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Die Erfindung betrifft eine Sicherheitszuhaltung für eine zu öffnende Absperreinrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Aufgabe von Sicherheitszuhaltungen ist es, das Einschalten beispielsweise von Maschinen mit beweglichen Teilen nur dann zu ermöglichen, wenn der zu öffnende Bereich - in der Regel eine Tür, Klappe oder dergleichen - einer Einrichtung zum Absperren dieser Maschine geschlossen ist, und ein Öffnen der Tür oder Klappe nur dann zu ermöglichen, wenn die Maschine ausgeschaltet ist. Bei Maschinen, die nach dem Ausschalten Zeit benötigen, um zum Stillstand zu kommen, ist es zusätzlich erforderlich, denn Stillstand der Maschine in geeigneter Weise, beispielsweise über einen Sensor, zu erfassen, und die Tür- bzw. Klappenöffnung erst dann zu erlauben, wenn die Maschine stillsteht.
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Zur Lösung dieser Aufgabe bestehen Sicherheitszuhaltungen meist aus einer Schaltvorrichtung, die an einem Teil - in der Regel am unbeweglichen Teil der Absperreinrichtung - angebracht ist, und einem Betätiger bzw. Schlüssel, der sich am anderen Teil - in der Regel dem zu öffnenden Teil der Absperreinrichtung - befindet. Die Schaltvorrichtung weist meist zwei Schaltelemente und einen Elektromagneten auf, wobei der Elektromagnet in Abhängigkeit vom Maschinenstillstand bestromt wird und er damit in Wechselwirkung mit einer Rückstellfeder seines Ankers das Ver- bzw. Entriegeln der Sicherheitszuhaltung bewirkt. Eines der Schaltelemente erfasst dabei die Ankerstellung des Elektromagneten und unterbricht bei entriegelter Sicherheitszuhaltung zusätzlich die Stromzufuhr zur Maschine. Wird nun die Tür oder Klappe geöffnet, wird deren geöffneter Zustand beispielsweise mechanisch über ein Nockenrad oder eine Nockenscheibe erfasst und darüber das zweite Schaltelement so betätigt, dass auch dieses die Stromzufuhr zu Maschine unterbricht. Das Nockenrad bzw. die Nockenscheibe fixiert ferner - ggf. über eine geeignete Mechanik - im geöffneten Zustand der Tür den Anker des Elektromagneten in seiner Entriegelungsstellung und damit das erste Schaltelement im unterbrochenen Zustand. Somit kann die Maschine erst dann wieder in Betrieb genommen werden, wenn die Tür oder Klappe geschlossen ist.
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Die Druckschrift
DE 44 03 061 C1 zeigt eine Vorrichtung, in der die gewünschte Wirkweise dadurch erreicht wird, dass die Stellungen des Schlüssels und der elektromagnetisch betätigbaren Sperreinrichtung über eine Kombination von Stößel, Nockenscheibe und Sperrhebel in gewünschter Weise auf die Schaltelemente übertragen werden.
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Gemäß der Druckschrift
EP 1 876 622 B1 erfolgt die Übertragung der Stellungen von Betätiger und Anker des Magnetantriebes auf die Schalteinheiten mithilfe eines Stößels, zweier Sperrelemente und zweier Betätigungsbleche in einer Art und Weise, dass auch hier die gewünschte Wirkweise sichergestellt ist.
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Die genannten Beispiele des Standes der Technik weisen als Nachteile eine hohe Zahl von Komponenten und einen hohen Fertigungsaufwand auf. Aufgabe der Erfindung ist daher die Bereitstellung einer Sicherheitszuhaltung, deren Wirkweise denen der Sicherheitszuhaltungen nach Stand der Technik im Wesentlichen entspricht, die aber weniger Komponenten und/oder einen geringeren Fertigungsaufwand aufweist.
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Gelöst wird die Aufgabe durch eine Sicherheitszuhaltung mit den Merkmalen von Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Bei der Sicherheitszuhaltung ist der Betätiger in einen Kopfbereich der Schaltvorrichtung einführbar und wirkt mit einem Rastelement zusammen, das über einen axial verschiebbar gelagerten Stößel mit einem ersten und einem zweiten Schaltelement sowie einem elektromagnetisch aktivierbaren Sperr- oder Freigabeelement gekoppelt ist. Erfindungsgemäß ist an dem dem Rastelement abgewandten Ende des Stößels eine als Waagebalken ausgebildete Betätigungsschwinge gelagert, die mit beiden freien Enden jeweils eines der Schaltelemente betätigt.
