduls durchgreift. Eine den Durchgangskanal verschließbare Blende ist am Schaltfinger befestigt. Der Schaltfinger wird gegen die Kraft einer sich an diesem und an Gehäuseteilen abstützenden Feder in die Freigabeposition verschoben und bei Fehlerstellung in die Schließposition überführt.
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Die bekannte Vorrichtung ermöglicht zwar vom Grundsatz her die gleichzeitige Überwachung einer beliebigen Anzahl von elektronischen Bauelementen, insbesondere Überspannungsableitern. Es ist jedoch nicht möglich, zu erkennen, welcher der jeweiligen, quasi in Reihe angeordneten Überspannungsableiter tatsächlich defekt ist. Insbesondere ist eine derartige Fernüberwachung nicht möglich. Im Fehlerfall muss daher der betreffende Ort, an dem sich die Überspannungsableiter befinden, zum Beispiel ein Hausanschlusskasten, aufgesucht und dort separat überprüft werden, welcher der Ableiter auszutauschen ist.
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Die
DE 10 2011 118 639 B4 offenbart ein Überspannungsschutzgerät mit Defektanzeige. Als Defektanzeige ist ein Schrumpfschlauch vorgesehen, der unter Temperatureinwirkung sein Volumen ändert. Bei einer solchen Temperatureinwirkung gibt der Schrumpfschlauch ein Sichtfenster frei. Hierdurch wird eine Signalfarbe ersichtlich, um optisch auf einen Fehlerzustand hinzuweisen.
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Bekannt sind weiterhin Überspannungsschutzgeräte mit Überspannungsschutzelementen nebst einer optischen Zustandsanzeige, beispielsweise gemäß der
DE 20 2004 006 227 U1 . Die optische Zustandsanzeige steht mit einer federbelasteten Betätigungsvorrichtung in Verbindung, welche zum Beispiel bei thermischer Überlastung des Überspannungsschutzelementes freigegeben wird.
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Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, eine weiterentwickelte Vorrichtung zur Funktionsüberwachung und Zustandsmeldung von elektrischen Bauelementen mit optoelektronischen Mitteln anzugeben, die insbesondere der Überwachung des Zustandes von Überspannungsableitern dient. Die Vorrichtung soll hierbei unter Nutzung an sich bekannter optoelektronischer Mittel nicht nur einen Fehlerzustand erfassen, sondern auch signalisieren, welches elektrische Bauelement einer Gruppe von Bauelementen einen Fehler aufweist. Eine solche Funktionsüberwachung soll darüber hinaus fernmeldetauglich sein.
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Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einer Vorrichtung gemäß der Merkmalskombination nach Anspruch 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen darstellen.
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Die Vorrichtung zur Funktionsüberwachung und Zustandsmeldung von elektrischen Bauelementen greift auf optoelektronische Mittel zurück. Dabei dient die Vorrichtung insbesondere zur Überwachung des Zustandes von Überspannungsableitern, die insbesondere mit einer thermischen Abtrennvorrichtung für den Überlastfall ausgerüstet sind.
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Die Vorrichtung besteht aus einem optoelektronischen Sender und Empfänger. Beispielsweise kommen hier strahlungsemittierende Dioden als Sender und strahlungsselektive Bauteile, wie zum Beispiel Fototransistoren, als Empfänger zum Einsatz.
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Zwischen Sender und Empfänger verläuft ein Strahlengang. Weiterhin ist ein in den Strahlengang hinein- oder aus diesem hinausbewegbarer Schieber vorhanden, welcher in Abhängigkeit vom Zustand des zu überwachenden Bauelementes seine Position im oder zum Strahlengang verändert.
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In einem Fehlerfall kann der Schieber beispielsweise in den Strahlengang hineinbewegt werden. Ebenso ist es aber auch möglich, im Fehlerfall den Schieber aus dem Strahlengang herauszubewegen.
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Erfindungsgemäß weist der Schieber mehrere Felder oder Abschnitte auf.
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Diese Felder oder Abschnitte besitzen hinsichtlich der vom optoelektronischen Sender emittierten Strahlung in Reflexion oder Transmission unterschiedlich beeinflussende Eigenschaften. Alternativ kann der Schieber auch diesbezüglich austauschbare Felder oder Abschnitte aufweisen, wobei dem jeweiligen zu überwachenden Bauelement, dieses identifizierend eine ausgewählte Eigenschaft zugeordnet ist.
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Diese ausgewählte Eigenschaft kann zum Beispiel die Farbigkeit eines Feldes oder die Ausbildung eines Polarisationsfilters sein.
