DE1084356B

DE1084356B - UEberbrueckungsschalter, insbesondere Kurzschliesser

Info

Publication number: DE1084356B
Application number: DEC15566A
Authority: DE
Inventors: Egon Buhlmann; Ottmar Grober
Original assignee: Calor Emag AG
Current assignee: Calor Emag AG
Priority date: 1957-10-03
Filing date: 1957-10-03
Publication date: 1960-06-30

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Überbrückungsschalter für hohe Stromstärken, insbesondere Kurzschließer. Derartige Schalter finden vornehmlich in Stromrichteranlagen Verwendung, wo sie im Störungsfalle die zu schützenden Geräte überbrücken bzw. die Speiseleitungen kurzschließen. Sie müssen in der Lage sein, Ströme von mehreren tausend Ampere zu schalten, und zwar in Bruchteilen von Millisekunden. Diese Zeit ist der Schaltverzug des Schalters, der sich zusammensetzt aus Auslösezeit und Eigenzeit bzw. Ansprechverzug und Schließzeit des Schalters. Es hat sich dabei gezeigt, daß die sich ständig steigernden Anforderungen bezüglich der Schaltleistung und der Schaltzeit von Schaltern herkömmlicher Bauart, die beispielsweise mit Federkraftspeichern, Magnetschalterauslösung u. dgl. arbeiten, bestenfalls unter erheblichem Aufwand befriedigt werden können.

Zur Vermeidung dieser Nachteile werden daher bei einem bekannten Selbstschalter zur Erzielung eines geringen Schaltverzugs an Stelle der üblicherweise in den verschiedensten Formen verwendbaren Federn aus Metall zur Beschleunigung der beweglichen Schalterteile Federn aus Gummi oder gummiartigen Werkstoffen verwendet, wobei die Kontaktbetätigung durch plötzliche Entlastung der in Längsrichtung gedehnten Gummifedern erfolgt. Bei einer derartigen P'eder ist das Verhältnis Zugkraft/Masse erheblich größer als beispielsweise bei Stahlfedern, und es lassen sich somit bei gleichen Federkräften größere Be- schleunigungen erzielen. Diesen Vorteilen stehen allerdings verschiedene Nachteile entgegen, die die Gummifedern gegenüber den Metallfedern aufweisen, und die sich unter anderem aus den Alterungserscheinungen bei Gummi ergeben, ferner aus der Eigenfederung sowie aus den Schwierigkeiten in bezug auf die Befestigung bzw. Verbindung mit den entsprechenden beweglichen Teilen des Schalters.

Durch die Erfindung werden diese Schwierigkeiten vermieden, indem bei einem Überbrückungsschalter für hohe Stromstärken, bei dem die Kontaktbetätigung durch plötzliche Entlastung eines in Längsrichtung gedehnten, elastischen Antriebsglieds erfolgt, ein stabförmiges Antriebsglied aus einem Metall bzw. einer Metallegierung mit geringem Ε-Modul, das die Überbrückungskontakte direkt betätigt, verwendet wird. Durch die Verwendung eines derartigen Antriebsglieds ergeben sich im Vergleich zu den bekannten gebräuchlichen Federarten verschiedene bedeutende Vorteile, die es ermöglichen, die Schaltleistung, die Schaltzeit sowie die Lebensdauer eines damit ausgestatteten Schaltgeräts erheblich zu verbessern.

Die Vorteile liegen unter anderem in der Erzielung einer hohen Einschaltkraft und eines sehr kurzen überbrückungsschalter,
insbesondere Kurzschließer

Anmelder:

Calor-Emag

Elektrizitäts-Aktiengesellschaft,
Ratingen bei Düsseldorf, Bahnstr. 39-45

Egon Buhlmann, Düsseldorf,

und Ottmar Grober, Ratingen bei Düsseldorf,

sind als Erfinder genannt worden

Kontakthubs. Der Abstand der Kontakte beträgt z. B. bei einem Schalter für Spannungen bis 800 V im geöffneten Zustand etwa 1 mm. Weitere Vorteile sind die äußerst geringe Entspannungszeit bzw. die sich daraus ergebende hohe Schaltgeschwindigkeit, ferner die sehr geringe Streuung infolge des kurzen Schaltwegs und der sehr kurzen, immer konstanten Entspannungszeit. Gegenüber Gummifedern hat ein derartiges Antriebsglied z.B. den erheblichen Vorteil, daß das Problem der Eigenfederung und Alterungserscheinungen nicht auftritt. Gegenüber den bekannten Torsionsfedern hat es den Vorzug, daß eine gleichmäßige Materialbeanspruchung über den gesamten Querschnitt vorhanden ist und größere Oberflächenspannungen nicht auftreten. Gegenüber Teller- oder Schraubenfedern hat es ferner den Vorteil, daß eine Vorspannung, wie bei diesen Federn zur Erzielung einer hohen Einschaltkraft bzw. Schaltgeschwindigkeit bei kurzem Schaltweg notwendig ist, und der damit verbundene Aufwand nicht erforderlich ist.

Als Material für die Stabfedern hat sich am vorteilhaftesten Berylliumbronze erwiesen. Berylliumbronze hat gegenüber ähnlichen Materialien den Vorzug, daß es gut zu bearbeiten ist und sich ohne Schwierigkeiten härten bzw. vergüten läßt.

Der Antriebsstab ist in der Schalteinrichtung so angeordnet, daß. an dem einen Ende eine Spannvorrichtung angreift, während das andere Ende an einer Haltevorrichtung befestigt ist. Diese ist so ausgebildet, daß sie bei einer Betätigung des Schalters das an ihr befestigte Ende des Atitriebsstabs freigibt. Das hat den Vorteil, daß die Spannvorrichtung denkbar einfach aufgebaut sein kann und keine Trennvorrich-

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tungen u. dgl. aufzuweisen braucht. Die Freigabe des Die Schalteinrichtung ist in Fig. 1 im schaltbereiin der Haltevorrichtung befestigten Endes des An- ten Zustand dargestellt. Bei der Auslösung wird die triebsstabs erfolgt durch Zerstörung der Haltevorrich- Sprengladung 3 elektrisch gezündet und zerstört datung. Die für die Zerstörung· notwendigen Energien durch die Haltevorrichtung 2, so daß diese in der werden dabei zweckmäßig detonierenden Sprengladun- 5 Mitte aufgetrennt wird und das obere Ende im Gegen entnommen. Vorzugsweise wird die Haltevor- häuse 4 und das untere Ende an der Stabfeder 1 verrichtung als rohrförmiger Körper ausgebildet, der in bleiben. Der Antriebsstab 1 entspannt sich und nimmt seinem Innern die zu einer Zerstörung notwendigen dabei, den Vorkontakt 6 mit. Dieser ist zwischen dem Energiequellen enthält. Durch die Zerstörung der Antriebsstab 1 und dem unteren Ende der Haltevor-Haltevorrichtung auf die oben geschilderte Weise io richtung 2 festgeklemmt. Er besteht aus einer dünnen werden äußerst kurze Zeiten von der Auslösung bis Kupferplatte und wird bei der Kontaktgabe mit dem zum Arbeitsbeginn des Kraftspeichers, in diesem Fall Gegenkontakt 7 verformt. Dadurch werden die bei des Antriebsstabs, erreicht, die mit den üblichen diesen hohen Schaltgeschwindigkeiten unvermeidbaren Haltevorrichtungen, wie Sperrhebel, Klinken u. dgl., Kontaktprellungen weitgehend unterdrückt. Zu diesem niemals erzielt werden können, da diese Teile infolge 15 Zwecke sind ferner die Gegenkontakte 7 entsprechend der zu bewegenden Massen eine viel zu große und ausgebildet und angeordnet. Sie sind beweglich geaußerdem nicht konstante Eigenzeit aufweisen. lagert, und zwar derart, daß sie in Richtung der Kon-