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Die gewünschte Wirkweise wird dabei in einer Ausgestaltung unter Ausnutzung der Beweglichkeit der Betätigungsschwinge durch geeignete, aufeinander abgestimmte Kraftverläufe jeweiliger Rückstellfedern der Schaltelemente erreicht. Die Wirkweise ist derart, dass bei nicht eingeführtem Betätiger das erste und das zweite Schaltelement betätigt sind, dass abhängig von dem Sperr- oder Freigabeelement der Betätiger durch Arretierung des Rastelements durch den Stößel im Kopfbereich festgelegt ist und dass bei aufgehobener Arretierung das zweite Schaltelement betätigt ist.
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In einer alternativen Ausgestaltung ist die Betätigungsschwinge außermittig an dem Stößel gelagert. In dem Fall können Schaltelemente eingesetzt werden, die gleich große Schaltkräfte benötigen, also z.B. gleich ausgebildete Rückholfedern aufweisen. Aufgrund der unterschiedlich langen Betätigungsarme ergibt sich auch dann das gewünschte Schaltverhalten.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen mithilfe von Figuren näher erläutert. Es zeigt
- 1 eine perspektivische Ansicht einer Sicherheitszuhaltung,
- 2 eine Prinzipskizze einer nach dem Ruhestromprinzip arbeitenden erfindungsgemäßen Sicherheitszuhaltung in geschlossener und zugehaltener Stellung,
- 3 eine Prinzipskizze der Sicherheitszuhaltung nach 2 in geschlossener und entsperrter Stellung,
- 4 eine Prinzipskizze eines optionalen Entsperrhilfselementes für die Sicherheitszuhaltung nach 2,
- 5 eine Prinzipskizze der Sicherheitszuhaltung nach 2 in geöffneter Stellung,
- 6 eine Prinzipskizze einer nach dem Arbeitsstromprinzip arbeitenden erfindungsgemäßen Sicherheitszuhaltung in geschlossener und zugehaltener Stellung,
- 7 eine Prinzipskizze der Sicherheitszuhaltung nach 6 in geschlossener und entsperrter Stellung,
- 8 eine Prinzipskizze der Sicherheitszuhaltung nach 6 in geöffneter Stellung.
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Gezeigt sind in einigen Figuren nur die erfindungsrelevanten Komponenten. Weitere Komponenten, die üblicherweise zu einer Sicherheitszuhaltung gehören, wie z.B. Gehäuse, sind dann der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt oder nur angedeutet. In allen Figuren kennzeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder gleichwirkende Elemente. Ebenfalls aus Gründen der Übersichtlichkeit sind nicht in allen Figuren alle Elemente mit Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer typischen Sicherheitszuhaltung 1, wie sie auch dem Stand der Technik entspricht. Sie weist eine Schaltvorrichtung 2, die an einem Teil, in der Regel am unbeweglichen Teil der Absperreinrichtung, angebracht ist, und einen Betätiger 3 auf, der sich am anderen Teil, in der Regel dem zu öffnenden Teil der Absperreinrichtung befindet. Die Schaltvorrichtung 2 besteht aus einem Schaltbereich 4, der im Wesentlichen die elektromechanischen Komponenten der Sicherheitszuhaltung aufnimmt, und einem Kopfbereich 5, der im Wesentlichen die Komponenten enthält, die die mechanische Wirkverbindung zwischen Schaltvorrichtung und Betätiger herstellen.
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2 zeigt eine Prinzipskizze einer nach dem Ruhestromprinzip arbeitenden erfindungsgemäßen Sicherheitszuhaltung in geschlossener und zugehaltener Stellung, wobei hier der Kopfbereich 5 und eine Gehäusewand 6 des Schaltbereiches 4 nur angedeutet dargestellt sind. Hierbei bedeutet „Ruhestromprinzip“, dass ein fest mit dem Gehäuse des Schaltbereiches 4 verbundener Elektromagnet 7 dann bestromt wird, wenn sich die durch die Absperreinrichtung geschützte Vorrichtung in einem für einen Bediener sicheren Zustand befindet, beispielsweise eine in der Absperreinrichtung befindliche Maschine stillsteht. In der in 2 gezeigten Situation ist dies nicht der Fall, der Elektromagnet 7 ist also nicht bestromt. Daher befindet sich der Anker 8 bedingt durch die über einen Stößel 9 übertragenen Kraft einer vorgespannten Stößelrückstellfeder 10 in seiner ausgefahrenen Stellung. Der Stößel 9 weist einen damit fest verbundenen oberen (Stößel-)Abschnitt 12 auf. Eine zwischen dem oberen Stößelabschnitt 12 und dem Anker 8 angebrachte Spielreduzierfeder 11 wirkt einem möglichen Längsspiel des Ankers 8 entgegen. Ebenfalls über die Stößelrückstellfeder 10 wird mittels des unteren Teils des Stößels 9 der obere Stößelabschnitt 12 in die Stößelnut 13 einer um ihre Mittelachse drehbar im Kopfbereich gelagerten Rastscheibe 14 gedrückt. Die Rastscheibe 14 bildet in diesem Ausführungsbeispiel das Rastelement für den Betätiger 3. Die so gegen Verdrehen gesperrte Rastscheibe 14 steht über die Betätigernut 29 mit dem Betätiger 3 in Eingriff, wodurch ein Herausziehen des Betätigers 3 aus dem Kopfbereich 5 verhindert und somit die Absperreinrichtung gegen Öffnen gesichert ist. Der Elektromagnet 7 bildet zusammen mit dem Anker 8 somit ein Freigabeelement, das bei Aktivierung (d.h. Bestromung des Elektromagneten 7) die Arretierung des Betätigers 3 im Kopfbereich 5 aufhebt.
