EP0161349A2 - Vakuumschalter - Google Patents

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EP0161349A2
EP0161349A2 EP84116492A EP84116492A EP0161349A2 EP 0161349 A2 EP0161349 A2 EP 0161349A2 EP 84116492 A EP84116492 A EP 84116492A EP 84116492 A EP84116492 A EP 84116492A EP 0161349 A2 EP0161349 A2 EP 0161349A2
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EP
European Patent Office
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actuating rod
vacuum switch
switch according
rocker
metal strips
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EP0161349B1 (de
EP0161349B2 (de
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Hans-Rudolf Wüthrich
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General Electric Switzerland GmbH
Original Assignee
Sprecher Energie AG
Sprecher und Schuh AG
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/60—Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/66—Vacuum switches
    • H01H33/6606—Terminal arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/58—Electric connections to or between contacts; Terminals
    • H01H1/5833—Electric connections to or between contacts; Terminals comprising an articulating, sliding or rolling contact between movable contact and terminal

Definitions

  • the invention relates to a vacuum switch according to the preamble of patent claim 1.
  • the vacuum switch of switches for comparable voltages, but of a different type e.g. low-oil switches or pressure gas switches is the comparatively small switching stroke that the movable contact piece performs.
  • this enables a very compact design.
  • the actuating rod which is led out of the vacuum vessel and is electrically connected to the movable contact piece (as with switches of a different design) is to be connected to one of the fixed connections of the switch via a connecting conductor.
  • this connecting conductor consists of a copper wire or flexible current strips, which are usually provided on both ends with soldered cable lugs, which in turn are connected to the connection on the one hand and to the actuating rod on the other hand are clamped by means of a threaded bolt.
  • This connecting conductor requires some effort to manufacture and assemble and is - when carrying high currents - exposed to the magnetic forces emanating from it, with the result that the position and shape of this connecting conductor within the switch can change from switching stroke to switching stroke because of the copper wire is very flexible.
  • the actuating rod is surrounded by a non-circular (preferably corrugated) sleeve made of a highly conductive material, the inside of which touches the outside of the actuating rod along one or more of its surface lines.
  • This sleeve is in turn surrounded by a stationary tube which is arranged coaxially to the actuating rod and which is firmly connected to the one connection.
  • Compressible rods for example made of rubber, are used between the inside of the tube and the outside of the non-circular sleeve, which tend to deform the non-circular sleeve and thus keep it in contact with both the tube and the actuating rod.
  • This design probably ensures good contact between the actuating rod and the switch connection with a low frictional connection, but is associated with very great design effort and is of no benefit from the characteristic short switching strokes for vacuum switches.
  • the proposed vacuum switch has the features specified in the characterizing part of patent claim 1.
  • a vacuum switch 10 which has a vacuum vessel 11 in which both a fixed and a movable contact piece (both not shown) are accommodated.
  • the movable contact piece is connected to an electrically conductive actuating rod 12, which is sealingly but displaceably guided out of the vacuum vessel 11.
  • the actuating rod 12 is provided with an eyelet 13, to which a switch drive (not shown) is connected, in order to move the actuating rod 12 (and thus the movable contact piece) from the switch-on position shown in solid line in FIG. and vice versa) to move the stroke 14.
  • connection 15 of the vacuum switch 11 here has the shape of a solid profile with an E-shaped cross section.
  • a housing 16 surrounding the actuating rod 12 is connected to the switch drive (not shown) via an insulator 17. Busbars, cable outlets or isolating contacts (all not shown) can be connected to the connection 15.
  • the electrical connection between the actuating rod 12 and the connection 15 is perceived by a rocker 18, the construction of which is described below.
  • the rocker 18 has two elongated, exactly identically profiled, but mirror images arranged metal strips 19, 20, for example made of copper or a copper alloy, which have an essentially rectangular cross section.
  • the opposite end sections 21, 23 and 22, 24 of the metal strips 19 and 20 diverge from each other, so that the ends of the rocker 18 appear forked.