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Die die Strahlung beeinflussende Eigenschaft kann weiterhin die Farbreflexion oder eine farbabhängige Absorption umfassen.
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In Weiterbildung der Erfindung ist der Schieber als Codierscheibe mit einer Vielzahl von Feldern unterschiedlicher Art ausgebildet.
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Die Felder können insofern unterschiedlich farbig reflektierend, unterschiedlich farbig durchscheinend oder aber auch unterschiedlich polarisierend ausgebildet werden.
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In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Codierscheibe drehbar zur Auswahl eines das elektrische Bauelement identifizierenden Feldes ausgebildet.
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Der Schieber oder die Codierscheibe stehen unter mechanischer Vorspannung, welche eine Bewegung in den Strahlengang unterstützt, wobei diese Bewegung von einer im Störungsfall aktivierbaren Komponente, zum Beispiel einer thermischen Abtrenneinrichtung, freigegeben ist.
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Der Schieber oder die Codierscheibe können testweise in den Strahlengang hineinbewegt werden, um zu überprüfen, ob die gewünschte Funktionsüberwachung zuverlässig arbeitet.
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Ein erfindungsgemäßer Gedanke liegt darüber hinaus darin, den Schieber oder die Codierscheibe so auszubilden, dass diese im Störungsfall eine Position einnehmen, welche optisch oder haptisch ohne Weiteres erkennbar ist. Beispielsweise senkt sich der Schieber oder ein Abschnitt der Codierscheibe im Störungsfall unter die Kante eines Gehäuses ab, was unmittelbar optisch erkannt werden kann, aber auch haptisch fühlbar ist.
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In einer Ausgestaltung weist die Codierscheibe eine Kennzeichnung in Form von Ziffern, Buchstaben oder dergleichen auf, die bevorzugt umfangsseitig angebracht ist.
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Hierdurch kann eine Zuordnung zum jeweiligen Bauelement ermöglicht werden. Dabei entspricht zum Beispiel eine bestimmte Ziffer oder ein Buchstabe einer entsprechenden farblichen Codierung des entsprechenden Feldes auf der Codierscheibe.
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Erfindungsgemäß ist darüber hinaus eine konstruktive Reihenschaltung einer Vielzahl erfindungsgemäßer Vorrichtungen zur Funktionsüberwachung und Zustandsmeldung dergestalt, dass sich ein durchgehender gemeinsamer Strahlengang ergibt, welcher von einem einzigen optoelektronischen Sender und Empfänger überwachbar ist. Eine Reihenschaltung einer Kette von elektronischen Bauelementen mit erfindungsgemäßer Vorrichtung weist bevorzugt am letzten Kettenglied einen Strahlungsreflektor auf, um die vom optoelektronischen Sender emittierte Strahlung unter Nutzung desselben Strahlenganges zum Empfänger zurückzuführen.
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Bei mehreren ausgefallenen elektrischen Bauelementen der Reihenschaltung erfolgt unter Einsatz unterschiedlich farblich absorbierender Felder durch Auswertung der sich ergebenden additiven Farbmischung eine Identifikation des jeweiligen oder der jeweils ausgefallenen Bauelemente.
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Die drehbare Codierscheibe kann an der Drehachse angreifende Vorspannfedern aufweisen, welche sich an einem Fixpunkt, der als Teil eines Gehäuses der Vorrichtung ausgebildet sein kann, abstützen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann die Vorrichtung zur Funktionsüberwachung und Zustandsmeldung, welche auf optoelektronische Mittel zurückgreift, Bestandteil eines Überspannungsableiters sein, der mit einer an sich bekannten Abtrennvorrichtung, insbesondere einer thermischen Abtrennvorrichtung, ausgerüstet ist. Wenn mehrere derartige Überspannungsableiter einen Modul bildend, in Reihe innerhalb eines Gehäuses angeordnet werden, ist eine Einzelüberwachung der einzelnen Elemente unter Rückgriff auf die hier vorgestellte Lösung möglich.
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Auch die Anordnung einer Vielzahl von Überspannungsableitern, zum Beispiel nebeneinander auf einer Hutschiebe, kann unter Nutzung der erfindungsgemäßen Vorrichtung hinsichtlich auftretender Fehler überwacht werden, und zwar mit der zusätzlichen Möglichkeit per Fernmeldung weiterzugeben, welches der Elemente fehlerhaft ist.
