DE2002934A1

DE2002934A1 - Elektrischer Schalter

Info

Publication number: DE2002934A1
Application number: DE19702002934
Authority: DE
Inventors: Gauthier George Edgar; Klein Keith William
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1969-01-27
Filing date: 1970-01-23
Publication date: 1970-07-30
Also published as: FR2030198A1; BR7016304D0; ES372847A1; US3564184A

Description

- 41 D - 737 Dr. H. Schüler

' Patentanwalt

6 Prankfurt - 1 Niddastr. 52

GENERAL ELECTRIC COMPANY

1 River Road
Scheneetady, N.Y./USA

Elektrischer Schalter

Die Erfindung betrifft allgemein eine elektrische Schaltvorrichtung und insbesondere eine neue und verbesserte Kontaktarmbaueinheit für elektrische Schalter, Stromunterbrecher u.a. ;

Die bekannten bewegliehen Kontaktarme bei Schaltern, Stromunterbrechern u. ä. bestehen üblicherweise im wesentlichen aus einer flachen Platte aus relativ hochleitfähigem Material, an der an einer Kante ein Kontakt angeordnet ist. Die leitende Platte ist im wesentlichen in der Schließstellung senkrecht zu den Berührungsflächen der Kontakte angeordnet, damit während der Betätigung die Platte den hohen Druckkräften am besten zu widerstehen vermag. Nachteilig ist hierbei, daß derartige Bau-

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gruppen infolge der Verwendung von elektrisch hochleitfähigen Materialien eine bauliche Schwächung aufweisen. Demgemäß hat es sich als notwendig erwiesen, die Querschnittsfläche solcher Teile rein aus Stabilitätsgründen zu erhöhen, ohne daß eine derartige Erhöhung aus Gründen der Stromleitung des Schalters oder Unterbrechers erforderlich wäre. Dies führt natürlich zu einer unnötigen Kostenerhöhung, da das hochleitfähige Material (wie beispielsweise Kupfer) vergleichsweise teuer ist.

Zusätzlich weisen die bekannten Kontaktarmbaugruppen eine weitere Schwierigkeit auf, die darin besteht, den Kontakt an einer Kante des Kontaktarmes anzubringen. Der Grund hierfür ist das Zusammenschweißen des Kontaktes mit dem ihn tragenden Teil, welches am besten durchgeführt werden kann, wenn zwei entgegengesetzt gerichtete im wesentlichen flache, relativ große Planflächen vorhanden sind, die mit den einander gegenüberstehenden Elektroden einer Schweißmaschine während des Schweißvorgangs in Kontakt stehen. Die Kontaktarmbaugruppen der bekannten Art weisen jedoch als eine dieser Flächen, die in Kontakt mit einer der Schweißelektroden tritt, eine Kante des den Kontakt tragenden Teils auf. Hierdurch erfordert der Schweißvorgang infolge der größeren Zahl fehlerhafter Schweißu'ngen einen größeren Zeitaufwand.

Weiterhin ist der relativ kleine Berührungsbereich zwischen der Kante des Tragteils und der im allgemeinen planen Rückseite des Kontaktes bei den bekannten Konstruktionen keine gute Wärmeleitbahn für die bei geschlossenen Kontakten zwischen den Kontakten entstehende Wärme.

Zusätzlich zu den oben aufgezeigten Nachteilen ist als weiteres Problem bei den bekannten Konstruktionen die

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intensive Hitze Bwieiqhisri den miteln^ndier zu v:erschweißen-Äe$ feilen ψλ. ^rwfbjign^ .pjgi&ph. 4aa d§n Kpntakt tragende ieil durch das Sciiweißen weich p^er an^elasaen wird. Dieee Schwächung den Tragteilß tritt genau an der Stelle auf, an der eine hohe Feetigkeit notwendig ist, d.h. an der bei^^ gesohloasenen Kontakten.die Kräf te angreifen.

