DE2724875A1

DE2724875A1 - Selektive schutzeinrichtung mit grenz-schutzschaltern

Info

Publication number: DE2724875A1
Application number: DE19772724875
Authority: DE
Inventors: Robert Morel; Jean-Pierre Nebon; Claude Terracol
Original assignee: Merlin Gerin SA
Current assignee: Merlin Gerin SA
Priority date: 1976-06-03
Filing date: 1977-06-02
Publication date: 1977-12-22
Also published as: DE2724875C2; JPH0219566B2; CH610155A5; FR2353980B2; FR2353980A2; YU39187B; BE855354R; ES459363A1; YU138377A; JPS52147752A; IT1116615B; GB1555724A

Description

Merlin Gerin, Grenoble (Frankreich)

Selektive Schutzeinrichtung mit Grenz-Schutzschaltern

Die Erfindung bezieht sich auf eine selektive Schutzeinrichtung mit Grenz-Schutzschaltern, die auf unterschiedlichem Niveau eines elektrischen Leistungs-Stromkreises hintereinandergeschaltet sind, deren jeder Schutzschalter eine Auslöse-Steuereinrichtung sowie Schnell-Abschalt-Mittel für den Störungsfall aufweist, welche Schutzeinrichtung zum Schnellöffnen der Kontakte der Gruppe von Schutzschaltern, durch welche der Fehlerstrom mit unterschiedlichen Niveaus fließt, eingerichtet ist, in welcher auch die Schnell-Abschalt-Mittel ein schnelles Schließen seiner Kontakte zulassen, sobald die Stromstärke unter eine vorbestimmte Schwelle absinkt, und in welchem zur Auslöse-Steuereinrichtung eines jeden Schutzschalters eine Einrichtung zum Zählen aufeinanderfolgender öffnungs- und Schließ-Zyklen seiner Kontakte gehört, um ein endgültiges Auslösen nach einer vorbestimmten Anzahl von Zyklen zu bewirken bzw. um die entsprechenden Schutzschalter-Kontakte offenzuhalten.

Es ist bereits eine Schutzeinrichtung der vorbeschriebenen

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Art vorgeschlagen worden, in welchem die Zahl der Schwingungen bzw. der Zyklen "offen" bzw. "geschlossen" der Kontakte infolge Fehlerstroms gezählt und mittels einem mechanischen Ratschensystem durch Verschiebung Zahn um Zahn integriert wird (DT-OS 25 25 192). Demgegenüber ist es Aufgabe vorliegender Erfindung, ein derartiges System der Zählung fortzuentwickeln und zwar insbesondere für den Fall, daß es sich nur um eine begrenzte Anzahl von Schritten im Zählwerk handelt. Hiermit soll ganz allgemein zur Weiterentwicklung solcher Hochleistungs-Schutzschalter beigetragen werden.

Die Lösung besteht bei einer selektiven Schutzeinrichtung der eingangs beschriebenen Art darin, daß die Zähleinrichtung in aktive bzw. passive Positionen verbringbare Scheiben beinhaltet und daß die Anzahl der Scheiben der Anzahl der Zähl-Schritte entspricht, daß ferner jede einem Zähl-Schritt zugeordnete Scheibe beim entsprechenden öffnungs- bzw. Schließ-Zyklus aktiv wird und daß schließlich durch die dem letzten Schritt zugeordnete Scheibe die Auslöse-Einrichtung des Schutzschalters in die aktive Stellung verbringbar ist.

