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Abgesehen von der sehr aufwendigen Konstruktion ist diese vorbekannte
Schaltvorrichtung noch darin nachteilig, daß die elektrische Kontaktgabe über die
bedienungsseitig offenen Enden der Kontaktstücke und den elektrisch leitenden Einsatz
des Betätigungsglieds erfolgt, was aus Korrosionsgründen insbesondere beim Einsatz
in feuchter Umgebung wegen des veränderli-
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chen Übergangswiderstands ungünstig ist und damit ein erhebliches
Sicherheitsrisiko mit sich bringt.
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Die erforderliche Zentrierung des Betätigungsglieds beim Aufsetzen
auf den Schalterkörper, die beide nicht rotationssymmetrisch ausgebildet sind, wird
ferner durch einen bedienungsseitig über den Schalterkörper übergreifenden Rand
des Betätigungsglieds erzielt, der wiederum zu einer Richtungsabhängigkeit der Abreißkraft
führt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung
der oben erläuterten Nachteile Schaltvorrichtungen der aus der US-PS 38 01 767 bekannten
gattungsgemäßen Art so zu verbessern, daß das Betätigungsglied unter allen Betätigungsbedingungen
mit möglichst geringer Zugrichtungsabhängigkeit der Betätigungskraft sicher abziehbar
und auch leicht wieder anbringbar ist, wobei zugleich die Lebensdauer der Schaltvorrichtung
erhöht sein soll.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß nach dem Kennzeichen der Nebenansprüche
1 und 2 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Das einheitliche, beiden erfindungsgemäßen Lösungen gemeinsame Prinzip
beruht darauf, daß das frei bewegliche, abnehmbare Betätigungsglied am Schalterkörper
durch magnetische Wechselwirkung eines Permanentmagnets mit einer weichmagnetischen
Zone örtlich festlegbar ist, wobei sich der Permanentmagnet entweder im Schalterkörper
oder im beweglichen Betätigungsglied befindet, das entsprechend entweder eine weichmagnetische
Zone oder einen Permanentmagneten aufweist. Gemeinsam ist ferner die Verwendung
von Reedkontaktschaltern (Schutzrohr- bzw. Schutzgaskontakten).
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Der ohne auf den Reedkontaktschalter einwirkende Magnetfelder vorliegende
Schaltzustand, kann je nach dem speziellen Anwendungsfall geschlossenen oder geöffneten
Schaltkontakten entsprechen. Die Schalthysterese spielt ferner keine Rolle, da das
bewegliche Betätigungsglied ohnehin in jedem Betätigungsfall vollständig vom ortsfesten
Teil entfernt wird.
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Im Fall des Gegenstands des Anspruchs 1, in dem das bewegliche Betätigungsglied
einen Permanentmagneten aufweist, besteht der Schalterkörper im Bereich der Auflagefläche
für das bewegliche Betätigungsglied mindestens teilweise aus weichmagnetischem Material,
das in Form von eingesetzten Platten geeigneter Größe oder anderen Einsätzen mit
bedienungsseitiger Planfläche vorgesehen sein kann, deren Planfläche als »Klebefläche«
für den Permanentmagneten des Betätigungsglieds dient.
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Beim Gegenstand des Anspruchs 2 befindet sich der Reedkontaktschalter
im Bereich des Magnetfelds des im Schalterkörper vorgesehenen Permanentmagnets,
der so ausgerichtet ist, daß sich der Reedkontaktschalter in einem von seinem Ruhe-Schaltzustand
unter magnetfeldfreien Bedingungen abweichenden Schaltzustand befindet. Bei hinreichender
Verringerung des magnetischen Flusses bzw. Kurzschließen des Permanentmagnets durch
Aufsetzen des aus weichmagnetischem Material bestehenden beweglichen Betätigungsglieds
auf die beiden Magnetpole bzw. Polschuhe schaltet der Reedkontaktschalter aufgrund
der Feldabschirmung wieder in seinen Ruhe-Schaltzustand zurück. Durch geeignete
Wahl des Reedkontaktschalters als zweipoligen Schalter oder dreipoligen Umschalter
kann jeder Schaltaufgabe (Öffnen oder Schließen) Rechnung getragen werden.