Eine der Aufgaben der Erfindung ist es deshalb, eine neue und ver^eeaerte Kontaktarmbaugruppe für Sphaltvorrichtungen zu finden, die mit einep Minimum an relativ teurem, elektrisch hoohleitfähigem Material auskommt. Weiterhin sollen da& den Kontakt tragende Teil und der Kontakt so ausgebildet und angeordnet sein, daß die Teile leicht in Schweißmaschinen miteinander verschweißbar sind. Der den Kontakt tragende Teil soll eine gute Wärmeleitfähigkeit und Wärmeverteilung aufweisen, ohne daß hierdurch mehr teures hochleitfähiges Material verwendet werden muß. Zudem sollen bei ausreichender mechanischer Stabilität der Kontaktarmbaugruppe die Fläche des den Kontakt tragenden Teils groß und flach sein und parallel zu der Bückfläche des Kontaktes verlaufen. Weiterhin soll der Aufbau des Kontaktarmes derart sein, daß das Erweichen oder Anlassen

·■■■*■ des den Kontakt tragenden Bereichs des Kontakttragteils beim Schweißvorgang die erforderliche mechanische Stabilität der Baugruppe nicht beeinflußt. Insbesondere besteht die Aufgabe darin, daß die neue und verbesserte Kontaktarmbaugruppe eine hohe mechanische Festigkeit, Dauerstaitdsfestigkeit und gute Betriebseigenschaften aufweist. Die aus verschiedenen Materialien aufgebaute Kontaktarmbaugruppe soll ,unter Verwendung von billigen Materialien hoher mechanischer Festigkeit, jedoch niederer Stromleiteigenschaften, möglichst wenig teures hochleitfähiges Material aufweisen, wobei das letztere

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Material so angeordnet sein soll, daß es das fell mit der hohen Festigkeit gegenüber dem sich zwischen den Kontakten bildenden Lichtbogen abschirmt.

Demgemäß wird bei einem elektrischen Stromunterbrecher eine neue und verbesserte bewegliche Kontaktarmbaugruppe -vorgeschlagen, welche aus einem länglichen Kontaktträger besteht, welcher- entlang einer Bahn zwischen seiner geöffneten und geschlossenen Stellung schwenkbar ist und eine leitende Klinge aufweist, die ™ im wesentlichen rechtwinklig zu einer durch die Bahn bestimmten Ebene angeordnet ist. Der Kontaktträger besteht aus zusammengesetzten Teilen, die aus einer plattenartigen, stromleitenden Klinge, weicht an einem Ende auf einer großen Fläche den Kontakt trägt, und einem Versteifungsteil bestehen, welches im wesentlichen rechtwinklig von der leitenden Klinge absteht.

Der Kontaktarm gemäß der Erfindung vereinigt daher die Vorteile einer günstigen Konstruktion, einer vorteilhaften Kombination der Elemente und einer günstigen Anordnung der Teile.

Weitere Vorteile werden nachstehend anhand der Zeichnung an einem Aueführungebeispiel näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Schalters, teilweise mit aufgebrochenem und teilweise geschnittenem Gehäuse, wobei die Köntaktarmbaugruppe in Schließstellung gezeigt und die geöffnete Stellung gestrichelt angedeutet ist.

Fig. 2 Teildraufsicht auf den beweglichen Kontaktarm

nach Fig. 1.

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Pig, 3 zeigt eine Seitenansicht der auseinandergebauten Kontaktarmbaugruppe nach Pigi 2,

Pig· 4 einen Schnitt des Kontaktarmes, durchweichen die Befestigung des Verstärkungsteils an der Stromleitklinge verdeutlicht wird_?

Pig. 5 eine weitere Ausführungsform des Kontaktträgers gemäß der Erfindung.