Bei jedem Stromstoß, der einem "Offen"-"Geschlossen"-Zyklus der Kontakte entspricht, wird die Zähleinrichtung um einen Schritt unter Inbewegungsetzen der nachfolgenden entriegelten Scheibe vorgestellt. Die Entriegelung muß während einer zum Ansprechen und zum Zählen des folgenden Strom-

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Stoßes ausreichenden Zeitdauer zufolge ein und derselben Störung andauern. Die genannte Zeitdauer muß nichtsdestoweniger hinreichend kurz sein, um die Rückstellung des Zählwerkes vor dem Auftreten einer weiteren Störung zu ermöglichen. Die Entriegelungs-Zeitdauer ist in vorteilhafter Weise durch einen Schwinghebel geregelt, der auf die Verschiebung der Scheibe anspricht und der die Verriegelungseinrichtung der nachfolgenden Scheibe in Bewegung setzt. Beim ersten (Strom-)Stoß wird allein die erste Scheibe entriegelt und verstellt sich derart, daß der zugehörige Schwinghebel sich vorwärts bewegt. Der Schwinghebel entriegelt die zweite Scheibe innerhalb einer durch die Schwingungsdauer des Schwinghebels vorbestimmten Zeitdauer; im Falle des Schließens der Kontakte aufgrund eines Fehlers und nach Auftreten eines weiteren Stromstoßes verschiebt sich die zweite entriegelte Scheibe und bewegt den zweiten Schwinghebel derart, daß die dritte Scheibe entriegelt wird und so fort. Das Auslösen erfolgt während der Bewegung der ersten Platte, d.h. nach einer Anzahl aufeinanderfolgender Stromstöße entsprechend der Anzahl der Scheiben der Zähleinrichtung.

Die Bewegung der Scheiben kann von der Bewegung der Kontakte des Schutzschalters abgeleitet sein; sie kann auch auf dem Stromstoß beruhen, der sich aus dem Fließen des Kurzschluß-Stromes ergibt, ferner auf dem Schließen der Fehlerstromkontakte. Die Einrichtung ist besonders einfach im Falle

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eines Zweischritt-Zählwerkes, wobei die beiden mit zueinanderweisenden Flächen angeordneten Scheiben mit einem zwischen den Scheiben vorgesehenen Solenoiden zusammenwirken, welcher die beiden Scheiben aufeinander zu bewegt. Hierbei kann sich die zweite Scheibe erst nach Entriegelung zufolge der Schwingbewegung des durch die erste Scheibe bewegten Schwinghebels verschieben.

Weitere Vorteile und Merkmale des Gegenstandes der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles sowie aus der beifolgenden schematischen Zeichnung hervor; in dieser zeigen:

Fig. 1 die Zweischritt-Zähleinrichtung einer selektiven

Schutzeinrichtung in Ansicht, teilweise geschnitten, Fig. 2 die Zähleinrichtung gemäß Fig. 1, jedoch in Ansicht

von links,
Fig. 3 und 4 die Zähleinrichtung entsprechend Fig. 1 mit

Darstellung unterschiedlicher Schaltstellungen und

Fig. 5 in zwei Beispielen die Abstufung der Ansprechschwellen.

Gemäß der Zeichnung ist eine Zweischritt-Zähleinrichtung 10, die beispielsweise zum Einbau in die zweite Stufe eines an sich bekannten Höchststrom-Trennschalters (DT-OS 25 25 192)

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für eine elektrische Starkstromanlage bestimmt ist, mit zwei in einem gewissen Abstand voneinander befindlichen, unten über Gelenkmittel 18,20 gelenkig an einem Tragmittel, z.B. Tragscheibe 16 angeschlossenen Scheiben 12,14 versehen. Eine an den Scheiben 12,14 verankerte Zugfeder 22 hält die Scheiben in geöffneter Stellung, welche durch mit der Tragscheibe 16 verbundene Anschläge 24,26 bestimmt ist (siehe Fig. 1). Jede der beiden Scheiben 14,12 trägt je einen Weicheisenkern 28, 30 deren jeder als tauchender Kern zum gegenüberliegenden hinweist und mit einem Solenoid 32 zusammenwirkt, welcher im Zwischenraum zwischen den beiden Scheiben 12,14 vorgesehen ist. In der geöffneten Stellung der Scheiben 12,14, welche aus Fig. 1 ersichtlich ist, bestimmen die tauchenden Weicheisenkerne 28,30 einen Luftspalt innerhalb des Solenoids 32. Hierbei bilden die Xerne 28 und 30, die Scheiben 12 und 14 sowie die Tragscheibe 16 aus ferromagnetischem Material Bestandteile eines Magnetfeldkreises. Sobald die Höhe des den Solenoiden 32 erregenden Stromes eine vorbestimmte Schwelle überschreitet, werden die Kerne 28,30 sowie die zugehörigen Scheiben 12,14 entgegen der Rückstellkraft der Feder 22 in Richtung Verkleinerung des gegenseitigen Abstandes gezogen.