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In einer hier nicht dargestellten weiteren Ausführungsform sind der untere Teil des Stößel 9 und der oberer Stößelabschnitt 12 einstückig ausgeführt, wobei dann montagebedingt die Spielreduzierfeder 11 entfallen muss. Dies kann in Situationen angewandt werden, in denen entweder die Einhaltung einer definierten Ruhelage des Ankers 8 nicht von Belang ist oder die Ruhelage anderweitig sichergestellt ist, beispielsweise durch die Schwerkraft.
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3 zeigt eine Prinzipskizze der Sicherheitszuhaltung nach 2 in geschlossener und entsperrter Stellung. In dieser Situation befindet sich die durch die Absperreinrichtung geschützte Vorrichtung in einem für einen Bediener sicheren Zustand, beispielsweise steht eine in der Absperreinrichtung befindliche Maschine still. Somit ist der Elektromagnet 7 bestromt, weshalb der Anker 8 gegen die Kraft der Stößelrückstellfeder 10 von der Rastscheibe 14 fort gerichtet gezogen wird. Dabei steht der Anker 8 mit dem unteren Teil des Stößels 9 im Eingriff und nimmt diesen mit. Der mit dem unteren Teil des Stößels 9 fest verbundene obere Stößel 12 wird aus der Stößelnut 13 der Rastscheibe 14 gezogen, wodurch die Rastscheibe 14 freigegeben wird und sich drehen kann. Dadurch ist es möglich, den Betätiger 3 aus dem Kopfbereich herauszuziehen, wobei die Rastscheibe 14 der Bewegung des Betätigers 3 folgend verdreht wird.
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Am dem oberen Stößelabschnitt 12 gegenüberliegenden Ende des Stößels 9 ist ein Lagerelement 15 angebracht, in dem die Betätigungsschwinge 16 nach Art eines Waagbalkens gelagert ist. Bei der oben beschriebenen Bewegung des Stößels 9 werden somit auch das Lagerelement 15 und die Betätigungsschwinge 16 mitgeführt, wodurch die Betätigungsschwinge 16 gegen einen ersten Schaltstößel 17 eines ersten Schaltelementes 18 und einen zweiten Schaltstößel 19 eines zweiten Schaltelementes 20 drückt. Die beiden Schaltstößel 17 und 19 werden durch unterschiedlich starke bzw. unterschiedlich stark vorgespannte Schaltstößelrückstellfedern 21 bzw. 22 mit unterschiedlicher Kraft in ausgefahrener Stellung gehalten.
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In der dargestellten Ausführungsform dient das zweite Schaltelement 20 der Erfassung der Position des Ankers 8 und damit der Entsperrstellung des oberen Stößels 12. Hierzu sind die jeweils wirkenden Kräfte der Schaltstößelrückstellfedern 21 und 22 zueinander und auf den Betätigungsweg des Ankers 8 derart abgestimmt, dass bei bestromtem Elektromagneten 7 unter Auslenkung der Betätigungsschwinge 16 nur der zweite Schaltstößel 19 gegen die geringere Kraft der zweiten Schaltstößelrückstellfeder 22 betätigt wird. Die stärkere erste Schaltstößelrückstellfeder 21 hält den ersten Schaltstößel 17 hingegen in unbetätigter Stellung. Durch den betätigten zweiten Schaltstößel 19 ist somit der Schaltzustand des zweiten Schaltelementes 20 kennzeichnend für den entsperrten Zustand der Sicherheitszuhaltung 1. Die Auswertung dieses Schaltzustandes erfolgt dahingehend, dass ein Wiedereinschalten der zu schützenden Vorrichtung bereits im entsperrten Zustand unterbunden wird.