  • These end sections are shaped in such a way that they contact a cylindrical section 25 of the actuating rod on the one hand or the middle leg 26 of the connection 15 in a frictionally and resilient manner in the manner of a pair of tweezers or pliers.
  • the metal strips 19, 20 run straight and parallel to one another, the long sides of their rectangular cross section facing each other.
  • the metal strips 18, 19 from a sleeve se 27 penetrates through which a threaded bolt 28 with a screwed nut 29 leads.
  • a compression spring 31 is supported, which prestresses the metal strips 19, 20 towards one another, but a spacer 32 made of an insulating material may be present between them, which ensures that cannot touch the two metal strips 18, 19 in their central sections.
  • the compression spring 31 ensures that the end sections 21, 23 and 22, 24 of the metal strips 19, 20 touch the section 25 and the central leg 26 with sufficient contact pressure. It should also be noted that if the two metal strips 19, 20 carry a high current, this contact pressure is increased further, since the metal strips 19, 20 attract each other due to the magnetic field created as a result of the current.
  • FIGS. 3-6 differs from that of FIGS. 1 and 2 essentially in that the part of the connection 15 intended for engagement with the end sections 22, 24 of the metal strips 19, 20 does not have the shape of a rib , but the shape of a cylindrical stub, the axis of which is perpendicular to the axis of the actuating rod 12.
  • the end sections 22, 24 are concave on the sides facing one another, so that they essentially nestle against the stub 27. This eliminates the need for stops on the side of the connection 15.
  • the inner sides of the end sections 22, 24 which are in engagement with the stub 37, as in FIG. 6, are the inner sides of the end sections 21, 23 which are in engagement with the section 25, with wart-shaped elevations 38 and 39 formed by embossing Mistake.
  • These surveys 38, 39 serve to create precisely defined contact points and, moreover, they provide them for that, regardless of tolerances and dimensional inaccuracies, each metal strip 19, 20 of the rocker 18 always has two safe contact points at each end, which is important for the rated current supply.
  • the surface-specific contact pressure is increased (similar to roller contacts), while the self-cleaning of the contact surfaces remains guaranteed.
  • the rocker 18 could also be formed in one piece. If, in the preferred embodiments shown, the rocker is described as consisting of the two metal strips 19, 20, it is because the two metal strips 19, 20 can be produced very easily by punching, if necessary with simultaneous embossing, and because this results in the assembly of the Rocker 18 in the switch 11 is facilitated.

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Abstract

Die aus einem Vakuumgefäß herausgeführte, axial hin und her verschiebbare Betätigungsstange (12) und einer der Anschlüsse (15) des Schalters (10) sind über einen Verbindungsleiter miteinander verbunden. Um den kurzen, für Vakuumschalter charakteristischen Schalthub auszunützen und damit den konstruktiven Aufwand für den Verbindungsleiter zu vermindern, ist dieser als steife Wippe (18) ausgebildet, deren Enden (21, 23; 22, 24) gegabelt sind. Diese Enden (21, 23; 22, 24) greifen an der Betätigungsstange (12) einerseits und an einem am Anschluss (15) vorhandenen, in Richtung der Betätigungsstange (12) abstehenden Vorsprung (26) je an einander gegenüberliegenden Stellen reibschlüssig und federnd an.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Vakuumschalter gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
  • Eines der Merkmale, das Vakuumschalter von Schaltern für vergleichbare Spannungen, jedoch anderer Bauart z.B. oelarmen Schaltern oder Druckgasschaltern, unterscheidet, ist der vergleichsweise geringe Schalthub, den das bewegliche Kontaktstück ausführt. Dies ermöglicht unter anderen Dingen eine sehr kompakte Bauweise. Die aus dem Vakuumgefäss herausgeführte und mit dem beweglichen Kontaktstück elektrisch verbundene Betätigungsstange ist jedoch (wie bei Schaltern anderer Bauweise) über einen Verbindungsleiter mit einem der ortsfesten Anschlüsse des Schalters zu verbinden.