Um die Schaltzeit mit den äußerst geringen Aus- taktgabe nachgeben und stützen sich auf den Teilen lösezeiten in Einklang bringen zu können, ist es not- 11 und 12 ab, deren Massen um ein Vielfaches gröwendig, die durch den Antriebsstab zu bewegenden 20 ßer sind als die Eigenmassen der Gegenkontakte 7. Kontaktmassen kleinzuhalten. Aus diesem Grunde ist Zusätzlich sind die Teile 11 und 12 noch auf Federn es zweckmäßig, die Kontakte unmittelbar an dem An- 13 gelagert. Durch diese Anordnung von Vor- und triebsstab zu befestigen oder mit diesem zu verbinden. Gegenkontakten 6 und 7 wird die Frequenz der Prell-Eine Schalteinrichtung dieser Art ist allerdings nur schwingungen so< weit herabgesetzt, daß ein etwaiges zum Schalten von Strömen bis zu einer bestimmten 25 Abheben der Kontakte erst dann erfolgt, wenn die Größe verwendbar, da die Kontakte infolge ihrer ge- Hauptkontakte schon geschlossen sind,
ringen Masse nicht zum Führen hoher Dauerströme Das Schalten der Hauptkontakte geschieht auf folgeeignet sind. Bei größeren Schaltleistungen wird da- gende Weise: Der Antriebsstab 1 steht an seinem unher die Schalteinrichtung mit Vor- und Hauptkon- teren Ende, an dem die Spannvorrichtung angreift, takten ausgerüstet, wobei die Vorkontakte direkt 30 unter der Wirkung von Tellerfedern 14, die sich gegen durch den Antriebsstab und die Hauptkontakte durch einen Anschlag am Antriebsstab 1 und gegen die Spinzusätzliche Federn betätigt werden. Der Schaltvor- del 5 abstützen. Das Rohr 10, auf dem der Hauptgang spielt sich dabei derart ab, daß gleichzeitig mit kontakt befestigt ist, steht ebenfalls unter der Wirder Entspannung des Antriebsstabs die zur Betätigung kung von Tellerfedern 15, die sich gegen die Spindel 5 der Hauptkontakte notwendigen Federkräfte freige- 35 und einen Anschlag am Rohr 10 abstützen. Das Rohr geben werden, so daß zuerst die Vorkontakte und 10 liegt ferner mittels eines Anschlags an dem hindann die Hauptkontakte schalten. Die Vorkontakte durchführenden Antriebsstab 1 an, wodurch seine Beführen in diesem Falle nur kurzzeitig den vollen wegung in Schaltrichtung begrenzt ist Wenn die Strom und werden dann von den Hauptkontakten Haltevorrichtung 2 zerstört wird und sich der Anüberbrückt. 40 triebsstab 1 entspannt, wird dieser zusätzlich durch

Ein Ausführungsbeispiel einer derartigen Schalt- die Federn 14 nach unten bewegt. Dadurch kann das

einrichtung ist in der Zeichnung dargestellt und wird mittels des Anschlags am Antriebsstab 1 gehaltene

im folgenden näher erläutert. Rohr 10 nachfolgen und wird durch die Feder 15

Fig. 1 zeigt die Seitenansicht des Überbrückungs- nach unten getrieben, wodurch die Schaltung der

schalters, und zwar zum Teil im Schnitt; 45 Hauptkontakte 8 und 9 bewirkt wird. Die Zuschaltung

Fig. 2 das Gehäuse für die Haltevorrichtung und der Hauptkontakte erfolgt in einer Zeit von 0,35 ms,

seine Befestigung am Schalter; die so daß die Vorkontakte nur eine sehr kurze Zeit be-

Fig. 3 und 4 zeigen in Seiten- und Draufsicht die lastet sind.