In der Zeichnung sind in den verschiedenen Piguren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Der in Pig. gezeigte mehrpolige elektrische Schalter gemäß der Erfindung umfaßt ein Isoliergehäuse, welches aus einem im wesentlichen rechteckigen Unterteil 10 und einem darauf befestigten, darüberliegenden Deckel 12 besteht. Ein von Hand in die Stellungen Ein und Aus bringbarer Schaltknopf 14 ragt aus dem Deckel 12 hervor und ist in geeigneter Weise über einen Betätigungsmechanismus, wie beispielsweise über das gestrichelt gezeichnete, durch eine Peder bewegte, kippbare Kniehebelwerk 16, mit jeder der Kontaktarmbaugruppen des Schalters mechanisch verbunden. Die Kpntaktarmbaugruppen sind allgemein mit 20 bezeichnet. Wie die Pig. 1 zeigt, ist die Baugruppe 20 innerhalb des Isoliergehäuses so befestigt, daß sie Bewegungen zwischen einer den Stromkreis schliessenden Stellung, die ausgezogen dargestellt ist, und einer den Stromkreis unterbrechenden Stellung, welche gestrichelt gezeichnet ist, auszuführen vermag.

Der Anschlußbügel 22, der mit einer Leitungsklemme des Schalters verbunden ist, ist fest am Unterteil 10 des Gehäuses befestigt und trägt an einem Ende einen feststehenden Kontakt 24. Es ist festzustellen, daß jede

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der beweglichen Kontaktarmhaugruppen 20 gemeinsam durch das Kipphebelwerk 16 durch einen gemeinsamen Kontaktquerarm 26 betätigt bzw. geschaltet werden, der quer zum Gehäuse verläuft und als gemeinsame Zapfenlagerachse dient. Mit jeder Kontaktarmbaugruppe 20 ist eine flexible elektrische Leitung oder ein Flechtdraht 28 verbunden. Diese Leitung bzw. der Flechtdraht 28 ist jeweils in geeigneter Weise mit einer Leitungsklemme am gegenüberliegenden Ende des Schalters verbunden und vervollständigt so das Stromleitsystem durch den Schalter.

Bei einer Bewegung des handbetätigbaren Schaltknopfes in seine Aus-Stellung, bewegt das Kniehebelwerk 16 den drehbar gelagerten Kontaktarm 20 in die in Fig. 1 gestrichelt gezeichnete Stellung, wobei der Stromkreis unterbrochen ist und ein Stromfluß durch den Schalter verhindert wird. Vird umgekehrt der handbetätigbare Schaltknopf 14 in seine in Pig. 1 gezeigte Ein-Stellung bewegt, dann wird der Kontaktarm 20 rasch und wirksam im Uhrzeigersinn in die in Fig. 1 gezeigte Stellung bewegt, was su einer fest anpressenden Oberflächenberührung zwischen dem vom Kontaktarm 20 getragenen beweglichen Kontakt 32 und dem vom Anschlußbügel 22 getragenen feststehenden Kontakt 24 führt.

Bei Auftreten eines ungewöhnlich hohen Stromes im vom Schalter gesteuerten Stromkreis wird eine nicht gezeigte geeignete Auslösevorrichtung erregt, die auf thermischer oder magnetischer Basis oder in einer Kombination beider Systeme arbeitet. Ein Ansprechen der Auslösevorrichtung bewirkt eine Bewegung des Kniehebelwerks um eine ausreichende Strecke, die es ermöglicht, daß

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der Kippmechanismus schaltet, was zu einer Bewegung des Kontaktarmes 20 im Gegenuhrzeigersinn In die den Stromkreis unterbrechende Stellung führt. Nach Beheben der Ursache des Eursschlußstromes kann der Schalter von Hand durch Bewegen des Schaltknopfes 14 in seine Ein-Stellung wieder eingeschaltet werden.