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Der optoelektronische Sender und Empfänger kann in die Vorrichtung selbst integriert werden. Darüber hinaus besteht aber auch die Möglichkeit, einen separaten Baustein mit entsprechendem optoelektronischen Sender und Empfänger vorzusehen, der ein Gehäuse aufweist, welches eine Durchgangsöffnung besitzt, um die vom Strahlungssender emittierte Strahlung austreten und reflektierte Strahlung wiederum eintreten lassen zu können. Ein solcher separater Baustein kann dann mechanisch mit den zu überwachenden elektrischen Bauelementen, zum Beispiel Überspannungsableitern, gekoppelt werden, wobei diese als integraler Bestandteil den Schieber oder Codierscheibe und den entsprechenden Strahlengang umfassen, welcher je nach Zustand des zu überwachenden Bauelementes unterbrech- oder freigebbar ist.
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Für den Fall, dass als optoelektronischer Empfänger eine CCD-Matrix oder eine CCD-Zeile eingesetzt wird, besteht eine erfindungsgemäße Möglichkeit darin, die Scheibe oder den Schieber mit einem Fenster zu versehen, welches die Gestalt eines Buchstabens, einer Ziffer oder eines geometrischen Gebildes, zum Beispiel Dreieck, Quadrat oder dergleichen besitzt. Wird im Fehlerfall beispielsweise ein Schieber mit einer schablonenartigen Öffnung in Form der Ziffer „1“ in den Strahlengang verbracht, kann unmittelbar der hier eingesetzte Bildempfänger diese Ziffer erkennen und über eine tabellarische Zuordnung ein Auswertesignal bereitstellen, welches definiert, dass beispielsweise der Überspannungsableiter einer bestimmten Phase, eingesetzt am Ort X einem Defekt unterliegt.
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Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.
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Hierbei zeigen:
- 1 eine Prinzipskizze der erfindungsgemäßen Vorrichtung, ausgebildet als drehbare Codierscheibe, welche unter Federvorspannung steht und einem angedeuteten Strahlengang;
- 2 eine Draufsicht auf eine beispielhafte drehbare Codierscheibe;
- 3 eine Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung als mechanische Reihenschaltung von zwei Überspannungsableitern SPD mit separatem Sender- und Empfängerbaustein nebst Strahlengang und einem ausgefallenen Überspannungsableiter SPD, wobei sich die diesbezügliche drehbare Codierscheibe mit dem den jeweiligen SPD kennzeichnenden Feld in den Strahlengang hineinbewegt hat;
- 4 eine Darstellung ähnlich derjenigen nach 3, jedoch mit einem, den Strahlengang der Reihenschaltung von zwei SPD's abschließenden Reflektor;
- 5a - c verschiedene Abbildungen einer konstruktiven Lösung einer mechanischen Test-Funktion; und
- 6 eine Darstellung ähnlich derjenigen nach 4, jedoch mit einer drehbaren Codierscheibe, welche keine farbigen Felder oder Sektoren, sondern eine Polarisationsfolie aufweist, wobei in diesem Fall der optoelektronische Empfänger zur Polarisationserfassung ausgeführt ist.
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Die in den Figuren gezeigte erfindungsgemäße Vorrichtung zur Funktionsüberwachung und Zustandsmeldung von elektronischen Bauelementen, zum Beispiel dem Zustand eines Überspannungsableiters, kann Bestandteil eines solchen Überspannungsableiters sein, aber auch ein mit diesem verbindbares oder ankoppelbares Teil darstellen.
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Wie in der 1 gezeigt, ist ein um eine Achse 1 drehbarer Schieber 2 vorhanden, welcher in einem Gehäuse 3 durch eine Federanordnung 4 vorgespannt gelagert ist.
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Die Vorspannung der Federn 4 ist in Richtung des in 1 erkennbaren Pfeiles orientiert. Ein mit dem Drehschieber 2 in Verbindung stehendes blendenartiges Element 5 weist eine Durchgangsöffnung 6 auf, welche sich innerhalb des Strahlenganges S befindet.
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Die in der 2 beispielhaft gezeigte Drehscheibe 2 weist eine über die Kreisfläche verteilte Anordnung farbiger Felder auf. Jedem Farbfeld 7 ist eine von außen erkennbare Beschriftung 8 zugeordnet.
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Wird die gezeigte Vorrichtung zum Beispiel für einen Überspannungsableiter X eingesetzt, kann eine Codiereinstellung auf eine gelbe Farbe vorgenommen werden. Ein weiterer Überspannungsableiter, zum Beispiel einer Reihenschaltung mehrerer Ableiter wie beispielhaft in der 3 gezeigt, kann dann eine Zuordnung des Farbfeldes Blau aufweisen.
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Die Farbfilter 7 sind entweder reflektierend oder aber auch durchscheinend ausgebildet.