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Im Rahmen der Erfindung können auch mehrere Permanentmagnete im Schalterkörper
vorgesehen sein, jedoch sind Ausführungsformen mit nur einem Permanentmagneten aus
konstruktiven, herstellungstechnischen und wirtschaftlichen Gründen bevorzugt.
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Die bedienungsseitigen Pol- bzw. Polschuhflächen der Permanentmagnete
bzw. die Oberflächen der weichmagnetischen Platten oder Einsätze, die im Schalterkörper
innerhalb der Auflagefläche vorgesehen sind, können in der Ebene der Auflagefläche
liegen oder ihr gegenüber etwas höher angeordnet sein. Bei Höhengleichheit oder
geringfügigem Vorspringen dieser Flächen in Bezug auf die Ebene der Auflagefläche
»kleben« die aufgesetzten entsprechenden beweglichen Betätigungsglieder, die eine
weichmagnetische Platte bzw. einen Permanentmagneten aufweisen, besonders gut, was
zu hoher Haftkraft führt. Andererseits können die betreffenden Wechselwirkungsflächen
im Schalterkörper auch verdeckt unterhalb der Ebene der Auflagefläche liegen, was
insbesondere bei Verwendung von Kunststoffmaterialien für den Schalterkörper und
Anwendung im Freien in Gegenwart von Feuchtigkeit, z. B. bei Sportbooten, vorteilhaft
ist, da dann keine Korrosionsschutzmaßnahmen am Schalterkörper zu treffen sind.
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Die Anlagefläche des Betätigungsglieds ist an die Auflagefläche im
Schalterkörper in der Weise formangepaßt, daß die zur Erzielung des Schaltvorgangs
beim Aufsetzen erforderliche Flächendeckung vorliegt.
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Durch geeignete Wahl der Größe der Auflagefläche und der magnetischen
Feldstärke der Permanentmagnete sowie der Dicke und Fläche der weichmagnetischen
Teile kann die Haftkraft, d. h. die beim Abziehen des beweglichen Betätigungsglieds
vom Schalterkörper zu überwindende Kraft, innerhalb weiter Grenzen eingestellt und
die Schaltvorrichtung so dem jeweiligen Einsatzzweck angepaßt werden.
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Die berührungslose Betätigung von Reedkontakten durch Änderung des
magnetischen Flusses mit beweglichen Permanentmagneten ist für sich allgemeiner
Stand der Technik (vgl. etwa Elektronik Lexikon, 2. Aufl. 1982, S.497, Stichwort
Relais, Reedrelais; Lueger Lexikon der Technik, rororo Technik Lexikon, Fördertechnik
und Fabrikorganisation, Band 2, S.276, Stichwort Magnet-Endschalter). Derartige
Reedkontaktschalter werden in weitem Umfang technisch angewandt. Typische Einsatzbeispiele
sind Näherungsschalter (DE-GM 74 23 850), druckmittelbetätigte Schalter (DE-GM 74
24 102 und DE-GM 8229493) bzw. Manometer (DE-GM 76 03 490 und DE-GM 82 29 494) sowie
etwa Tastenschalter für Fernsprechgeräte und Tastaturen bzw. Keyboards von Computern
(DE-OS 2546 047 und 28 22 700). Reedkontaktschalter wurden ferner z. B.
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auch als Türschalter für Kühlmöbel mit magnetischer Türdichtungseinlage
angegeben (DE-OS 29 05 698).
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Allen diesen herkömmlichen Schalterkonzeptionen ist gemeinsam, daß
das bewegliche Betätigungsglied, das ein Permamentmagnet oder eine weichmagnetische
Schlußplatte sein kann, in irgendeiner Weise mechanisch zwangsgeführt ist, also
nicht völlig frei beweglich und entfernbar ist.
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Der DE-OS 29 09 448 ist ferner ein magnetisch betätigter elektrischer
Schalter zu entnehmen (dortige Ansprüche 4 und 5, Fig. 4 und 5), dessen entfernbares
Betätigungsglied einen Permanentmagneten aufweist und als Stecker in eine entsprechende
Passung im ortsfesten Teil unter gleichzeitiger Betätigung des darin vorgesehenen
Schalters eingesteckt werden kann. Die Fixierung des beweglichen Betätigungsglieds
erfolgt hier rein me-
chanisch in der Passung bzw. durch die Wechselwirkung
des Permanentmagnets im beweglichen Betätigungsglied mit einem im ortsfesten Teil
angeordneten weiteren Permanentmagneten, dessen Polschuhe zudem zugleich als Schaltkontakte
dienen.
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Aus der DE-OS 28 04 952 ist eine Vorrichtung zur Betätigung von innerhalb
eines gasdichten Gehäuses wandnah angeordneten, magnetisch beeinflußbaren Schaltern
bekannt, die eine Magnethaltevorrichtung mit einem Permanentmagneten aufweist, die
außen in der Position des innenliegenden Schalters auf die Gehäuse--wand aufsetzbar
und von ihr abnehmbar ist. Zur örtlichen Fixierung des beweglichen Betätigungsglieds
in der Position des Schalters sind, wie die Fig.2 bis 5 dieser Druckschrift zeigen,
in Sacklöchern mit Gewinde von außen einschraubbare Gewindeschrauben bzw.
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Kapseln mit Permanentmagnet oder in die Schalterstellungen schwenkbare
oder verschiebbare Träger mit Permanentmagneten vorgesehen.
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Abgesehen davon, daß es sich hierbei um eine Lösung der speziellen
Aufgabe handelt, Reedkontaktschalter durch ein gasdichtes Gehäuse hindurch sicher
zu schalten, und die örtliche Fixierung des beweglichen Betätigungsglieds durch
rein mechanische Maßnahmen erfolgt, erlaubt diese Vorrichtung wegen des nicht unmittelbar
durch Zug- oder Scherkrafteinwirkung entfernbaren Betätigungsglieds keine Schnell-
bzw. Notschaltung elektrischer Stromkreise, deren Zurückschalten in den Betriebszustand
eines Eingriffs am ortsfesten Teil bedarf (Wiederanbringung des beweglichen, abgezogenen
Betätigungsglieds nach erfolgter Betätigung).
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Die berührungslose Betätigung von Reedkontaktschaltern durch Änderung
des magnetischen Flusses durch magnetische Abschirmung des Reedkontaktschalters
bzw. eines Permanentmagnets ist ebenfalls prinzipieller Stand der Technik.
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So ist beispielsweise aus der DE-PS 29 06 522 ein magnetischer Näherungsschalter
mit U-förmigem Querschnittsprofil bekannt, bei dem in einem Schenkel des U-Profils
ein Reedkontaktschalter und im anderen Schenkel zwei über eine magnetische Rückschlußplatte
feldmäßig miteinander verbundene Permanentmagnete angeordnet sind, die den Reedkontaktschalter
durch ihr Magnetfeld in einen von seinem Ruhe-Schaltzustand ohne Magnetfeldeinwirkung
abweichenden Schaltzustand schalten. Beim Hineinbewegen eines weichmagnetischen
Schaltglieds in den Spalt zwischen den Schenkeln des U-Profils kehrt der Reedkontaktschalter
aufgrund der magnetischen Abschirmung in seinen Ruhe-Schaltzustand zurück, während
er beim Herausbewegen des Schaltglieds wieder in den unter magnetischer Feldeinwirkung
vorliegenden Schaltzustand geschaltet wird.
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Durch das DE-GM 78 16 830 ist schließlich ein Näherungsschalter mit
einem durch benachbart angeordnete Permanentmagnete in einem von seinem Ruhe-Schaltzustand
abweichenden Schaltzustand gehaltenen Reedkontaktschalter bekanntgeworden, der zur
stationären Anbringung an Türen und Rolläden von Feuerwehrfahrzeugen vorgesehen
ist und durch ein in der betreffenden Tür oder einer Rolladenlamelle vorgesehenes
weichmagnetisches Eisenstück bei Annäherung in sein nen Ruhezustand geschaltet wird.