Genie der vorliegenden Erfindung umfaßt die drehbar gelagerte Kontaktarmbaugruppe 20 ein Kontaktbetätigungsteil 34, welches fest auf dem gemeinsamen Querarm 26 befestigt 1st, und einen zusammengesetzten Kontaktträger _y der aus einer stromleitiähigen Klinge 58 und einem Tragteil 40 besteht, das drehbar durch den Yerbindungalagerstift 42 am Kontaktbetätigungsteil 54 befestigt let« Urs Koataktbetätigungeteil 54, das in Fig. 5 am besten gegeigt ist, ist ein im wesentlichen ü-förmigea Ml Bit «in©» im wesentlichen ebenen Mittelschenkel 44» €β2Ρ--em ä&T ebenen fläche 46 der viereckigen labe 48 des Querarme anliegt» Bas Teil 54 zeigt weiterhiB. Storni,- Seiteaessenkel 52, die mit zueinander fluchtenden Haben^ffaungen 54 versehen sind« Sie öffnungen 54 befinden eich am Obergang zum HittelBchenkel 44 und dienes mos- Aufnahme des gemeinsamen Querarms Wie die fig. 1 waä Z seigen, wird der Hittelsohenkel durch das B»festigungeteil 56 an dem gemeinsamen Querai-rn^ 26 aioher befestigt, wobei die Schellenenden 58 durch die Löcher 50 des Mittelschenkele hindurchgeführt und über die luiere Oberfläche umgebogen sind, so dafi eine starre Verbindung entsteht. Die im Abstand voneinander verlaufenden, im wesentlichen parallelen Schenkel 52 &bb Eoataktbetätigungsteils sind je mit einem nach vorne gerichteten und nach innen gebogenen X&gerarm 60 versehen. Die Lagerarme 60 verlaufen parallel im Abstand zueinander. Ihr gegenseitiger Ah-

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stand entspricht annähernd der Stärke des Iragteils des Kontaktträgers· Auf diese Weise halten die Lagerarme 40, die mit zueinander fluchtenden Bohrungen 62 zur Aufnahme des Lagerstiftes 42 versehen sind, sicher den Eontaktträger zwischen sich, der eine begrenzte Drehbewegung auszuführen vermag, wie später noch eingehend erläutert werden wird.

Die stromleitfähige Klinge 38 der Kontaktarmbaugruppe ist ein länglicher, im wesentlichen rechtwinkliger Streifen oder Lamelle aus Kupfer oder einem anderen geeigneten leitfähigen Material, an welchem an einem Ende der bewegliche Kontakt 32 befestigt ist. Es"ist ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, daß die Klinge 38 in einer solchen Weise gehalten wird, daß Ihre Ebene im wesentlichen rechtwinklig zur Bewegungsbahn der Baueinheit zwischen der offenen und geschlossenen Stellung angeordnet ist. Im besonderen zeigt die leitfähige Klinge 38 mit ihrer breiten Untereeite in Richtung des Lichtbogenbereichs dee Schalters, eo daß die ebene Stirnseite 36 der Klinge, die den Kontakt 32 trägt, dem Anschlußbügel 22 und dem darauf befestigten feststehenden Kontakt 24 planparnllel gegenüberliegt. Wie schon erwähnt, bestellt die Klinge 38 vorzugsweise aus einem flachen Kupferstreifen oder -band mit ausgezeichneten Stromleiteigenechaften. Sie ist von ausreichender Länge, um ein sicheres Befestigen des flexiblen Plechtdrahtes 28 zu ermöglichen, der elektrisch den beweglichen Kontakt 32 mit der Leitungsklemme des Schalters verbindet.

Das Tragteil 40 des zusammengesetzten Kontaktträgers ist eine flache, im wesentlichen rechteckige Platte aus einem unbiegsamen Material hoher mechanischer

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Festigkeit, wie beispielsweise Stahl. Das Tragteil' ist im wesentlichen rechtwinklig zu der stromleitfähigen Klinge 38 angeordnet, so daß seine längsverlaufende TJnterkante 64 auf der breiten Oberseite 66 der Klinge ruht und so dem Kontaktträger ein im wesentlichen T-förmigen Querschnitt verleiht, wie er am besten in flg. gezeigt ist. Von der längskante 64 gehen zwei nach unten sich erstreckende Sicherungslappen 68 ab, die in zwei Zantrallöcher 70 der leitenden Klinge 38 einsteckbar sind und so eine sichere Verbindung zwischen den !Teilen , ergeben, wenn die Lappen in der in Pig. 4 gezeigten Weise -verschränkt werden. Das Tragteil 40 ist weiterhin mit einer Zentralbohrung 72 zur Aufnahme des Lagerstiftes 42 und zur Erleichterung der Lagerverbindung mit dem Betätigungsteil 34 der Kontaktarmbaugruppe versehen. Auf diese Weise bildet das aufrechtstehende Tragteil 40 eine starke und dauerhafte HückenverStärkung der stromleitfähigen Klinge 38 nach Art eines Tragbalkens, so daß die Baueinheit die notwendige Festigkeit und Dauerhaftigkeit für einen verlängerten störungsfreien Betrieb aufweist.