Ein Schwinghebel 34 in Form eines Pendel-Gewichtes, das um eine feste Achse 36 verschwenkbar ist, wird durch eine Feder 40 in Ruhestellung auf einem festen Anschlag 38 ge-

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halten. Die Scheibe 12 wirkt über einen zwischengeschalteten Federanschlag 42 auf den Schwinghebel 34. Hierzu ist der Federanschlag 42 mittels einer Anschlagfeder 44 nachgiebig auf einem Tragteil 46 angebracht, welches derart formschlüssig mit der Scheibe 12 verbunden ist, daß der Federanschlag nach einem Spiel a der Scheibe 12 gegen den Schwinghebel 34 schlägt, der seinerseits eine Schwingbewegung ausführt.

Die Scheibe 14 ist mit einem Fenster 48 versehen, dessen Unterkante 50 mit dem Ende eines Verriegelungshebels 52 (Verriegelungseinrichtung) ein Gesperre bildet. Der Verriegelungshebel 52 ist drehbar auf einer Achse 36 gelagert. Eine zwischen den Schwinghebel 34 und den Verriegelungshebel 52 zwischengeschaltete Druckfeder 54 versucht den Verriegelungshebel 52 zur Auflage auf einen Anschlag 56 zu drücken, der dem Schwinghebel 34 zugehört. Der Weg der Relativbewegung b zwischen dem Schwinghebel 34 und dem Verriegelungshebel 52 ist einerseits durch den Anschlag 56 und andererseits durch einen weiteren Anschlag 58 begrenzt, der vom Hebel 52 getragen wird. Das obere Ende 60 der Scheibe 14 nimmt, nach einem freien Weg c, einen Finger 62 einer Auslösestange 64 des Trennschalters derart mit, daß das Auslösen und das endgültige öffnen des Trennschalters erfolgt.

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Die Zähleinrichtung nach vorliegender Erfindung wirkt in folgender Weise:

In der aus Fig. 1 ersichtlichen Ruhestellung ist es der Zugkraft des durch den normalen Strom des Stromkreises erregten Solenoid 32 nicht möglich, der Kraft der Feder 22 entgegenzuwirken. Die Scheiben 12,14 bleiben in ihrer durch die Anschläge 24,26 bestimmten "Offen"-Stellung. Der gegen den Anschlag 38 abgestützte Schwinghebel 34 hält den Verriegelungshebel 52 in Verriegelungsstellung der Scheibe

Im Fall einer Störung (z.B. beim Punkt X im Niveau C des Stromkreises nach Fig. 1 der DT-OS 25 25 192) zieht der vom Fehlerstrom erregte Solenoid 32 plötzlich die Scheiben 12 und 14 an, die sich von ihren Anschlägen 24,26 weg bewegen. Der Verriegelungshebel 52 begrenzt die Verschiebung der Scheibe 14; nur die Scheibe 12 setzt ihre Bewegung fort und läßt den Schwinghebel 34 mittels des Federanschlages 42 vorschnellen, weil dieser nach einem freien Weg a auf den Schwinghebel 34 aufschlägt. Die Anschlagfeder 44 speichert kurzzeitig Energie, die in der Folge auf den Schwinghebel 34 übertragen wird.

