EP1130615A2 - Schaltschloss fuer einen Niederspannungs-Leistungsschalter - Google Patents

Schaltschloss fuer einen Niederspannungs-Leistungsschalter Download PDF

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EP1130615A2
EP1130615A2 EP01250042A EP01250042A EP1130615A2 EP 1130615 A2 EP1130615 A2 EP 1130615A2 EP 01250042 A EP01250042 A EP 01250042A EP 01250042 A EP01250042 A EP 01250042A EP 1130615 A2 EP1130615 A2 EP 1130615A2
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EP
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shaft
functional elements
wave
switch
central shaft
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EP1130615A3 (de
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Joerg-Uwe Dahl
Ludvik Godesa
Marc Liebetruth
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • H01H2071/1063—Means for avoiding unauthorised release making use of an equilibrating mass
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    • H01H71/50—Manual reset mechanisms which may be also used for manual release
    • H01H71/505—Latching devices between operating and release mechanism

Definitions

  • the invention is in the field of electrical switches and is in the constructive design of one in low voltage networks the circuit breaker used, with a key switch with a ratchet mechanism is equipped.
  • Switch locks used in the aforementioned circuit breakers serve as a mechanical link between the Drive members and the contact members and include all mechanical elements that the switching ratio when switching on - For closing relatively movable Switch contacts - and when triggered - to open the switch contacts - and the latching - locking of the contact apparatus of the circuit breaker in the respective switch position - serve.
  • the ratchet mechanism is a commonly used one Construction materials in switch locks.
  • a known device for controlling the activation of a Circuit breaker has a switch lock in which a release ratchet lever on a release half-shaft supports.
  • the tripping half-wave serves the contact members to latch in the on position and this latch to be able to pick it up again.
  • Unlocking done by movements of actuators or release devices transferred to functional elements (carrier, bracket) with the central shaft of the release half-wave are connected in a manner not shown and which protrude radially from this shaft.
  • the well-known switch lock also has a switch-on half-wave on which a Switch-on pawl lever supports.
  • the swiveling of the switch-on half-wave is the same in a half-wave region of the central shaft of this Half-wave-assisted ratchet lever released.
  • the Switch-on ratchet lever is mechanical with an energy store connected, its energy after the release of the switch lever is transferred to the contact members in this way, that the switch contacts are closed and thus the circuit breaker is switched on.
  • For swiveling the switch-on half-wave are also movements of actuation or Release devices on from a central shaft of the Switch-on half-wave radially protruding functional elements transferred (DE 43 33 828).
  • actuating arms for force application or Actuating arms for locking elements from the same Semi-finished product and less with the processing methods mentioned are easy to manufacture, you combine it as a turned / milled part trained central shaft for example with as Plastic pointed part or formed as a sheet metal part Functional elements, the design of which in Area of the central shaft a correct, permanent and non-rotatable connection with the central shaft ensures.
  • the switching shaft of a low-voltage circuit breaker and that from this shift shaft radially protruding lever than manufactured in a metal casting process to form one-piece switching shaft unit.
  • the Shift shaft is used to transmit a driving force of the drive elements on the movable switch contacts.
  • the levers protruding from the central shaft of this selector shaft mechanically with the drive members and / or the contact members connected. Switching shafts of this type are therefore subject to not the high demands known for latch mechanisms with regard to the surface quality (DE 197 27 853 C1).
  • this object is achieved in that the shaft and the radially protruding functional elements Half wave as a one-piece manufactured in a master molding process Metal bodies are formed.
  • primary molding process are casting processes or Sintering processes meant, in particular the investment casting and the MIM (metal injection molding) process.
  • Such primary shaping processes allow for a more constructive one Freedom of design the half-waves as one-piece high-strength Components with uniformly high surface quality and dimensional accuracy to manufacture.
  • the individual functional elements require here to the correct and rotationally fixed arrangement no special design on the central shaft and can therefore be lined up axially closer together his. This allows the axial length and accordingly also the necessary span of the central shaft as a whole be chosen much shorter.
  • the cross-section of the central shaft can also span significantly smaller than in the known half-waves be because of the bending stress of the central shaft through the acting force of the supported ratchet lever is less.
  • a half-wave dimensioned in this way also has a low weight and thus a low moment of inertia and can therefore, especially in the event of short circuits follow acting forces faster.
  • a further development of the invention provides that at the central Shaft is additionally molded to a mass balance to increase the static shock resistance.
  • This mass balance can be designed like a cam. To the constructive Freedom in the design of the functional elements through the It is recommended not to restrict the arrangement of the mass balance it is mass balance at one end of the world central shaft and the functional elements on the other Arrange end.
  • FIGS. 1 An exemplary embodiment of the invention is shown in FIGS. 1 shown to 3.
  • Figure 1 shows a key switch with a switch lever 1, which is supported on a switch-on half-wave 2, and a switch-off pawl lever 3, which is on a release half-shaft 21 supports.
  • the switch-on half-wave 2 and the Trigger half-wave 21 are identical. It is the half-wave 21 with respect to the half-wave 2 - by 180 ° in the the central shafts of both planes including the half waves rotated - arranged.
  • the half-wave 2 has one on its two Ends with central shaft 5 provided with bearing pins 4, the at one end several radially protruding functional elements 6, 7, 8, 9 and at the other end a mass balance 10 carries.
  • a mass balance 10 Approximately in the middle of the central shaft 5 is a half-wave region provided with a latching surface 11 12 trained.
  • the half wave 2 is as in one Investment casting, one-piece, made of steel Metal body formed.
  • a first functional element 6 is as an operating lever formed of a first actuating pin 13 and a Hook 14 for receiving a leg of a return spring 15 (see FIG. 1).
  • a second functional element 7 has a second actuating pin 16 and is with a cam-like contour 17 (see FIG. 1), the the axial position securing of the return spring 15 is used.
  • Two other functional elements 8, 9 are designed as flat contours and also serve the position of the return spring 15. They protrude - offset by 90 ° relative to the cam-like contour 17 - from the central shaft 5.
  • the one at the other end of the Central shaft arranged mass balance 10 serves as Counterweight against the mass of the radially protruding functional elements 6, 7, 8, 9 and causes a shift of the Center of gravity of the half wave 2 towards the central one Shank 5. This ensures that the weight forces of the functional elements alone no swiveling the half-wave is caused (shock resistance).
  • the first actuating pin 13 of the tripping half-shaft 21 is acted upon by electrical and / or mechanical tripping or actuating devices 18 (not shown in detail) in such a way that the tripping half-wave 21 rotates slightly counterclockwise executes and thus the switch-off pawl lever 3 loses its support on the latching surface 11 and is released.
  • the second actuating pin 16 of the closing half-wave 2 is acted upon by electrical and / or mechanical triggering or actuating devices 19, likewise not shown in detail, in such a way that the closing half-wave 2 is rotated clockwise by a slight angle and the closing Pawl lever 1 loses its support on the latching surface 11 of the switch-on half-wave 2.
  • the surface quality and the concentric position of the latching surface 11 are decisive for an exact tripping and switching on of the circuit breaker at predetermined angular positions of the half-waves and under the action of precisely predetermined forces.
  • the latching surface 11 can initially be raised by the master molding process and can be reworked by a machining process.
  • the first actuating pin 13 of the closing half-shaft 2 serves to open the circuit breaker and is actuated by an empty switching lever 20, which is not shown in detail.

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  • Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)

Abstract

Um den Klinkenmechanismus eines in Niederspannungs-Leistungsschaltern verwendeten Schaltschlosses einfacher zu gestalten, sind die Einschalt-Halbwelle 2 und die Auslöse-Halbwelle 21, die jeweils einen zentralen Schaft 5 und verschiedene davon radial abragende Funktionselemente 6, 7, 8, 9 aufweisenden, jeweils als ein in einem Urformverfahren hergestellter einstückiger Metallkörper ausgebildet. Hierbei kann an dem zentralen Schaft 5 beider Halbwellen 2, 21 ein - beispielsweise nockenartiger - Massenausgleich 10 ausgebildet sein. Wenn eine derart ausgebildete Halbwelle sowohl die zum Einschalten erforderlichen als auch die zum Auslösen erforderlichen Funktionselemente 6, 7, 8, 9 trägt, kann sie sowohl als Einschalt-Halbwelle 2 als auch als Auslöse-Halbwelle 21 verwendet werden. <IMAGE>