Obwohl der Kontaktträger schwenkbar an seinem Kontaktbetätigungsteil 34 befestigt ist, ist die Schwenkbewegung des Kontaktträgers begrenzt. Beispielsweise ist, wenn der Schalter mit der Kontaktarmbaugruppe 20, die vom gemeinsamen Querarm 26 gehalten wird, ganz montiert ist, die Drehbewegung des Kontaktträgers im Uhrzeigersinn begrenzt durch den Anschlag des spitzen Schwanz stückes 74 des Tragteils 40 am Befestigungsteil 56, wenn die Teile sich in der den Stromkreis unterbrechenden Stellung befinden. Zusätzlich ist eine Drehung im Gegenührzeigersinn, wie die Fig. T zeigt, ersehwert durch eine Drahtfeder 76, die vom Betätigungsteil 34

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und dem Lagerstift 42 gehalten wird und eich auf der oberen Längskante 78 des Tragteils 40 abstützt. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, verläuft die Feder 76 unter dem Lagerstift 42 und ruht in dessen Arretierrillen 82, während die freien Enden 80 der Feder gehalten werden in seitlichen öffnungen 84 des Betätigungeteils 34* Auf diese Weise erlaubt die Feder 76 nur eine begrenzte Drehbewegung der stromleitfähigen Klinge 38 und des Tragteils 40 im Gegenuhrzeigersinn, wenn durch die Schnappbewegung des Kippmechanismus die Kontaktarmbaugruppe 20 im Uhrzeigersinn in Richtung der Schließstellung bewegt wird und der bewegliche Kontakt 32 in Flächenbertthrung mit dem stationären Kontakt kommt. Folglich wird bei einer Drehbewegung des gemeinsamen Kontaktquerarmee 26 im Uhrzeigersinn) über das Erfordernis der Berührung zwischen den Kontakten hinaus, die Jeder 76 gespannt und ergibt so eine stark andrückende Berührung der Kontakte in Schließstellung und einen minimalen Kontaktübergangswiderstand .

Das Tragtell 40 der Baugruppe ist weiterhin nit einer nach vorne sich erstreckenden Nase 86 versehen, die vorteilhafterweise in einem Endpunkt 88 ausläuft. Die Hase 86 mit ihrem Endpunkt 88 1st als Lichtbogenleitbahn der beweglichen Kontaktarmbaugruppe geeignet. Die Fig. 5 zeigt eine alternative Ausführungsform der Nase. Hierbei erstreckt sich die Nase 90 in lichtung des Anschlußbügels 22 unter die ebene Stirnseite 36 der Unterseite der Klinge.

Wie sich aus der vorstehenden Einzelbeschreibung ergibt, sieht die vorliegende Erfindung eine neue und verbesserte, zusammengesetzte Kontaktarmbaugruppe aus Metall vor, die bei hohen Kurzschlußströmen verbesserte

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Unterbreohereigenschaften zeigt. Die Bau@inh.eit umfaßt eine stromleitende Klinge, die so orientiert ist, daß ihre breite, flache Oberfläche in Richtung des Liehthogenbereiehs des Schalters zeigt und einen Rückenteil, der der Baugruppe eine erhöhte Steifigkeit und Dauerhaftigkeit verleiht. Der T-förmlge Querschnitt der Kontaktarmbaugruppe verleiht nicht nur die für den Betrieb dee Schalters gewünschte Festigkeit und elektrische Lettfähigkeitseigensehaften, sondern weist gleichzeitig einen nützlichen Wärmeverteilungseffekt über die große leitende Oberfläche auf, die sich dem Lichtbogen während der Schaltbewegung präsentiert. Zusätzlich ergibt sich durch den T~fönnigen Querschnitt ein weiterer wichtiger Vorteil, in dem die Breitseite der hochlelt«- fähigen Klinge 38 das Tragteil 40, das wünschenswerterweise aus einem Material höherer Festigkeit» jedoch geringerer Leitfähigkeit besteht, gegen den sich zwischen den Kontakten bildenden Lichtbogen abschirmt» Deshalb besteht wie vorerwähnt die Klinge aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, während das . Teil 40 vorzugsweise aus Stahl besteht. In der Ausführungsform nach Fig. 5 erstreckt sich das Teil 4-0 BO weit, daß sich ein Lichtbogenleitteil 90 bildet. line Beschädigung dieses Teils, z.B. durch Erosion infolge des Lichtbogens, wirkt sich nicht nachteilig auf die Funktion des Teils 40 als ein die Festigkeit bestimmender Träger oder als ein Verstärkungsteil aus.

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Claims

Patentansprüche

1.1Elektrischer Schalter, bestehend aus einem Gehäuse und einem in diesem befestigten ersten Kontakt, einem in dem Gehäuse befindlichen zweiten Kontakt mit einer Fläche, die so ausgebildet ist, daß sie mit einer Fläche des ersten Kontakts in Berührung treten kann, einer diesen zweiten Kontakt tragenden Kontaktarmbaugruppe, die Bewegungen auszuführen vermag, durch die der zweite Kontakt in und außer Flächenberührung mit dem ersten Kontakt gebracht wird, sowie Antriebsmittel zur Bewegung der Kontaktarmbaugruppe in Richtung und weg von diesem ersten Kontakt, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktarmbaugruppe (20, 34) einen zusammengesetzten Kontaktträger umfaßt, der eine plattenförmige, stromleitende Klinge (38) und einen Stütsteil (40) für die Klinge aufweist, wobei Stütz tej] und Klinge innig miteinander verbunden sind und woV.ri die Klinge einen ebenen Flächenteil (36) hat, der während der Flächenberührung beider Kontakte dem ernten Kontakt gegenüber angeordnet ißt.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die stromleitende Klinge (38) ein im wesentlichen rechteckiger Streifen ist, der eine Unterflache aufweist, die den ebenen Flächenteil (36) einschließt, wobei der Kontakt an diesem Flächenteil nahe einem Ende der Klinge angeordnet ist und wobei der Stützteil (4o) mit einer seiner Längskanten (64) anstoßend an der Klinge befestigt ist und der Stützteil einen den lichtbogen führenden Abschnitt (88, 90) aufweist, der unmittelbar am Kontakt (32) angeordnet ist.

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3. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktarmbaugrüppe sich entlang einer Bahn zwischen einer Schließ- und einer Offen-Stellung bewegt und die stromleitende Klinge (38) im wesentlichen rechtwinklig zu einer durch die Bahn gegebenen Ebene angeordnet ist,

4. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktträger (20) im wesentlichen T-fÖrmigen Querschnitt aufweist und die Kontaktarmbaugruppe (20) einen Kontaktbetätigungsteil (34) aufweist,--der den Träger hält und eine begrenzte Relativbewegung zwischen Träger und Betätigungsteil ermöglicht.

5. Schalter nach Anspruch 1> dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktarmbaugruppe (20) ein KontaktbetätigungST· teil umfaßt, an welchem der Träger angeordnet ist und eine begrenzte Bewegung in Richtung der ilächenberührung der Kontakte auszuführen vermag, wobei mit dem Kontaktbetätigungsteil eine Vorspannung^erzeugende Mittel (76) verbunden sind, die den Träger in die vorgenannte Richtung drücken.

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