Der Schwinghebel 34 leitet eine in Fig. 1 durch einen eingezeichneten Pfeil kenntlich gemachte Schwingbewegung ein, deren Periode praktisch von der Aufschlagkraft, d.h. der

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Amplitude des Fehlerstromes unabhängig ist, vielmehr im wesentlichen von der Masse des Schwinghebels 34 und der Federkennung der Feder 40 abhängt. Die Masse des Verriegelungshebels 52 und die Reibkräfte im Gesperre infolge des Anschlagens der Scheibe 14 gegen den Hebel 52 machen den Hebel 52 vorübergehend unbeweglich (Fig. 3). In weiterer Folge bewegt der Schwinghebel 34 den Verriegelungshebel 52 nach oben und entriegelt somit die Scheibe 14 (Fig. 4) während der HaIb-Periode der Schwingung des Komplexes Schwinghebel 34, Hebel 52, was durch Rückkehr in die Ausgangslage beim Anschlag 38 endet. Sofern sich ein zweiter Stromstoß während der Halbperiode des Entriegeins der Scheibe 14 ereignet, dreht sich diese infolge der Kraft des Solenoiden 32 völlig frei und bewegt die Auslösestange 64, was das Auslösen des Trennschalters zur Folge hat. Die damit verbundene Bewegung der Scheibe 12 ist ohne praktische Wirkung. Wenn kein zweiter Stromstoß erfolgt, weil die Störung bereits durch den schaltungsmäßig vorgeschalteten Trennschalter eliminiert wurde, werden die Scheiben 12,14 durch die Feder 22 in ihre ursprüngliche Anschlagstellung zurückgeführt und zwar von dem Zeitpunkt an, zu dem der Strom abgeschaltet wurde; desgleichen die Schwinghebel-Einrichtung 34, sowie Hebel 52 durch die Feder 40. Die Zähleinrichtung 10 wird selbsttätig auf Null zurückgestellt. Die gute Wirkungsweise der Schutzeinrichtung ist abhängig von einer einwandfreien Aufeinanderfolge der verschiedenen nachstehend betrachteten Betriebs-

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ablaufe; hierzu wird insbesondere auf Fig. 5 hingewiesen.

Die Schwellen für das Wirksantwerden der Auslöseeinrichtungen, im betrachteten Falle, S_n des Zwei-Impuls-Zählers für den Trennschalter der Ebene B und S_, für einen Ein-Impuls-Zähler, der ein herkömmlicher magnetischer Auslöseschalter sein kann,

der Ebene C müssen unter den Schwellen R₀ und R_ für das Abts \~

fallen der Kontakte des Trennschalters liegen. Es wird nunmehr auf Schema 1 nach Fig. 5 Bezug genommen, welches den Fall der Schwellen S_c und R_c erläutert, welche beide unter den Schwellen S₀ und R₀ liegen. Man sieht, daß folgende

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Fälle auftreten können.

Bei einem Kurzschlußstrom, der die Schwelle S-, übersteigt, jedoch geringer ist als R_c, spricht lediglich der magnetische Auslöseschalter des Trennschalters im Niveau C an und löst diesen Trennschalter aus, welcher die Störung beseitigt.

Bei einem Kurzschlußstrom, dessen Wert zwischen R₀ und S_n liegt, spricht lediglich der Trennschalter des Niveaus C an, wodurch zufolge einem schnellen öffnen der Kontakte ein Begrenzungseffekt eintritt.

Sofern der Kurzschlußstrom zwischen S„ und Rg liegt, arbeitet der Trennschalter C in der gleichen Weise; die Scheiben 12,14 des Zweiimpuls-Auslösers im Niveau B werden nur ein einziges-

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ntal angezogen. Da sie keinen zweiten Impuls erhalten und die Störung inzwischen durch den Trennschalter C eliminiert wurde, löst der Trennschalter im Niveau B nicht aus.

Bei einem Kurzschluß mit einem Wert größer als R_ öffnen sich die Kontakte der beiden Trennschalter sehr schnell und mit starker Begrenzungswirkung, aber nur der Trennschalter C löst aus.