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Den auf der Betätigung eines Reedkontaktschalters durch Änderung
des magnetischen Flusses mit einem beweglichen weichmagnetischen Betätigungsglied
beruhenden herkömmlichen Schaltvorrichtungen ist -ebenso wie den oben erläuterten
Vorrichtungen mit
Permanentmagneten als Betätigungsglied - gemeinsam, daß das Betätigungsglied
mechanisch zwangsgeführt und nicht frei beweglich und vollständig entfernbar ist,
so daß sie mit quickstopartigen Schaltvorrichtungen der der vorliegenden Erfindung
zugrundeliegenden Art gattungsmäßig nicht vergleichbar sind, zumal in diesen Fällen
aufgrund der Zwangsführung keine spezielle örtliche Fixierung des beweglichen Betätigungsglieds
als solches erforderlich und daher auch nicht vorgesehen ist. Ferner wird bei Näherungsschaltern
ein Annäherungsvorgang dynamisch erfaßt, der bei einer bestimmten geometrisch vorgegebenen
örtlichen Zuordnung zwischen ortsfestem Teil und beweglichem Betätigungsglied einen
Schaltvorgang auslöst, bei dem auch die Schalthysterese eine Rolle spielt, während
es bei den hier gattungsmäßig zugrundliegenden quickstopartigen Schaltern nur auf
die Erfassung eines quasistationären Schaltzustands ankommt, bei dem die Schalthysterese
irrelevant ist, wobei nach jedem Abschaltvorgang das bewegliche Betätigungsglied
von der Bedienungsperson wieder auf die Auflagefläche des ortsfesten Teils aufgesetzt
werden muß.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen
gemäß den F i g. 2 bis 4 näher erläutert; es zeigt F i g. 2 eine Schaltvorrichtung
nach Anspruch 1 in einer Draufsicht auf die Bedienungsseite (F i g. 2A) bzw.
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im Querschnitt längs der Linie XX' in Fig.2A (Fig. 2B); F i g. 3 eine
Schaltvorrichtung nach Anspruch 2 in einer Draufsicht auf die Bedienungsseite (F
i g. 3A) bzw.
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im Querschnitt längs der Linie XX'in F i g. 3A (Fig. 3B) bzw. eine
Detaildarstellung des im Schalterkörper vorgesehenen Permanentmagnets (F i gs3C)
und Fig.4 eine alternative Ausführungsform des Schalterkörpers der Schaltvorrichtung
nach Anspruch 2 in einer Draufsicht auf die Bedienungsseite.
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Die in Fig.2 gezeigte Ausführungsform nach Anspruch 1, die in Fig.
2A in einer Vorderansicht von der Bedienungsseite her und in F i g. 2B im Querschnitt
längs der Linie XX' von F i g. 2A dargestellt ist, weist einen im Inneren des Schalterkörpers
19 angeordneten Reedkontaktschalter 24 auf, dessen Zungenkontakte unterhalb der
Auflagefläche 15 liegen und so ausgerichtet sind, daß sie durch einen auf die Auflagefläche
15 aufgesetzten Permanentmagneten 14, der im beweglichen Betätigungsglied 13 vorgesehen
ist, in einen von ihrem Ruhe-Schaltzustand abweichenden Schaltzustand geschaltet
sind. Der Permanentmagnet 14 wird in auf die Auflagefläche 15 aufgesetztem Zustand
von einer oder mehreren in der Auflagefläche 15 vorgesehenen weichmagnetischen Platten
17 magnetisch festgehalten.
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Die weichmagnetischen Platten 17 sind dabei form- und flächenmäßig
so ausgebildet, daß sie einerseits den Durchgriff des Magnetfelds des Permanentmagnets
14 in auf den Schalterkörper 19 aufgesetztem Zustand auf den darunterliegenden Reedkontaktschalter
24 nicht stören, jedoch andererseits zugleich eine ausreichend feste Fixierung des
Permanentmagnets 14 ergeben.
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Die weichmagnetische Platte 17 kann beispielsweise, wie in Fig. 2A,
die Form eines Rings besitzen. Alternativ können als weichmagnetische Platten 17
ein oder mehrere Kreissegmente bzw. Kreissektoren vorgesehen sein, wie dies in F
i g. 2A gestrichelt dargestellt ist.
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Auch die Köpfe weichmagnetischer Flachkopfschrauben eignen sich günstig
als weichmagnetische Einsätze.
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Bedienungsseitig sichtbare weichmagnetische Platten 17 sind vorzugsweise
so ausgebildet, daß sie durch ihre
Form die Außenkontur der Auflagefläche
15 erkennen lassen, bei einem runden beweglichen Betätigungsglied 13 z. B. in Form
eines Rings, von Kreissegmenten, Kreissektoren u. dgl.