  • Bei bekannten Vakuumschaltern der eingangs genannten Art (beispielsweise gemäss in CH-PS 551 687 oder 585 959) besteht dieser Verbindungsleiter aus einer Kupferlitze oder flexiblen Strombändern, die in der Regel beiderends mit verlöteten Kabelschuhen versehen ist, die ihrerseits am Anschluss einerseits und an der Betätigungsstange andererseits mittels eines Gewindebolzens festgeklemmt sind. Dieser Verbindungsleiter bedarf zu seiner Herstellung und Montage einigen Aufwandes und ist - beim Führen hoher Ströme - den von diesen ausgehenden magnetischen Kräften ausgesetzt mit der Folge, dass sich die Lage und Form dieses Verbindungsleiters innerhalb des Schalters von Schalthub zu Schalthub verändern kann, weil die Kupferlitze sehr biegsam ist.
  • Andere Vakuumschalter haben für diesen Verbindungsleiter Bauweisen übernommen, die bei Schaltern mit erheblich grösseren Schalthüben üblich sind. So weisen beispielsweise die in der CH-PS 558 078 beschriebenen Vakuumschalter zwischen den in die Vakuumgefässe führenden Betätigungsstangen und den zugeordneten Anschlüssen erstere umschliessende Gleitkontakte auf. Bei solchen Gleitkontakten hat der vom Schalterantrieb zu überwindende Reibschluss sehr erheblich zu sein, um eine gute Kontaktgabe zu gewährleisten.
  • Um diesen Reibschluss zu vermindern, ist beim Vakuumschalter gemäss der US-PS 3.997.741 die Betätigungsstange von einer unrunden (vorzugsweise gewellten) Hülse aus einem gut leitenden Material umgeben, deren Innenseite die Aussenseite der Betätigungsstange längs einer oder mehrer ihrer Mantellinien berührt. Diese Hülse ist ihrerseits von einem koaxial zur Betätigungsstange angeordneten, ortsfesten Rohr umgeben, das fest mit dem einen Anschluss verbunden ist. Zwischen der Innenseite des Rohres und der Aussenseite der unrunden Hülse sind komprimierbare Stäbe, beispielsweise aus Gummi, eingesetzt, die bestrebt sind, die unrunde Hülse deformiert und damit im Kontakt sowohl mit dem Rohr als auch mit der Betätigungsstange zu halten. Diese Bauweise gewährleistet wohl eine gute Kontaktgabe zwischen Betätigungsstange und Schalteranschluss bei geringem Reibschluss ist aber mit sehr grossem konstruktiven Aufwand verbunden und vermag keinen Nutzen aus den für Vakuumschalter charakteristischen kurzen Schalthüben zu ziehen.
  • Bezüglich konstruktiven Aufwandes und fehlender Berücksichtigung der charakteristisch kurzen Schalthübe lässt sich ähnliches vom Vakuumschalter gemäss der US-PS 3.958.093 sagen, bei dem Rollenkontakte mit der Mantelfläche der Betätigungsstange im Eingriff stehen.
  • Es ist daher ein Zweck der Erfindung, einen Vakuumschalter der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem der Verbindungsleiter bezüglich konstruktivem Aufwand besonders einfach ist und dennoch eine einwandfreie Kontaktgabe zwischen Betätigungsstange und Anschluss bei geringer Hemmung des Schalterantriebes gewährleistet.
  • Zu diesem Zweck weist der vorgeschlagene Vakuumschalter die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale auf.