Das Schema 2 nach Fig. 5 zeigt eine unterschiedliche Abstufung der Wirkschwellen und es ist unschwer ersichtlich, daß ein selektives Auslösen erfolgt, mit dem einzigen Unterschied, daß ein Kurzschluß zwischen den Schwellen S„ und R_ liegt. Dieser Kurzschluß wird durch Auslösen des Trennschalters C ohne Abfallen der Kontakte abgeleitet, da der Zweiimpuls-Zähler lediglich einen einzigen Impuls erhält.

Es ist nicht erforderlich, die Wirkungsweise des Trennschalters im Niveau B für den Fall einer Störung auf diesem Niveau bzw. eines Trennschalters auf dem Niveau A zu beschreiben, da sich deren Wirkungsweise unschwer aus Vorstehendem ergibt.

Da die Abfallschwelle der Kontakte nicht erreicht wurde, zählt die Zähleinrichtung auch nicht ein Abfallen von Kontakten, sondern nur die Anzahl der Überschreitungen der Aus-

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löseschwelle, d.h. die Anzahl der aufeinanderfolgenden Polwechsel des Stromes, dessen Amplitude größer als diese Schwelle ist; derart wird eine chronologische Selektivität sichergestellt.

Eine andere Vorbedingung für eine gute Wirkungsweise der Zwei-Impuls-Zähleinrichtung beruht darauf, daß die Scheibe während des ersten Impulses in Verriegelungsstellung gehalten wird. Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung erfolgt die Entriegelung nach einer Verschiebung der Scheibe 12, dem Vorschnellen des Schwinghebels 34 und dem Spannen der Feder 54 derart, daß eine hinreichende Kraft zum Lösen der Verriegelung zwischen dem Hebel 52 und der Scheibe 14 zur Verfügung steht; derart wird auf einfache Weise der vorgenannten Bedingung genügt.

Andererseits muß die Zeitdauer der Entriegelung der Scheibe 14 ein Aufnehmen eines zweiten Impulses ermöglichen, der auf der gleichen Störung beruht. Die Anwendung des erfindungsgemäßen Schwinghebels erlaubt es, eine genau gleichbleibende sowie eindeutig festgelegte EntriegelungsZeitdauer ebenso wie eine selbsttätige Null-Rückstellung sicherzustellen.

Es ist gleichermaßen wichtig, das Auftreten eines zweiten Impulses zu vermeiden, sobald der vorgeschaltete Trennschalter ein Lösekommando erhalten hat. Aus diesem Grunde ist

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ein Schließen dieses Trennschalters in vorteilhafter Weise verzögert, wobei die Verzögerung größer ist als die Ansprechzeit der Auslöseeinrichtung.

Selbstverständlich kann die Zähleinrichtung für eine größere Anzahl von Schritten ausgelegt sein. Hierbei weist eine Zähleinrichtung für drei Schritte einen zweiten Schwinghebel auf, der durch die zweite Scheibe in Bewegung gesetzt wird. Eine dritte Scheibe bewirkt in diesem Falle das Bewegen des Auslösehebels.

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Claims

Merlin Gerin, Grenoble (Frankreich) Patentansprüche

1. Selektive Schutzeinrichtung mit Grenz-Schutzschaltern, die auf unterschiedlichem Niveau eines elektrischen Leistungs-Stromkreises hintereinandergeschaltet sind, deren jeder Schutzschalter eine Auslöse-Steuereinrichtung sowie Schnell-Abschalt-Mittel für den Störungsfall aufweist, welche Schutzeinrichtung zum Schnellöffnen der Kontakte der Gruppe von Schutzschaltern, durch welche der Fehlerstrom mit unterschiedlichen Niveaus fließt, eingerichtet ist, in welcher auch die Schnell-Abschalt-Mittel ein schnelles Schließen seiner Kontakte zulassen, sobald die Stromstärke unter eine vorbestimmte Schwelle absinkt und in welchem zur Auslöse-Steuereinrichtung eines jeden Schutzschalters eine Einrichtung zum Zählen aufeinanderfolgender öffnungs- und Schließ-Zyklen seiner Kontakte gehört, um ein endgültiges Auslösen nach einer vorbestimmten Anzahl von Zyklen zu bewirken bzw. um die entsprechenden Schutzschalter-Kontakte offenzuhalten, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähleinrich-