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4 zeigt ein Detail einer anderen Ausführungsform der Sicherheitszuhaltung nach 2, in der der obere Stößelabschnitt 12 federnd mit dem unteren Teil des Stößels 9 verbunden ist. Der Stößel 9 ist somit teleskopierbar ausgebildet. Mit dieser Ausführungsform soll, wird der Anker 8 wie unter 3 beschrieben angezogen und ist gleichzeitig bedingt durch äußere Einwirkung die Berührfläche zwischen dem oberen Stößel 12 und der Stößelnut 13 nicht kräftefrei, verhindert werden, dass bei in der Stößelnut 13 klemmendem oberen Stößel 12 der Anker nicht in die Endstellung gelangt und dadurch die Betätigung des zweiten Schaltstößels 19 trotz des sicheren Zustandes der geschützten Vorrichtung unterbleibt. Bei der in 4 gezeigten Ausführungsform hingegen könnte bei bestromtem Elektromagneten 7 der Anker 8 auch bei klemmendem oberen Stößel 12 wie vorgesehen in seine Endstellung gezogen werden, wobei der Stößel 9 eine Vorspannfeder 23 über ein geeignetes Element, beispielsweise eine Sicherungsscheibe 24, gegen eine gegenüberliegende Fläche des oberen Stößels 12 vorspannt. Sobald nun beispielsweise durch äußere Einwirkung zumindest kurzzeitig ein kräftefreier Zustand zwischen dem oberen Stößelabschnitt 12 und der Stößelnut 13 erreicht wird, drückt die vorgespannte Vorspannfeder 23 den oberen Stößelabschnitt 12 aus der Stößelnut 13 heraus, und die Rastscheibe 14 wird freigegeben.
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Details zur Ausführung des oberen Stößels 12 für diese Ausführungsform, beispielsweise die montagegerechte Gestaltung des oberen Stößels, sind hier nicht dargestellt.
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5 zeigt eine Prinzipskizze der Sicherheitszuhaltung nach 2 in geöffneter Stellung. In dieser Stellung wurde der Betätiger 3 aus dem Kopfbereich 5 herausgezogen und die Rastscheibe 14 dadurch verdreht. Dadurch gelangt eine exzentrische Kontur 25 der Rastscheibe 14 in Berührung mit dem oberen Stößelabschnitt 12 und betätigt diesen und damit den unteren Teil des Stößels 9 über die mit der Endstellung des Ankers 8 erreichte Position hinaus gegen die Kräfte der Stößelrückstellfeder 10 und der Spielreduzierfeder 11 in Richtung der Schaltelemente 18 und 20, bis die Rastscheibe ihre geöffnete Stellung erreicht, in der der obere Stößelabschnitt 12 in eine Rastmulde 26 der Kontur 25 eingreift. Der Stößel 9 nimmt dabei das Lagerelement 15 und somit die Betätigungsschwinge 16 mit.
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Durch die oben erwähnte Abstimmung der wirkenden Kräfte der Schaltstößelrückstellfedern 21 und 22 schwenkt die Betätigungsschwinge 16, sobald der zweite Schaltstößel 19 seine Endstellung erreicht hat, um den Berührpunkt mit dem zweiten Schaltstößel 19 entgegen der ursprünglichen Schwenkrichtung und betätigt dabei den ersten Schaltstößel 17 des ersten Schaltelementes 18. Durch den nunmehr betätigten ersten Schaltstößel 17 ist somit der Schaltzustand des ersten Schaltelementes 18 kennzeichnend für den geöffneten Zustand der Sicherheitszuhaltung 1. Die Auswertung dieses Schaltzustandes erfolgt dahingehend, dass ein Einschalten der zu schützenden Vorrichtung nicht möglich ist.