  • Bevorzugte Ausführungsformen des vorgeschlagenem Vakuumschalters sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
  • Die Erfindung ist nachstehend rein beispielsweise anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
    • Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch die im vorliegenden Zusammenhang wesentlichen Bestandteile eines Vakuumschalters längs der Linie I - I der Fig. 2 ,
    • Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II - II der Fig. l,
    • Fig. 3 in ähnlicher Darstellungsweise wie Fig. 1 eine Ausführungsvariante im Schnitt längs der Linie III - III der Fig. 4,
    • Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie IV - IV der Fig. 3,
    • Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie V - V der Fig. 3, und
    • Fig. 6 einen um 90° gedreht dargestellten Schnitt längs der Linie VI - VI der Fig. 3.
  • In der Fig. 1 und 2 sind Teile eines Vakuumschalters 10 gezeigt. Dieser besitzt ein Vakuumgefäss 11, in dem sowohl ein festes als auch ein bewegliches Kontaktstück (beide nicht dargestellt) untergebracht sind. Das bewegliche Kontaktstück ist mit einer elektrisch leitenden Betätigungsstange 12 verbunden, die dichtend, jedoch verschiebbar aus dem Vakuumgefäss 11 herausgeführt ist. An ihrem vom Vakuumgefäss entfernten Ende ist die Betätigungsstange 12 mit einer Oese 13 versehen, an der ein nicht dargestellter Schalterantrieb angeschlossen ist, um die Betätigungsstange 12 (und damit das bewegliche Kontaktstück) von der in Fig. 1 ausgezogen dargestellten Einschaltin die gestrichelt dargestellte Ausschaltstellung (und umgekehrt) um den Hub 14 zu bewegen.
  • Der der Betätigungsstange 12 zugeordnete, ortsfeste Anschluss 15 des Vakuumschalters 11 besitzt hier die Form eines massiven, im Querschnitt E-förmigen Profils. Ein die Betätigungsstange 12 umgebendes Gehäuse 16 ist über einen Isolator 17 mit dem nicht dargestellten Schalterantrieb verbunden. An den Anschluss 15 können Stromschienen, Kabelabgänge oder Trennkontakte (alle nicht dargestellt) angeschlossen sein.
  • Die elektrische Verbindung zwischen der Betätigungsstange 12 und dem Anschluss 15 wird von einer Wippe 18 wahrgenommen, deren Aufbau nachstehend beschrieben ist. Die Wippe 18 weist zwei langgestreckte, genau gleich profilierte, jedoch spiegelbildlich angeordnete Metallstreifen 19, 20, beispielsweise aus Kupfer oder aus einer Kupferlegierung auf, die einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Die einander gegenüberliegenden Endabschnitte 21, 23 und 22, 24 der Metallstreifen 19 bzw. 20 divergieren voneinander, so dass die Enden der Wippe 18 gegabelt erscheinen. Diese Endabschnitte sind so geformt, dass sie einen zylindrischen Abschnitt 25 der Betätigungsstange einerseits bzw. den mittleren Schenkel 26 des Anschlusses 15 je an einander gegenüberliegenden Stellen reibschlüssig und federnd in der Art einer Pinzette oder Zange berühren.
  • Zwischen den Endabschnitten 21, 22 bzw. 23, 24 verlaufen die Metallstreifen 19, 20 gerade und parallel zueinander, wobei jeweils die Längsseiten ihres rechteckigen Querschnittes einander zugekehrt sind.
  • Mittig sind die Metallstreifen 18, 19 von einer Hülse 27 durchsetzt, durch die ein Gewindebolzen 28 mit aufgeschraubter Mutter 29 führt. Zwischen einer am Kopf des Gewindebolzens 28 anliegenden Unterlagsscheibe 30 und dem Metallstreifen 18 ist eine Druckfeder 31 abgestützt, die die Metallstreifen 19, 20 aufeinander zu vorspannt, wobei aber zwischen diesen ein Abstandhalter 32 aus einem Isolierstoff vorhanden sein kann, der dafür sorgt, dass sich die beiden Metallstreifen 18, 19 in ihren mittleren Abschnitten nicht berühren können.
  • Die Druckfeder 31 sorgt dafür, dass die Endabschnitte 21, 23 bzw. 22, 24 der Metallstreifen 19, 20 mit einem ausreichenden Kontaktdruck den Abschnitt 25 bzw. den mittleren Schenkel 26 berühren. Dabei ist zusätzlich zu beachten, dass wenn die beiden Metallstreifen 19, 20 einen hohen Strom führen, dieser Kontaktdruck noch eine Erhöhung erfährt, da die Metallstreifen 19, 20 wegen des infolge des Stromes entstehenden Magnetfeldes sich gegenseitig anziehen.
  • Der Fig. 1 ist zu entnehmen, dass an beiden Enden des zylindrischen Abschnittes 25 der Betätigungsstange 12 zwei axiale Anschläge 33, 34 vorhanden sind, zwischen die die Endabschnitte 21, 23 mit Spiel eingreifen. Ebenso sind am Schenkel 26 zwei axiale Anschläge 35, 36 vorhanden, zwischen die die Endabschnitte 22, 24 mit Spiel eingreifen. Damit ist die axiale Lage der Enden der Wippe 18 in bezug auf die Betätigungsstange 12 festgelegt und ebenso ist das in Fig. 1 und 2 links erscheinende Ende der Wippe 18 in seiner Lage in bezug auf den Schenkel 26 festgelegt.
  • Der Fig. 1 ist auch zu entnehmen, dass die Länge der Wippe 18 ein mehrfaches des Hubes 14 beträgt. Daraus ergibt sich, dass bei einem Schalthub die Berührungslinien zwischen den Endabschnitten 21, 23 und dem Abschnitt 25 sowie zwischen den Endabschnitten 22, 24 und dem Schenkel 26 sich nur ganz geringfügig verschieben, wobei nur geringe Reibungsverluste entstehen. Die Verschiebung reicht jedoch aus, um die Selbstreinigung der Kontaktlinien zu gewährleisten.
  • Die in den Fig. 3 - 6 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von jener der Fig. 1 und 2 im wesentlichen dadurch, dass der zum Eingriff mit den Endabschnitten 22, 24 der Metallstreifen 19, 20 bestimmte Teil des Anschlusses 15 nicht die Form einer Rippe hat, sondern die Form eines zylindrischen Stummels, dessen Achse rechtwinklig zur Achse der Betätigungsstange 12 steht.
  • Dementsprechend sind die Endabschnitte 22, 24 an den einander zugekehrten Seiten konkav ausgebildet, so dass sie sich im wesentlichen dem Stummel 27 anschmiegen. Dadurch entfällt die Notwendigkeit von Anschlägen auf der Seite des Anschlusses 15.
  • Ausserdem sind gemäss Fig. 5 die mit dem Stummel 37 im Eingriff stehenden Innenseiten der Endabschnitte 22, 24 ebenso wie gemäss Fig. 6 die mit dem Abschnitt 25 im Eingriff stehenden Innenseiten der Endabschnitte 21, 23 mit durch Prägung entstandenen warzenförmigen Erhebungen 38 bzw. 39 versehen. Diese Erhebungen 38, 39 dienen dazu, genau definierte Kontaktpunkte zu schaffen und überdies sorgen sie dafür, dass unabhängig von Toleranzen und Dimensionsungenauigkeiten jeder Metallstreifen 19, 20 der Wippe 18 immer an jedem Ende zwei sichere Kontaktpunkte aufweist, was für die Nennstromführung von Bedeutung ist. Ueberdies wird gleichzeitig der flächenspezifische Kontaktdruck (ähnlich wie bei Rollenkontakten) erhöht, wobei gleichzeitig die Selbstreinigung der Kontaktflächen gewährleistet bleibt.
  • Die Wippe 18 könnte auch einstückig ausgebildet sein. Wenn in den dargestellten, bevorzugten Ausführungsformen die Wippe als aus den beiden Metallstreifen 19, 20 bestehend beschrieben sind, so deshalb, weil sich die beiden Metallstreifen 19, 20 sehr einfach durch Stanzen, allenfalls mit gleichzeitiger Prägung, herstellen lassen und weil dadurch die Montage der Wippe 18 im Schalter 11 erleichtert wird.

Claims (11)

1. Vakuumschalter mit einer dichtend aus einem Vakummgefäss (11) herausgeführten, axial um einen Hub (14) hin und her verschiebbaren Kontakt-Betätigungsstange (12), die über wenigstens einen Verbindungsleiter (18) mit einem der Anschlüsse (15) des Schalters elektrisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsleiter als steife, quer von der Betätigungsstange (12) abstehende Wippe (18) aus einem elektrisch leitenden Material ausgebildet ist, die mindestens an ihren Enden (21, 23; 22, 24) geteilt ist und mit diesen Enden an der Betätigungsstange (12) einerseits und an einem am Anschluss (15) vorhandenen, von diesem in Richtung der Betätigungsstange (12) abstehenden Vorsprung (26; 37) andererseits je an einander gegenüberliegenden Stellen unter Federwirkung reibschlüssig angreifen.
2. Vakuumschalter nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wippe (18) an ihren Enden (21, 23; 22, 24) gegabelt ist.
3. Vakuumschalter nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Betätigungsstange (12) mit Anschlägen (33, 34) versehen ist, die die axiale Relativlage des mit dieser zusammenwirkenden Endes (21, 23) der Wippe (18) 'in bezug auf die Betätigungsstange (12) festlegen.
4. Vakuumschalter nach einem der vorangehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wippe (18) zwei langgestreckte Metallstreifen (19, 20) aufweist, die im Abstand voneinander gehalten sind und deren Endabschnitte (21, 22; 23, 24) voneinander divergieren.
5. Vakuumschalter nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallstreifen (19, 20) einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweisen und mit einander zugekehrten Längsseiten des Querschnittes im Abstand voneinander gehaltert sind.
6. Vakuumschalter nach Patentanspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mittleren Abschnitte der Metallstreifen (19, 20) parallel zueinander sind.
7. Vakkumschalter nach einem der Patentansprüche 4 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Metallstreifen (19, 20) unter der Wirkung einer Feder (31) stehen, die die Metallstreifen (19, 20) gegeneinander vorspannt.
8. Vakuumschalter nach einem der Patentansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mit der Betätigungsstange (12) und mit dem Vorsprung (26; 37) im Eingriff stehenden Flächen der Enden (21, 23; 22, 24) der Wippe (18) mit warzenförmigen Erhebungen (38, 39) versehen sind.
9. Vakuumschalter nach einem der Patentansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Wippe (18) ein mehrfaches des Hubes (14) der Betätigungsstange (12) beträgt.
10. Vakkumschalter nach einem der Patentansprüche 4 - 7, dadurch gekennzeichnet, dass der am Anschluss (15) vorhandene Vorsprung die Form eines zylindrischen Stummels (37) aufweist, dessen Achse rechtwinklig zur Betätigungsstange (12) ist, wobei die mit diesem Vorsprung zusammenwirkenden Enden (22, 24) der beiden Metallstreifen (19, 20) eine den Stummel (37) teilweise umgreifende Form aufweisen.
11. Vakuumschalter nach einem der Patentansprüche 4 - 9, dadurch gekennzeichnet, dass der am Anschluss (15) vorhandene Vorsprung eine an diesem angeformte, zur Betätigungsstange (12) parallele Rippe (26) ist, die mit zwei, die entsprechenden Enden (22, 24) der Metallstreifen (19, 20) mit Spiel zwischen sich aufnehmenden Anschlägen (35, 36) versehen ist.
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CH244384 1984-05-18
CH244384 1984-05-18
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Publication Number Publication Date
EP0161349A2 true EP0161349A2 (de) 1985-11-21
EP0161349A3 EP0161349A3 (en) 1986-12-10
EP0161349B1 EP0161349B1 (de) 1988-11-17
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