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der elektrischen Schalter und ist bei der konstruktiven Gestaltung eines in Niederspannungsnetzen eingesetzten Leistungsschalters anzuwenden, der mit einem einen Klinkenmechanismus aufweisenden Schaltschloss ausgerüstet ist.
Bei den vorbenannten Leistungsschaltern verwendete Schaltschlösser dienen als mechanisches Zwischenglied zwischen den Antriebsgliedern und den Kontaktgliedern und umfassen alle mechanischen Glieder, die der Schaltübersetzung beim Einschalten - zum Schließen von relativ zueinander bewegbaren Schaltkontakten - und beim Auslösen - zum Öffnen der Schaltkontakte - sowie der Verklinkung - Sperren des Kontaktapparates des Leistungsschalters in der jeweiligen Schaltstellung - dienen. Der Klinkenmechanismus ist ein häufig verwendetes Konstruktionsmittel in Schaltschlössern.
Eine bekannte Einrichtung zur Steuerung der Einschaltung eines Leistungsschalters weist ein Schaltschloss auf, bei dem sich ein Ausschalt-Klinkenhebel an einer Auslöse-Halbwelle abstützt. Die Auslöse-Halbwelle dient dazu, die Kontaktglieder in der Einschaltstellung zu verklinken und diese Verklinkung wieder aufheben zu können. Die Aufhebung der Verklinkung erfolgt, indem Bewegungen von Betätigungs- oder Auslösevorrichtungen auf Funktionselemente (Mitnehmer, Ausleger) übertragen werden, die mit dem zentralen Schaft der Auslöse-Halbwelle in nicht weiter dargestellter Weise verbunden sind und die von diesem Schaft radial abragen. Es erfolgt eine Kraftumwandlung, infolge derer die Auslöse-Halbwelle eine geringe, ruckartige Schwenkbewegung ausführt und damit den in einem Halbwellenbereich des zentralen Schaftes abgestützten Ausschalt-Klinkenhebel freigibt. Das bekannte Schaltschloss weist weiterhin eine Einschalt-Halbwelle auf, an der sich ein Einschalt-Klinkenhebel abstützt. Durch eine geringe, ruckartige Schwenkung der Einschalt-Halbwelle wird der gleichfalls in einem Halbwellenbereich des zentralen Schaftes dieser Halbwelle abgestützte Einschalt-Klinkenhebel freigegeben. Der Einschalt-Klinkenhebel ist mechanisch mit einem Energiespeicher verbunden, dessen Energie nach Freigabe des Einschalt-Klinkenhebels derart auf die Kontaktglieder übertragen wird, dass die Schaltkontakte geschlossen und somit der Leistungsschalter eingeschaltet wird. Zur Schwenkung der Einschalt-Halbwelle werden gleichfalls Bewegungen von Betätigungs- oder Auslösevorrichtungen auf von einem zentralen Schaft der Einschalt-Halbwelle radial abragende Funktionselemente übertragen (DE 43 33 828).
Die Mechanik eines solchen Schaltschlosses unterliegt aufgrund des Einsatzes von Niederspannungs-Leistungsschaltern an wichtigen Stellen elektrischer Anlagen hohen Qualitätsanforderungen. Insbesondere die mit den Klinkenhebeln zusammenwirkenden Halbwellenbereiche der zentralen Schäfte unterliegen besonderen Anforderungen an Maßhaltigkeit, Oberflächengüte und Festigkeit. Die Freigabe des Ausschalt-Klinkenhebels beim Auslösen und die Freigabe des Einschalt-Klinkenhebels beim Einschalten müssen bei genau vorgegebenen Winkelstellungen der Halbwellen und bei bestimmten geforderten Krafteinwirkungen der Betätigungs- oder Auslösevorrichtungen stattfinden. Um diesen Anforderungen zu genügen, werden derartige Halbwellen als Baugruppen aus mehreren Einzelteilen hergestellt. Insbesondere werden die mit den Halbwellenbereichen und mit endseitigen Lagerzapfen versehen, zentralen Schäfte als Dreh- und Frästeil aus Rundstahl hergestellt. Da die benötigten Funktionselemente, wie beispielsweise Elemente zur Aufnahme und Halterung von Rückstellfedern, Betätigungsarme zur Krafteinleitung oder Betätigungsarme für Verriegelungselemente, aus dem gleichen Halbzeug und mit den genannten Bearbeitungsverfahren weniger gut herstellbar sind, kombiniert man den als Dreh-Frästeil ausgebildeten zentralen Schaft beispielsweise mit als Kunststoffspitzteil oder als Metallblechteil ausgebildeten Funktionselementen, deren konstruktive Ausgestaltung im Bereich des zentralen Schaftes eine lagerichtige, dauerhafte und drehfeste Verbindung mit dem zentralen Schaft sicherstellt.
An sich ist für das Schaltschloss eines Niederspannungs-Leistungsschalters auch eine Auslösewelle bekannt, bei der der als Vollwelle ausgebildete zentrale Schaft und die radial abragenden Funktionselemente als ein einstückiges Kunststoffteil ausgebildet sind. Damit die Auslösung bei der vorgegebenen Winkelstellung der Auslösewelle und bei der geforderten Krafteinwirkung stattfinden kann, wirkt ein Verklinkungselement mit einem speziell vorgefertigten, in präziser Lage drehfest in das Kunststoffteil eingebetteten Metallteil zusammen (DE 28 12 320).
An sich ist weiterhin bekannt, die Schaltwelle eines Niederspannungs-Leistungsschalters und die von dieser Schaltwelle radial abragenden Hebel als in einem Metallgießverfahren hergestellte einstückige Schaltwelleneinheit auszubilden. Die Schaltwelle dient der Übertragung einer Antriebskraft der Antriebsglieder auf die bewegbaren Schaltkontakte. Hierbei sind die vom zentralen Schaft dieser Schaltwelle abragenden Hebel mechanisch mit den Antriebsgliedern und/oder den Kontaktgliedern verbunden. Derartige Schaltwellen unterliegen daher nicht den für Klinkenmechanismen bekannten hohen Forderungen bezüglich der Oberflächengüte (DE 197 27 853 C1).
Ausgehend von einem Schaltschloss mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 (DE 43 33 828) liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Gestalt der Halbwellen so zu optimieren, dass sie kostengünstiger herstellbar sind.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der Schaft und die radial abragenden Funktionselemente einer Halbwelle als ein in einem Urformverfahren hergestellter einstückiger Metallkörper ausgebildet sind.
Mit dem Begriff "Urformverfahren" sind Gießverfahren oder Sinterverfahren gemeint, zu denen insbesondere das Feingießen und das MIM-Verfahren (Metall-Injection-Molding) gehören. Derartige Urformverfahren gestatten es, bei hoher konstruktiver Gestaltungsfreiheit die Halbwellen als einstückige hochfeste Bauteile mit gleichmäßig hoher Oberflächengüte und Maßgenauigkeit zu fertigen. Die einzelnen Funktionselemente erfordern hierbei zur lagerichtigen und drehfesten Anordnung auf dem zentralen Schaft keine besondere konstruktive Ausgestaltung und können daher axial dichter aneinander gereiht sein. Hierdurch kann die axiale Baulänge und entsprechend auch die notwendige Stützweite des zentralen Schaftes insgesamt wesentlich kürzer gewählt werden. Bei verkürzter Stützweite kann auch der Querschnitt des zentralen Schaftes wesentlich kleiner als bei den bekannten Halbwellen ausgebildet sein, da die Biegebeanspruchung des zentralen Schaftes durch die einwirkende Kraft des abgestützten Klinkenhebels geringer ist. Eine derart dimensionierte Halbwelle weist auch ein geringes Gewicht und damit ein geringes Trägheitsmoment auf und kann demzufolge insbesondere bei Kurzschlüssen den einwirkenden Kräften schneller folgen.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass an dem zentralen Schaft zusätzlich ein Massenausgleich angeformt ist, um die statische Schockfestigkeit zu erhöhen. Dieser Massenausgleich kann nockenartig ausgebildet sein. Um die konstruktive Freiheit bei der Gestaltung der Funktionselemente durch die Anordnung des Massenausgleiches nicht einzuschränken, empfiehlt es sich, den Massenausgleich an dem einen Ende des zentralen Schaftes und die Funktionselemente an dem anderen Ende anzuordnen.
Wenn man zusätzlich jede der beiden Halbwellen des Schaltschlosses so ausgestaltet, dass sie sowohl die zum Einschalten erforderlichen als auch die zum Auslösen erforderlichen Funktionselemente trägt, dann kann der gleiche Metallkörper sowohl als Einschalt-Halbwelle als auch als Auslöse-Halbwelle dienen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren 1 bis 3 dargestellt.
Dabei zeigen
  • Figur 1 ein Schaltschloss mit einem gemäß der Erfindung ausgebildeten Klinkenmechanismus,
  • Figur 2 eine Halbwelle, die gemäß Figur 1 ein erstes Mal als Einschalt-Halbwelle und ein zweites Mal als Auslöse-Halbwelle verwendet ist, und
  • Figur 3 eine Seitenansicht des Schaltschlosses gemäß Figur 1.
    • Figur 1 zeigt ein Schaltschloss mit einem Einschalt-Klinkenhebel 1, der sich an einer Einschalt-Halbwelle 2 abstützt, und einem Ausschalt-Klinkenhebel 3, der sich an einer Auslösehalbwelle 21 abstützt. Die Einschalt-Halbwelle 2 und die Auslöse-Halbwelle 21 sind identisch ausgebildet. Dabei ist die Halbwelle 21 gegenüber der Halbwelle 2 - um 180° in der die zentralen Schäfte beider Halbwellen einschließenden Ebene gedreht - angeordnet.
    Gemäß Figur 2 weist die Halbwelle 2 einen an seinen beiden Enden mit Lagerzapfen 4 versehenen zentralen Schaft 5 auf, der an dem einen Ende mehrere radial abragende Funktionselemente 6, 7, 8, 9 und an dem anderen Ende einen Massenausgleich 10 trägt. Etwa in der Mitte des zentralen Schaftes 5 ist ein mit einer Verklinkungsfläche 11 versehener Halbwellenbereich 12 ausgebildet. Die Halbwelle 2 ist als in einem Feingießverfahren hergestellter, einstückiger, aus Stahl bestehender Metallkörper ausgebildet.
    Ein erstes Funktionselement 6 ist als ein Betätigungshebel ausgebildet, der einen ersten Betätigungszapfen 13 sowie einen Haken 14 zur Aufnahme eines Schenkels einer Rückstellfeder 15 (vgl. Figur 1) aufweist. Ein zweites Funktionselement 7 weist einen zweiten Betätigungszapfen 16 auf und ist mit einer nockenartigen Kontur 17 (vgl. Figur 1) versehen, die der axialen Lagesicherung der Rückstellfeder 15 dient. Hierbei ragen das erste Funktionselement 6 und das zweite Funktionselement 7 in entgegengesetzten Richtungen vom zentralen Schaft 5 der Halbwelle 2 ab. Zwei weitere Funktionselemente 8, 9 sind als flache Konturen ausgebildet und dienen gleichfalls der Lagesicherung der Rückstellfeder 15. Sie ragen - gegenüber der nockenartigen Kontur 17 jeweils um 90° versetzt - vom zentralen Schaft 5 ab. Der an dem anderen Ende des zentralen Schaftes angeordnete Massenausgleich 10 dient als Gegengewicht gegenüber der Masse der radial abragenden Funktionselemente 6, 7, 8, 9 und bewirkt eine Verlagerung des Schwerpunktes der Halbwelle 2 in Richtung des zentralen Schaftes 5. Damit ist sichergestellt, dass durch die Gewichtskräfte der Funktionselemente allein keine Schwenkung der Halbwelle verursacht wird (Schockfestigkeit).
    Gemäß der Figur 3 wird zum Auslösen (Ausschalten) des Leistungsschalters der erste Betätigungszapfen 13 der Auslöse-Halbwelle 21 durch nicht detailliert dargestellte elektrische und/oder mechanische Auslöse- oder Betätigungseinrichtungen 18 derart beaufschlagt, dass die Auslöse-Halbwelle 21 eine geringe Schwenkung entgegen dem Uhrzeigersinn ausführt und damit der Ausschalt-Klinkenhebel 3 seine Abstützung an der Verklinkungsfläche 11 verliert und freigegeben wird. Zum Einschalten des Leistungsschalters wird der zweite Betätigungszapfen 16 der Einschalt-Halbwelle 2 durch ebenfalls nicht detailliert dargestellte elektrische und/oder mechanische Auslöse- oder Betätigungseinrichtungen 19 derart beaufschlagt, dass die Einschalt-Halbwelle 2 um einen geringen Winkel im Uhrzeigersinn gedreht wird und der Einschalt-Klinkenhebel 1 seine Abstützung an der Verklinkungsfläche 11 der Einschalt-Halbwelle 2 verliert. Für ein genaues Auslösen und Einschalten des Leistungsschalters bei vorgegebenen Winkelstellungen der Halbwellen und unter Einwirkung genau vorbestimmter Kräfte ist die Oberflächengüte und die konzentrische Lage der Verklinkungsfläche 11 maßgebend. Um beide Eigenschaften zu optimieren, kann die Verklinkungsfläche 11 durch das Urformverfahren zunächst erhaben ausgebildet und durch ein spanabhebendes Verfahren nachbearbeitet sein.
    Der erste Betätigungszapfen 13 der Einschalt-Halbwelle 2 dient zur Leerschaltung des Leistungsschalters und wird durch einen nicht detailliert dargestellten Leerschalthebel 20 betätigt.

    Claims (5)

    1. Schaltschloss für einen Niederspannungs-Leistungsschalters mit einem Einschalt-Klinkenhebel (1), der sich an einer Einschalt-Halbwelle (2) abstützt, und einem Ausschalt-Klinkenhebel (3), der sich an einer Auslöse-Halbwelle (21) abstützt, wobei jede Halbwelle (2, 21) einen an seinen beiden Enden mit Lagerzapfen (4) versehenen, aus Metall bestehenden, zentralen Schaft (5) aufweist, der verschiedene radial abragende Funktionselemente (6, 7, 8, 9) trägt,
      dadurch gekennzeichnet, dass
      der Schaft (5) und die radial abragenden Funktionselemente (6, 7, 8, 9) einer Halbwelle als ein in einem Urformverfahren hergestellter einstückiger Metallkörper ausgebildet sind.
    2. Schaltschloss nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet, dass
      an dem zentralen Schaft (5) zusätzlich ein Massenausgleich (10) angeformt ist.
    3. Schaltschloss nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
      dadurch gekennzeichnet, dass
      der Massenausgleich (10) nockenartig ausgebildet ist.
    4. Schaltschloss nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
      dadurch gekennzeichnet, dass
      der Massenausgleich (10) an dem einen Ende des zentralen Schaftes (5) und die Funktionselemente (6, 7, 8, 9) an dem anderen Ende angeordnet sind.
    5. Schaltschloss nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
      dadurch gekennzeichnet, dass
      jede der beiden Halbwellen (2, 21) sowohl die zum Einschalten erforderlichen als auch die zum Auslösen erforderlichen Funktionselemente (6, 7, 8, 9) trägt.
    EP01250042A 2000-02-29 2001-02-07 Schaltschloss für einen Niederspannungs-Leistungsschalter Expired - Lifetime EP1130615B1 (de)

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    DE10010727A DE10010727C2 (de) 2000-02-29 2000-02-29 Schaltschloss für einen Niederspannungs-Leistungsschalter
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    Publication Number Publication Date
    EP1130615A2 true EP1130615A2 (de) 2001-09-05
    EP1130615A3 EP1130615A3 (de) 2004-05-19
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