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Wie in der 3 als Prinzipskizze verdeutlicht, sind beispielsweise zwei Überspannungsableiter, die sich in mechanischer Reihenschaltung befinden mit zwei entsprechenden Vorrichtungen zur Funktionsüberwachung und Zustandsmeldung ertüchtigt. Dabei wird ein gemeinsamer Strahlengang S ausgebildet, der mit einer optoelektronischen Sender- und Empfängeranordnung 9 in Verbindung steht.
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Die Bewegung des Drehschiebers hinein in den Strahlengang S wird von einer zu überwachenden Komponente 10 blockiert. Hier kann es sich beispielsweise um ein im Varistor als Bestandteil eines Überspannungsableiter handeln, der über eine thermische Abtrennvorrichtung verfügt. Die thermische Abtrennvorrichtung kann durch ein niedrigschmelzendes Lot gebildet werden, derart, dass bei thermischer Überlastung sich der Varistor vom Lot löst. Hierdurch wird eine Sperrung des Bewegungsweges der Drehscheibe bzw. eines eingesetzten Schiebers freigegeben, wie dies im rechten Teil der 3 dargestellt ist. Hier bewegt sich also die Codierscheibe mit dem entsprechenden Farbfeld in den Strahlengang S hinein. Damit ändert sich das am optoelektronischen Empfänger anliegende Signal. Durch Auswertung im Sinne einer Farberkennung ist nun auch feststellbar, dass sich im rechts gezeigten Bauteil 10 ein Fehlerzustand eingestellt hat.
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In Weiterbildung der Erfindung, wie anhand der 3 dargestellt, besteht die Möglichkeit bei einer verketteten Anordnung, das heißt einer mechanischen Reihenschaltung mehrerer erfindungsgemäßer Vorrichtungen, am letzten Glied der Kette den Strahlengang S mit einem Reflektor 11 abzuschließen. Insbesondere bei mehr als zwei in Reihe angeordneten Vorrichtungen kann durch Auswertung der sich ergebenden additiven Farbsignale im Bereich des optoelektronischen Empfängers ermittelt werden, welcher bzw. welche Bauelemente ausgefallen sind.
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Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass im Fehlerfall die Codierscheibe deutlich in das Gehäuse 3 eintaucht. Damit ist auch vor Ort erkennbar, ob ein Fehlerzustand vorliegt. Mit anderen Worten ist der Fehlerzustand optisch aber auch haptisch ersichtlich.
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Mit Hilfe der Darstellung nach den 5a bis 5c soll eine beispielhafte konstruktive Lösung der drehbaren Codierscheibe erläutert werden, welche es ermöglicht, dass durch eine Krafteinwirkung F (siehe 5b) testweise eine Betriebsprüfung möglich wird.
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Hierfür ist ein Paar von Auslösefedern 12 vorhanden, die von ihrer Funktion her den Federn 4 nach 1 entsprechen.
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Weiterhin ist in einem Innengehäuse 13 ein Testfederpaar 14 vorhanden, das sich zum einen an der Drehachse 1 sowie zum anderen am Innengehäuse 13 abstützt.
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Wird gemäß 5b eine Kraft F auf die Umfangsfläche der drehbaren Codierscheibe 2 ausgeübt, bewegt sich selbige unter Überwindung der Kraft der Testfedern 14 mit dem entsprechenden Farbfeld 7 in den Strahlengang S, um ein Testsignal auszulösen.
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Im Fehlerfall nach 5c hingegen wird die mit dem Innengehäuse 13 kombinierte Blende 5 zusammen mit der Codierscheibe 2 in den Strahlengang S hineinbewegt, und zwar derart, dass das entsprechende Farbfeld 7 eintretende Strahlung unterbricht bzw. reflektiert. Vorstehendes geschieht unter Nutzung der Kraft der Auslösefedern 12 nach einem fehlerbedingten Auslöten des Bauelementes 10.
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Bei der Ausführungsform gemäß 6 wird von einer Lösung ausgegangen, die im Wesentlichen von der konstruktiven Seite her der 3 entspricht.
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Im Unterschied zu farbigen Feldern oder Sektoren ist die dortige Codierscheibe 2 mit einer Polarisationsfolie 16 versehen.
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Der eingesetzte optoelektronische Sender und Empfänger 9 ist so realisiert, dass eine Änderung der Polarisationsrichtung mit dem Eintauchen eines entsprechenden Feldes 16 in den Strahlengang erfassbar ist.
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Es liegt selbstverständlich im Sinne der Erfindung, dass eine Kombination der Ausbildung von farbigen Feldern und von Polarisationsrichtung beeinflussenden Feldern oder Sektoren erfolgen kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 8811986 U1 [0002]
- DE 102011118639 B4 [0009]
- DE 202004006227 U1 [0010]