Anordnung der mit dem Hauptkontakt zusammenwir- Die Gegenkontakte 9 des Hauptkontakts 8 bestehen

kenden Gegenkontakte und 50 jeweils aus einer Anzahl hochkant nebeneinander ge-

Fig. 5 eine Draufsicht auf die Schalteinrichtung. stapelter Kontaktlamellen 27, wie aus Fig. 3 und 4

In Fig. 1 ist mit 1 der Antriebsstab bezeichnet, _zu ersehen ist. Die Kontaktlamellen 27 sind beweglich

der aus Berylliumbronze besteht. Mit seinem oberen gelagert und werden durch einstellbare Bügel 29

Ende ist er mit einer Haltevorrichtung 2 durch Ver- justiert und in ihrer Bewegung nach oben begrenzt,

schraubung verbunden. 55 Der Stromanschluß erfolgt über flexible Bänder 28.

Die Haltevorrichtung 2 ist als rohrförmiger Körper Die Kontaktlamellen sind auf einem gemeinsamen ausgebildet, der in seinem Inneren eine Sprengla- Gummipolster 31 gelagert. Dieses ist auf einem Unterdung 3 aufweist. Die Haltevorrichtung 2 ist in einem teil 32 angeordnet, das eine Nase 33 aufweist. Beim druck- und splittersicheren Gehäuse 4 untergebracht Auftreffen des Hauptkontakts 8 geben die Kontakt- und in diesem zwecks Auswechslung lösbar befestigt. 60 lamellen 27 infolge der Elastizität des Gummipolsters Am unteren Ende des Antriebsstabs 1 greift eine Spin- 31 nach und schlagen nach einem kurzen Weg auf die del 5 an, die durch eine Spannvorrichtung betätigt Nase 33 auf. Dadurch erfolgt eine derartige Dämpwird und den Antriebsstab 1 in Richtung der Kon- fung der Kontaktbewegung, daß Kontaktprellungen taktbewegung spannt. An dem Antriebsstab 1 ist der vermieden werden. Zur Einstellung des Kontaktab-Vorkontakt 6 befestigt, der mit den Gegenkontakten 7 65 stands dient eine Stellschraube 34, die über die Tragzusammenarbeitet, während der Hauptkontakt 8, der platte 35 gleichzeitig auf alle Gegenkontakte wirkt, mit den Gegenkontakten 9 zusammenwirkt, auf einem Um die Bewegung des Antriebsstabs 1 zu begren-Rohr 10 angeordnet ist, durch das der Antriebsstab 1 zen, und somit ein Herausfallen aus der Schalteinhindurchführt. Die Wirkungsweise der Schalteinrich- richtung zu verhindern, ist dieser mit seinem oberen tang ist folgendermaßen: 70 Teil in einer Buchse geführt, die einen Schlitz bestimm-

ter Länge aufweist, in den ein am Antriebsstab 1 befestigter Splint eingreift.

Um die Schalteinrichtung wieder in schaltbereiten Zustand zu versetzen, wird zuerst die Spannvorrichtung entspannt. Mittels des Handrads 16 wird zu diesem Zwecke über einen Kegelantrieb 17, der auf einem Kugellager 24 liegt, die Spindel 5 nach oben bewegt. Das Gehäuse 4 wird abgenommen und eine neue Haltevorrichtung 2 mit Sprengladung 3 eingesetzt. Ferner wird vom oberen Ende des Antriebsstabs 1 das untere Ende der zerstörten Haltevorrichtung sowie der verformte Vorkontakt 6 entfernt und eine neue Kontaktscheibe eingesetzt. Daraufhin wird das Gehäuse 4 wieder aufgesetzt und die Haltevorrichtung 2 mit dem Antriebsstab 1 verschraubt. Aus den Fig. 2 und 5 sind dazu nähere Einzelheiten zu ersehen. Das Gehäuse 4 ist mittels eines Bajonettverschlusses: mit der Schalteinrichtung verbunden, wobei die Buchsen 25 des Verschlusses auf einem Ring 26 angeordnet sind, der drehbar im Gehäuse 30 der Schalteinrichtung gelagert ist. Dadurch ist es möglich, das Aufsetzen des Gehäuses 4 sowie die Befestigung des Antriebsstabs 1 an der Haltevorrichtung 2 in einem Arbeitsgang vorzunehmen. Beim Aufsetzen des Gehäuses 4 und Drehen im Uhrzeigersinn tritt der Bajonettverschluß in Tätigkeit und durch weiteres Drehen, was durch den beweglichen Ring 26 möglich ist, wird die Haltevorrichtung 2 mit dem Antriebsstab 1 verschraubt. Beim Abnehmen des Gehäuses nach einer durchgeführten Schaltung braucht nur der Bajonettverschluß gelöst zu werden, da zwischen Gehäuse 4 und Antriebsstab 1 infolge der aufgetrennten Haltevorrichtung 2 keine Verbindung mehr besteht. Die Stromzuführung für die Sprengladung 3 erfolgt über einen am Gehäuse 4 angeordneten federnden Kontaktstift 40, der auf einem auf dem Deckel der Schalteinrichtung angeordneten Schleifring 41 gleitet. Dadurch wird in jeder Stellung des Gehäuses 4 eine einwandfreie Kontaktgabe ermöglicht und eine besondere Einstellung vermieden.