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Bei ausreichend starkem Zug am beweglichen Betätigungsglied 13, z.
B. über eine Schnur als Verbindung 10, deren anderes Ende analog zu F i g. 1 etwa
mit einer Druckknopfverbindung 11 und einem Armband 12 am Körper einer Bedienungsperson
befestigbar ausgebildet sein kann, wird das Betätigungsglied 13 vom Schalterkörper
19 als ortsfestem Teil 1 gelöst und fällt ab, wobei der Reedkontaktschalter 24 wieder
in seinen Ruhe-Schaltzustand unter magnetfeldfreien Bedingungen zurückkehrt.
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Fig.3 betrifft eine besonders bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Schaltvorrichtung, wobei in F i g. 3A eine Draufsicht, in F i g. 3B ein Schnitt
längs der Linie XX' in Fig.3A und in Fig.3C der gleichzeitig zu Schalt- und Haftzwecken
dienende Permanentmagnet 20 dargestellt sind.
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Der Permanentmagnet 20 ist im Schalterkörper 19 als ortsfester Teil
1 neben dem Reedkontaktschalter 24 im Beeinflussungsbereich seiner Schaltkontakte
so angeordnet, daß diese sich durch sein Magnetfeld in dem vom Ruhe-Schaltzustand
unter magnetfeldfreien Bedingungen abweichenden Schaltzustand befinden. Die Polschuhflächen
21 liegen dabei in der Ebene der Auflagefläche 15 oder etwas höher, um ein »Kleben«
des aufgesetzten beweglichen Betätigungsglieds 13 zu ermöglichen, das aus einer
weichmagnetischen, als Lasche mit Öse ausgebildeten Platte 22 besteht, deren Anlagefläche
23 größen- und formmäßig der Auflagefläche 15 entspricht.
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Durch das Aufsetzen der weichmagnetischen Platte 22 auf die Polschutflächen
21 in der Auflagefläche 15 wird das Magnetfeld des Permanentmagnets 20 kurzgeschlossen,
so daß aufgrund der damit verbundenen Verringerung des magnetischen Flusses der
Reedkontaktschalter 24 in seinen unter magnetfeldfreien Bedingungen vorliegenden
Ruhe-Schaltzustand zurückkehrt.
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Der bei der Schaltvorrichtung der F i g. 3A, 3B verwendete Permanentmagnet
20 ist in F i g. 3C perspektivisch dargestellt. Er besteht aus einem gesinterten
oder kunststoffgebundenen Permanentmagneten 25 und zwei zur Verdeutlichung davon
abgehobenen Polschuhen 26, die in montiertem Zustand in der Auflagefläche 15 etwas
gegenüber der Stirnfläche des Permanentmagnets 25 hervorstehen.
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Derartige Magnete sind handelsüblich. Gleiches gilt für die Reedkontaktschalter,
die je nach Einsatzzweck als zweipolige Schalter oder dreipolige Umschalter für
verschiedene Belastungen erhältlich sind.
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Es können auch beliebige andere Permanentmagnete verwendet werden,
mit denen ein Reedkontaktschalter geschaltet werden kann, und die zugleich eine
Pol- bzw.
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Polschuhfläche zur Fixierung des beweglichen Betätigungsglieds besitzen.
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Die Schaltvorrichtungen, bei denen das Betätigungsglied aus einer
weichmagnetischen Platte besteht, können im Schalterkörper auch mehrere Permanentmagnete
aufweisen, wodurch sich die Haftkraft in weitem Bereich variieren und einstellen
läßt.