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Hefneraplatz 3
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ORIGINAL INSPECTED

tung (10) in aktive bzw. passive Positionen verbringbare Scheiben (12,14) beinhaltet und daß die Anzahl der Scheiben (12,14) der Anzahl der Zähl-Schritte entspricht, daß ferner jede einem Zähl-Schritt zugeordnete Scheibe (12,14) beim entsprechenden öffnungs- bzw. Schließ-Zyklus aktiv wird und daß schließlich durch die dem letzten Schritt zugeordnete Scheibe die Auslöse-Einrichtung des Schutzschalters in die aktive Stellung verbringbar ist.

2. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Scheibe (12) mit einer Verriegelungs-Einrichtung (-Hebel 52) der Folge-Scheibe (14) derart versehen ist, daß ab Erreichen der aktiven Stellung die Folge-Scheibe entriegelbar sowie die in die aktive Stellung gelangte Folge-Scheibe am Folge-Zyklus beteiligbar ist.

3. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1 bzw. 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzeinrichtung auch ein die Verriegelungseinrichtung (52) während einer Zeitdauer, die größer ist als zwei aufeinanderfolgende Zyklen, in Entriegelungsstellung haltendes, nach dieser Zeitdauer aber die Verriegelungseinrichtung in Verriegelungsstellung führendes Zeitglied (z.B. Schwinghebel 34) beinhaltet.

4. Schutzeinrichtung nach einem beliebigen der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine in die

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aktive Stellung gelangende Scheibe (12) ein während seiner Verschiebung die Verriegelungseinrichtung (52) der Folge-Scheibe (14) in Bewegung setzender sowie die letztgenannte Verriegelungseinrichtung Über einen vorbestimmten Abschnitt seiner Schwingbewegung in Entriegelungsstellung haltender Schwinghebel (34) vorschleuderbar ist.

5. Schutzeinrichtung nach einem beliebigen der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet» daß die Scheiben (12,14) durch vom Leistungsstrom direkt oder indirekt erregte Solenoide (32) derart steuerbar sind, daß sie bei jedem Öffnungsund Schiieβ-Zyklus der Kontakte in die aktive Stellung gedrückt und in die aktive Stellung gelangen, sobald die zugehörige Verriegelungseinrichtung (52) entriegelt ist.

6. Schutzeinrichtung nach einem beliebigen der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Scheiben (12,14) vorgesehen sind, daß hiervon mittels der ersten Scheibe (12) in ihrer aktiven Stellung der Schwinghebel (34) zur Entriegelung der zweiten Scheibe (14) bewegbar und daß durch die zweite Scheibe (14) in ihrer aktiven Stellung das Auslösen des Schutzschalters steuerbar ist.

7. Schutzeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar mit zueinanderweisenden Flächen kippbar angeordneter Scheiben (12,14) durch einen zwischen den

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Scheiben (12,14) angeordneten Solenoiden (32) steuerbar ist und daß der Solenoid (32) vom Leistungsstrom direkt oder indirekt derart gespeist ist, daß die beiden Scheiben (12,14) durch die Zugkraft des Solenoiden (32) gegeneinander bewegbar sind, sobald der Strom eine vorbestimmte Auslöseschwelle überschritten hat.

8. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1,6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Scheibe (12) ein nachgiebiges Mittel (z.B. Feder 44) trägt und daß durch dieses nachgiebige Mittel der Schwinghebel (34) beaufschlagbar sowie zur Entriegelung der zweiten Scheibe (14) vorschleuderbar ist, während die erste Scheibe (12) in ihre aktive Stellung schwingt.

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