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6 zeigt eine Prinzipskizze einer nach dem Arbeitsstromprinzip arbeitenden erfindungsgemäßen Sicherheitszuhaltung in geschlossener und zugehaltener Stellung, wobei auch hier der Kopfbereich 5 und eine Gehäusewand 6 des Schaltbereiches 4 nur angedeutet dargestellt sind. Hierbei bedeutet „Arbeitsstromprinzip“, dass ein fest mit dem Gehäuse des Schaltbereiches 4 verbundener Elektromagnet 7 dann bestromt wird, wenn sich die durch die Absperreinrichtung geschützte Vorrichtung in einem für einen Bediener gefährlichen Zustand befindet, beispielsweise eine in der Absperreinrichtung befindliche Maschine in Betrieb ist. In der in 6 gezeigten Situation ist dies der Fall, der Elektromagnet 7 ist also bestromt. Dadurch wird der Anker 8 entgegen der über den unteren Teil des Stößels 9 übertragenen Kraft der vorgespannten Stößelrückstellfeder 10 in seine eingefahrene Stellung gezogen. Mit dem unteren Teil des Stößels 9 fest verbunden ist der obere Stößelabschnitt 12, der in der eingefahren Stellung des Ankers 8 in die Stößelnut 13 der Rastscheibe 14 eingreift. Die so gegen Verdrehen gesperrte Rastscheibe 14 steht über die Betätigernut 29 mit dem Betätiger 3 in Eingriff, wodurch ein Herausziehen des Betätigers 3 aus dem Kopfbereich 5 verhindert und somit die Absperreinrichtung gegen Öffnen gesichert ist. Bei dieser Ausgestaltung bildet der Elektromagnet 7 somit zusammen mit dem Anker 8 ein Sperrelement, das bei Aktivierung (d.h. Bestromung des Elektromagneten 7) den Betätiger 3 im Kopfbereich 5 arretiert. Wie bei dem Ausführungsbeispiel der 2 wird auch hierbei das zweite Schaltelement 20 geschaltet, wenn die Arretierung aufgehoben ist.
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7 zeigt eine Prinzipskizze der Sicherheitszuhaltung nach 6 in geschlossener und entsperrter Stellung. Hierbei ist der Elektromagnet 7 stromlos, weshalb der Anker 8 durch die über den Stößel 9 übertragenen Kraft der Stö-ßelrückstellfeder 10 von der Rastscheibe 14 fort gerichtet gedrückt wird. Die daraus resultierenden Wirkungen entsprechen der in Bezug auf 3 beschriebenen Art und Weise.
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8 zeigt eine Prinzipskizze der Sicherheitszuhaltung nach 6 in geöffneter Stellung. In dieser Stellung wurde der Betätiger 3 aus dem Kopfbereich 5 herausgezogen und die Rastscheibe 14 dadurch verdreht. Dadurch gelangt eine Rastkontur 25 der Rastscheibe 14 in Berührung mit dem oberen Stößelabschnitt 12 und betätigt diesen und damit den unteren Teil des Stößels 9 und den Anker 8 über die in 7 dargestellte Position hinaus gegen die Kraft einer auf eine mit dem oberen Stößel 12 in Eingriff befindliche Rückstellhülse 27 wirkenden Ankerrückstellfeder 28 in Richtung der Schaltelemente 18 und 20, bis die Rastscheibe ihre geöffnete Stellung erreicht, in der der obere Stößelabschnitt 12 in eine Rastmulde 26 der Rastkontur 25 eingreift. Die daraus resultierenden Wirkungen entsprechen der in Bezug auf 5 beschriebenen Art und Weise.
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In einer anderen, hier nicht dargestellten Ausführungsform der Sicherheitszuhaltung nach 6 sind die ersten und zweiten Schaltstößelrückstellfedern 21 bzw. 22 ausreichend stark, um eine vollständige Rückstellung des Ankers 8 samt dem Stößel 9 bzw. einschließlich seines oberen Abschnitts 12 sicherzustellen, weshalb die Rückstellhülse 27 und die Ankerrückstellfeder 28 entfallen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Sicherheitszuhaltung
- 2
- Schaltvorrichtung
- 3
- Betätiger
- 4
- Schaltbereich
- 5
- Kopfbereich
- 6
- Schaltbereichs-Gehäusewand
- 7
- Elektromagnet
- 8
- Anker
- 9
- Stößel
- 10
- Stößelrückstellfeder
- 11
- Spielreduzierfeder
- 12
- oberer Stößelabschnitt
- 13
- Stößelnut
- 14
- Rastscheibe
- 15
- Lagerelement
- 16
- Betätigungsschwinge
- 17
- erster Schaltstößel
- 18
- erstes Schaltelement
- 19
- zweiter Schaltstößel
- 20
- zweites Schaltelement
- 21
- erste Schaltstößelrückstellfeder
- 22
- zweite Schaltstößelrückstellfeder
- 23
- Vorspannfeder
- 24
- Sicherungsscheibe
- 25
- Rastkontur
- 26
- Rastmulde
- 27
- Rückstellhülse
- 28
- Ankerrückstellfeder
- 29
- Betätigernut
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4403061 C1 [0004]
- EP 1876622 B1 [0005]