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Die Ausführungsform von F i g. 3 ist besonders vorteilhaft, weil
sie bei sehr geringer Größe des Schalterkörpers wie auch des beweglichen Betätigungsglieds
einfachsten Aufbau besitzt, entsprechend wirtschaftlich günstig hergestellt werden
kann, sehr leicht bedienbar ist und hohe Betriebszuverlässigkeit aufweist Der in
F i g. 4 dargestellte ortsfeste Teil 1 der Schaltvorrichtung unterscheidet sich
von der Ausführungsform der F i g. 3 darin, daß zwei Permanentmagnete 20 vorgesehen
sind, die zu beiden Seiten des Reedkontaktschalters 24 so versetzt und mit umgekehrter
Polarität im Körper 19 des ortsfesten Teils 1 angeordnet sind, daß sie, ggfs. mit
Hilfe einer an der von der Bedienungsseite abliegenden Seite angeordneten Rückschluß
platte, den Reedkontaktschalter 24 in seinen vom Ruhe-Schaltzustand unter magnetfeldfreien
Bedingungen abweichenden Schaltzustand schalten, der beim Aufsetzen des aus einer
entsprechend formangepaßten weichmagnetischen Platte bestehenden beweglichen Betätigungsglieds
auf die Auflagefläche 15 aufgrund der magnetischen Flußverringerung wieder in seinen
Ruhe-Schaltzustand zurückkehrt Durch diese Anordnung wird, falls für den betreffenden
Anwendungsfall erforderlich, ähnlich wie bei den Schaltvorrichtungen der F i g.
2 und 3, eine noch festere reversible Fixierung des beweglichen Betätigungsglieds
erreicht.
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Das bewegliche Betätigungsglied 13 der Schaltvorrichtungen kann nicht
nur eine Bohrung oder Öse zur Befestigung einer flexiblen Verbindung 10, etwa mit
Druckknopfverbindung 11 und Armband 12, wie in F i g. 1 dargestellt, aufweisen;
sondern alternativ für andere Einsatzzwecke auch mit einem Ringhaken, einem Handgriff
oder anderen Betätigungseinrichtungen versehen sein.
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Der Permanentmagnet 14 des bewegliehen Betätigungsglieds 13 ist ferner
vorteilhaft mit einem Kunststoffmantel überzogen, der die Anlagefläche 18 freiläßt,
wodurch neben Korrosionsschutz praktisch beliebige Formgebungen des beweglichen
Betätigungsglieds möglich sind.
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Die Schaltvorrichtungen sind in beliebiger Einbaulage verwendbar.
Sie eignen sich für Sicherheits-, Schutz-und Notschaltungen elektrischer Stromkreise,
bei denen z B. ein zunächst irreversibler Abschaltevorgang durch Entfernung des
beweglichen Betätigungsglieds ausgelöst werden soll, und der Wiedereinschaltvorgang
durch Wiederaufsetzen des beweglichen Betätigungsglieds vorgenommen wird, beispielsweise
zur Sicherung von Maschinen, elektrischen Geräten und Anlagen, und insbesondere
als Quickstop-Schaltvorrichtung für Boote aller Art, insbesondere für Sportboote.
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Die Schaltvorrichtungen sind wegen des im Inneren des Schalterkörpers
19 vorgesehenen Reedkontaktschalters 24 nicht nur außerordentlich betriebssicher,
sondern auch in einfacher Weise korrosionsgeschützt ausführbar, etwa durch Verwendung
rostfreier weichmagnetischer Platten 17 oder 22 bzw. korrosionsbeständiger oder
korrosionsgeschützter Permanentmagnete.
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Sie zeichnen sich ferner durch eine hohe Unempfindlichkeit gegenüber
Schlag und Stoßeinwirkung sowie durch hohe Lebensdauer aus.
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Falls erforderlich, insbesondere bei verdeckt im Inneren des Schalterkörpers
angeordneten Permanentmagneten bzw. weichmagnetischen Platten oder Einsätzen, ist
die Auflagefläche in geeigneter Weise markiert, z. B.
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durch farbige Kennzeichnung, im Bereich der Auflagefläche vom Material
des übrigen Schalterkörpers abweichendes Material, eine Ringrippe oder Ringnut am
Rand der Auflagefläche oder einen Höhenunterschied gegenüber der anschließenden
bzw. umgebenden Oberfläche des Schalterkörpers.
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Ihr Einsatz als Quickstop-Schaltvorrichtungen bei Sportbooten führt
daher aus den obigen Gründen sowie wegen der unter allen Betriebsverhältnissen erheblich
leichteren
und sicheren Abziehbarkeit des beweglichen Betätigungsglieds als beim Stand der
Technik und wegen des Fehlens von der Alterung unterliegenden Kautschukteilen zu
einem außerordentlichen Sicherheitsgewinn und damit einem deutlichen technischen
Fortschritt gegenüber herkömmlichen Quickstop-Einrichtungen.
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