Nachdem auf die eben geschilderte Weise der Antriebsstab 1 an seinem oberen Ende verankert ist, wird die Spanneinrichtung betätigt. Dabei bewegt sich die Spindel 5, die durch den Keil 18 gegen Verdrehung gesichert ist, nach unten. Mit ihrem Anschlag nimmt sie das Rohr 10 mit, und dieses wiederum wirkt mit seinem Anschlag auf das untere Ende des Antriebsstabs 1. Dadurch werden die Tellerfedern 14 und 15 sowie der Antriebsstab 1 gespannt, und zwar letzterer in Richtung der Kontaktbewegung. Durch die Spanneinrichtung wird gleichzeitig automatisch der erforderliche Kontaktabstand, insbesondere der der Vorkontakte, eingestellt. Zu diesem Zweck ist die Handradachse 19 als Spindel ausgebildet, auf der eine Mutter 20 wandert, die beim Anschlag an das Teil 21 den Spannvorgang beendet. Ferner ist an der Mutter 20 ein Hilfskontakt 22 befestigt, der zur Anzeige dient, daß dia Schalteinrichtung gespannt ist. Da mit diesem Hilfskontakt 22 nur angezeigt wird, daß das Gerät gespannt, aber nicht, daß der Antriebsstab 1 ordnungsgemäß gespannt ist, ist noch ein zusätzlicher Hilfskontakt 23 vorgesehen, der diese Anzeige übernimmt. Beide Hilfskontakte werden zweckmäßig in Reihe geschaltet, um eine einfache und einwandfreie Überwachung der Schalteinrichtung zu gewährleisten.

Das Gerüst der Schalteinrichtung besteht aus der unteren Spannplatte 36, die die Spanneinrichtung¹ sowie über die Bolzen 37 die Gegenkontaktvorrichtungen der Vor- und Hauptkontakte sowie über die Seitenstege 38 die obere Spannplatte 39 trägt. Die obere Spannplatte 39 ist zur Aufnahme des Gehäuses 4 entsprechend ausgebildet. Die Zwischenräume zwischen den Seitenstegen 38 sind zwecks staubdichter Kapselung abgedeckt, und zwar mit Fenstern aus durchsichtigem Kunststoff, um eine Beobachtung der Kontakte zu ermöglichen.

Claims

Patentansprüche:

1. Überbrückungsschalter für hohe Stromstärken, insbesondere Kurzschließer in Stromrichteranlagen, bei dem die Kontaktbetätigung durch plötzliche Entlastung eines in Längsrichtung gedehnten elastischen Antriebsgliedes erfolgt, gekennzeichnet durch die Verwendung eines stabförmigen Antriebsgliedes aus einem Metall bzw. einer Metalllegierung mit geringem Ε-Modul, das die Überbrückungskontakte direkt betätigt.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsstab aus Berylliumbronze besteht.

3. Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die plötzliche Entlastung des Stabes durch Zerstörung seiner Haltevorrichtung, beispielsweise mittels detonierender Sprengladungen, erfolgt.

4. Schalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltevorrichtung als rohrförmiger Körper ausgebildet ist, der in seinem Inneren eine Sprengladung aufnimmt.

5. Schalter nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltevorrichtung in einem druck- und splittersicheren Gehäuse untergebracht ist.

6. Schalter nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Überbrückungskontakte direkt an dem Stabe befestigt sind.

7. Schalter nach Anspruch 1 oder folgenden, mit Vor- und Hauptkontakten, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorkontakte direkt durch den Antriebsstab und die Hauptkontakte durch zusätzliche Federkraft betätigt werden.

8. Schalter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktgabe der Vorkontakte noch zusätzlich durch Federn unterstützt wird, die den Stab in Richtung der Kontaktbewegung bewegen und somit den Kontakthub vergrößern.

9. Schalter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Hauptkontakte bzw. deren Antriebsglied an dem Stabe abstützen und nach dessen Entlastung und Verschiebung infolge der auf ihn wirkenden Federkräfte Kontakt geben.

10. Schalter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptkontakte auf einem hohlen Betätigungsglied angeordnet sind, durch das der Stab hindurchgeführt ist.

11. Schalter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorkontakt als Scheibe ausgebildet ist und zur Vermeidung von Kontaktprellungen aus weichem Werkstoff besteht.

12. Schalter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenkontakte für den Vorkontakt zur Vermeidung von Prellungen nachgiebig gelagert sind und sich auf größeren, federnd gelagerten Massen abstützen.

13. Schalter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Gegenkontakte für den Hauptkontakt aus Kontaktlamellen zusammengesetzt sind, die zur Dämpfung auf einer gemeinsamen Gummiplatte gelagert sind, wobei zur Ver-

meidung von Kontaktprellungen ein Anschlag vorgesehen ist, der die Bewegung der Gegenkontakte begrenzt.

14. Schalter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktlamellen der einzelnen Gegenkontakte durch einstellbare Bügel in ihrer Lage justiert und gegen die gemeinsame Gummiplatte gedrückt werden.

15. Schalter nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannen des Stabes und der zusätzlichen Tellerfedern mittels einer Spindel erfolgt, die über einen Kegelradantrieb betätigt wird.

16. Schalter nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel hohl ist und den Antriebsstab sowie das Betätigungsglied für den Hauptkontakt umgibt.

17. Schalter nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel beim Spannen der Schalteinrichtung· über einen. Anschlag das Betätigungsglied für den Hauptkontakt und dieses wiederum über einen Anschlag· den Stab mitnimmt.

18. Schalter nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannbewegung durch einen Anschlag begrenzt wird, der die Konstanz des Kon- as taktabstandes der Vorkontakte gewährleistet.

19. Schalter nach Anspruch 1 oder folgenden, gekennzeichnet durch die Verwendung eines oder mehrerer vorzugsweise in Reihe geschalteter Hilfskontakte, die die Endlage der Spannvorrichtung bzw. den gespannten Zustand des Stabes anzeigen.

20. Schalter nach Anspruch 1 oder folgenden, gekennzeichnet durch einen säulenförmigen Aufbau der Schalteinrichtung, wobei zwischen einer unteren und einer oberen Spannplatte die untereinanderliegenden Vor- und Hauptkontakte untergebracht sind und über der oberen Spannplatte das Gehäuse mit der Haltevorrichtung für den Stab und unter der unteren Spannplatte die Spannvorrichtung angeordnet ist.

21. Schalter nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das die Haltevorrichtung aufnehmende Gehäuse auf den Kopf der Schalteinrichtung mittels Bajonettverschluß befestigt ist.

22. Schalter nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß- die Bajonettverschlußbuchsen auf einem gegenüber dem Gehäuse der Schalteinrichtung beweglichen Ring angeordnet sind.

23. Schalter nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromanschluß für die Sprengkapseln über einen Schleifring erfolgt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentanmeldung- F 7900 VIII b / 21 c (bekanntgemacht am 30. 7.1953);

ETZ-A v. 1. 3. 1955, S. 188 bis 189.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen