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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Schaltanordnung mit einem mittels
einer Antriebseinrichtung bewegbaren Kontaktstück, welches
von einem elektrisch isolierenden Fluid umspült und von
einem fluiddichten Kapselungsgehäuse umgeben ist.
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Eine
derartige Schaltanordnung ist beispielsweise aus der internationalen
Veröffentlichung
WO 2000/45486 bekannt.
Dort ist ein Leistungsschalterbaustein beschrieben, welcher ein
bewegbares Kontaktstück aufweist. Das bewegbare Kontaktstück
ist von einem Kapselungsgehäuse umgeben. Eine Antriebseinrichtung
ist außerhalb des Kapselungsgehäuses angeordnet.
Zur Übertragung einer von der Antriebseinrichtung bewirkten
Antriebsbewegung auf das bewegbare Kontaktstück ist eine
aufwendige kinematische Kette mit Umlenkhebeln und Schubstangen
vorgesehen. Da es sich bei dem Kapselungsgehäuse um ein
fluiddichtes Kapselungsgehäuse handelt, muss die Antriebsbewegung
fluiddicht durch das Kapselungsgehäuse hindurch übertragen
werden.
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Zum
Antrieb vorgesehene kinematische Ketten mit Umlenkhebeln, Wellen,
Schubstangen usw. stellen komplexe mechanische Anordnungen dar. Diese
sind zum einen aufwendig herzustellen. Zum anderen können
während eines Betriebes aufgrund der Vielzahl von relativ
zueinander bewegten Teilen die miteinander interagieren Verschleißerscheinungen
auftreten. Dies kann beispielsweise dazu führen, dass eine
kinematische Kette nach einer Vielzahl von Bewegungsspielen eine
Antriebsbewegung ungenau überträgt. Daher sind
regelmäßige Überprüfungen bzw. Überholungen
derartiger kinematischer Ketten nötig.
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Als
Aufgabe der Erfindung ergibt sich eine Schaltanordnung anzugeben,
welche eine einfachere und zuverlässigere Übertragung
einer Antriebsbewegung von einer Antriebseinrichtung zu einem bewegbaren
Kontaktstück ermöglicht.
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Erfindungsgemäß wird
dies bei einer Schaltanordnung der eingangs genannten Art dadurch
gelöst, dass die Antriebseinrichtung zumindest teilweise
innerhalb des Kapselungsgehäuses angeordnet ist.
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Von
der Antriebseinrichtung wird die zu einem Schalten des bewegbaren
Kontaktstückes nötige Bewegung erzeugt bzw. bereitgestellt.
Die Antriebseinrichtung wandelt Energieformen um. Beispielsweise
wird elektrische Energie in Bewegungsenergie umgeformt. Kapselungsgehäuse,
welche ein elektrisch isolierendes Fluid in sich aufnehmen, weisen
eine begrenzte räumliche Ausdehnung auf. Als elektrisch
isolierende Fluide sind beispielsweise Isolieröle oder
Isoliergase wie Schwefelhexafluorid und Stickstoff einsetzbar. Insbesondere
von Vorteil ist, wenn zur Isolierung eingesetzte Isoliergase mit
einem gegenüber der Umgebung des Kapselungsgehäuses
erhöhten Druck beaufschlagt sind. So wird die Isolationsfestigkeit
verbessert. In diesem Falle stellen die Kapselungsgehäuse
Druckbehälter dar und man spricht von einer druckgasisolierten
Schaltanordnung. Derartige Schaltanordnungen sind beispielsweise
gasisolierte Schaltanlagen, bei denen Aktivteile zur Übertragung
elektrischer Energie innerhalb von Kapselungsgehäusen,
die mit einem druckerhöhten Isoliergas befüllt
sind, angeordnet sind. Wird die Antriebseinrichtung nunmehr zumindest
teilweise vorzugsweise vollständig innerhalb des Kapselungsgehäuses
angeordnet, ist es nicht mehr erforderlich, eine Bewegung durch
eine Wandung des Kapselungsgehäuses hindurch zu übertragen.
Bewegtteile der kinematischen Kette können innerhalb des
Kapselungsgehäuses angeordnet sein. Le diglich unbewegliche
Vorrichtungen wie beispielsweise elektrische Leitungen usw. sind
entsprechend abgedichtet durch das Kapselungsgehäuse hindurchzuführen. Da
diese Teile jedoch unbewegt sind, ist dies im Vergleich zu einer
bewegt durch eine Wandung des Kapselungsgehäuses hindurchgeführte
Vorrichtung, die entsprechend abzudichten ist, kostengünstig
und dauerhaft ausgestaltbar.
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Durch
den Verzicht auf Bewegtteile, welche abgedichtet durch das Kapselungsgehäuse
hindurchzuführen sind, kann die Komplexität der
zur Übertragung einer Bewegung von der Antriebseinrichtung
zu dem bewegbaren Schaltkontaktstück nötigen kinematischen
Kette vermindert werden. Weiterhin ist aufgrund der Verlagerung
der Antriebseinrichtung in die Nähe des bewegbaren Kontaktstückes der Übertragungsweg
der Bewegung verkürzt. Somit können die zur Übertragung
der Bewegung nötigen Übertragungselemente kompakter
ausgestaltet werden. Damit ist deren Neigung zu einem Verformen während
einer Übertragung einer Bewegung vermindert.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass ein eine
Schaltstellung des bewegbaren Kontaktstückes abbildender
Sensor von dem Kapselungsgehäuse umgeben ist.
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Bei
dem bewegbaren Kontaktstück handelt es sich beispielsweise
um ein bewegbares Kontaktstück eines Leistungsschalters,
eines Erdungsschalters, eines Trennschalters, eines Lasttrennschalters, eines
Schnellerdungsschalters oder einer anderen elektrischen Schaltanordnung,
welche relativ zueinander bewegbare Kontaktstücke an einer
Schaltstelle aufweist. Aufgrund des Kapselungsgehäuses
ist es nicht ohne weiteres möglich, den Schaltzustand einer
Schaltanordnung mit relativ zueinander bewegbaren Kontaktstücken
direkt zu erfassen. Daher werden Sensoren eingesetzt, welche eine
Schaltstellung eines bewegbaren Kontaktstückes abbilden.
Ein Sensor kann beispielsweise einen Schaltkontakt aufweisen, der
dazu genutzt wird, um eine EIN-Position eines bewegbaren Kontaktstückes
abzubilden. Weiterhin können Schaltkontakte eingesetzt
werden; um eine AUS-Position oder eine Zwischenposition des bewegbaren
Kontaktstückes abzubilden. Es kann vorgesehen sein, dass
ein Sensor eingesetzt wird, welcher mehrere Schaltkontakte aufweist,
die gegebenenfalls auch unterschiedliche Signalpegel abgeben können.
Bei einem Anordnen des bzw. der Schaltkontakte) innerhalb des Fluids
können diese von dem elektrisch isolierenden Fluid umspült
werden. Die Schaltkontakte befinden sich so innerhalb einer definierten
Umgebung, so dass beispielsweise Oxidationserscheinungen in verringertem
Maße auftreten. Die bei einem Schalten der Schaltkontakte
gegebenenfalls auftretenden Lichtbögen können
von dem elektrisch isolierenden Fluid leicht beherrscht werden.
So ist es möglich, den Sensor vor frühzeitigem
Verschleiß zu schützen.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass eine Antriebswelle
gasdicht durch das Kapselungsgehäuse nach Außen
geführt ist.
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Antriebswellen
dienen der Übertragung von Drehbewegungen. So kann beispielsweise
vorgesehen sein, dass die Antriebseinrichtung ihre Kraft auf eine
Antriebswelle einkoppelt. Bei einer entsprechend torsionssteifen
Ausgestaltung der Antriebswelle können so hohe Kraftmomente übertragen
werden. Somit ist es beispielsweise möglich, hohe Schaltkräfte
und/oder relativ schnelle Schaltbewegungen zu übertragen.
Die Antriebswelle ist somit Teil einer kinematischen Kette. Dabei
kann vorgesehen sein, dass die kinematische Kette eine Getriebeanordnung
aufweist, so dass die von der Antriebseinrichtung abgegebene Primärbewegung übersetzt, untersetzt
oder anderweitig ihrem Bewegungsprofil verändert wird.
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Durch
die Anordnung der Antriebseinrichtung im Innern des Kapselungsgehäuses
wird die äußere Umgebung des Kapselungsgehäuses
von Anbauten freigehalten. Wird nunmehr die Antriebswelle zusätzlich
durch eine Wandung des Kapselungsgehäuses nach außen
geführt, so ist die Möglichkeit gegeben, beispielsweise
in Havariesituationen eine manuelle Erzeugung einer Antriebsbewegung
des bewegbaren Kontaktstückes zu bewirken. Dazu kann die
Antriebswelle beispielsweise an einem ersten nach außen
geführten stirnseitigen Ende mit einer entsprechenden Anformung
versehen sein, so dass Werkzeuge auf die Antriebswelle aufsetzbar
sind und eine außerhalb des Kapselungsgehäuses
erzeugte Bewegung in das Innere zu dem bewegbaren Kontaktstück übertragen
werden kann. Dabei ist die Welle entsprechend fluiddicht durch das
Kapselungsgehäuse hindurchzuführen. Da im normalen
Betriebsfall der durch das Kapselungsgehäuse hindurchgeführte Abschnitt
nicht in einen einen Kraftfluss übertragenen Abschnitt
der kinematischen Kette eingebunden ist, kann diese Abdichtung vereinfacht
ausgeführt werden. Es kann dabei vorgesehen sein, dass
die Antriebswelle im Bereich der Kapselungsgehäusewandung
gelagert ist, um eine Drehbewegung möglichst reibungsfrei
ausführen zu können. In diesem Fall kann eine
Lagerungsfunktion und eine Dichtungsfunktion miteinander kombiniert
werden.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass die Antriebseinrichtung
einen Elektromotor aufweist.
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Elektromotoren
können verlustarm elektrische Energie in Bewegungsenergie
wandeln. Dabei kann vorgesehen sein, dass der Elektromotor direkt einen
Antrieb des bewegbaren Kontaktstückes bewirkt. Es kann
jedoch auch vorgesehen sein, dass der Elektromotor beispielsweise
zum Laden eines Energiespeichers eingesetzt wird. Dies ist insbesondere
dann von Vorteil, wenn innerhalb von kurzer Zeit große
Antriebsenergien zur Verfügung gestellt werden müssen,
um beispielsweise an einem Leistungsschalter ein bewegbares Kontaktstück
schnell zu bewegen. Als Energiespeicher können beispielsweise komprimierbare
Federpakete eingesetzt werden, die während eines relativ
langen Zeitraumes gespannt werden. Der Elektromotor kann dabei eine
vergleichsweise geringe elektrische Leistung aufweisen, da für
das Laden des Energiespeichers im Vergleich zu der Dauer der Bewegung
des bewegbaren Kontaktstückes ein langer Zeitraum zur Verfügung
steht. Die zum Betrieb des Elektromotors nötigen elektrischen
Anschlusselemente können in einfacher Weise in das Innere
des Kapselungsgehäuses abgedichtet eingeführt
werden. Dazu können beispielsweise entsprechend isoliert
durch die Wandung hindurchgeführte Steckkontaktstifte vorgesehen
sein. Die Energieversorgungseinrichtung kann dabei außerhalb des
Kapselungsgehäuses angeordnet sein. Hierfür können
beispielsweise Batterie- oder Generatoranlagen zum Einsatz gelangen.
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Weiterhin
kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass das elektrisch isolierende
Fluid Teil einer elektrischen Isolation des Elektromotors ist.
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Bei
einer Anordnung des Elektromotors im Innern des Kapselungsgehäuses
ist es möglich, das dort befindliche elektrisch isolierende
Fluid durch Abschnitte des Elektromotors hindurchzuleiten. Das elektrisch
isolierende Fluid kann dabei Teile des Elektromotors voneinander
elektrisch isolieren. Da im Regelfall das elektrisch isolierende
Fluid gegenüber atmosphärischer Luft eine größere
Spannungsfestigkeit aufweist, kann der Elektromotor in seinen Abmessungen
vermindert werden, da Schlagweiten reduziert sind. Mit der Verringerung
der Abmessung ergeben sich neue Einsatzmöglichkeiten von
Antriebseinrichtungen innerhalb des Kapselungsgehäuses
einer Schaltanlage, da nunmehr kompaktere Antriebseinrichtungen
zur Verfügung stehen. So ist es möglich, beispielsweise
Bauräume innerhalb der Kapselungsgehäuse zu nutzen,
die zur Aufnahme herkömmlicher Antriebseinrichtungen keine
ausreichenden Volumina aufweisen.
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Im
Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel in einer Figur schematisch
gezeigt und nachfolgend näher beschrieben.
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Dabei
zeigt die
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Figur
einen Schnitt durch ein Kapselungsgehäuse einer Schaltanordnung.
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In
der Figur ist eine Schaltanordnung 1 in einem Schnitt dargestellt.
Die Schaltanordnung 1 weist ein Kapselungsgehäuse 2 auf.
Das Kapselungsgehäuse 2 umschließt und
begrenzt ein Volumen. Ein Kapselungsgehäuse kann so aus
verschiedenen gasdicht miteinander verbundenen Baugruppen zusammengefügt
sein. Das Kapselungsgehäuse 2 ist in der Figur
ausschnittsweise dargestellt und weist einen metallischen Guskörper 2a auf.
Als Gussmaterial sind vorzugsweise Aluminium bzw. Aluminiumlegierungen
einsetzbar. Der Gusskörper 2a weist mehrere Flansche 3a, 3b, 3c, 3d auf.
Die Flansche 3a, 3b, 3c, 3d weisen
jeweils kreisringförmige Flanschflächen auf. Die
Flansche 3a, 3b, 3c, 3d sind
dabei derart angeordnet, dass jeweils zwei einander gegenüberliegende
Flansche koaxial zueinander ausgerichtet sind. Neben der in der
Figur gezeigten Ausgestaltung des Gusskörpers 2a können
jedoch auch verschiedenste weitere Ausgestaltungsvarianten zum Einsatz gelangen.
Die Flansche 3a, 3b, 3c, 3d sind
vorgesehen, um weitere Baugruppen anzusetzen. So ist es beispielsweise
vorgesehen, dass an zwei Flansche 3c, 3d jeweils
die Flanschöffnungen gasdicht verschließende Scheibenisolatoren 4a, 4b angeflanscht sind.
Die Scheibenisolatoren 4a, 4b dienen der isolierten
Halterung von elektrischen Leiterzügen, welche in das Innere
des Gusskörpers 2a hineinragen. Dabei sind die
Scheibenisolatoren 4a, 4b derart ausgestaltet,
dass weitere sich an die Scheibenisolatoren 4a, 4b anschließende
Kapselungsgehäuse mit jeweils darin liegenden Leiterzügen
an die im Innern des Kapselungsgehäuses 2 liegenden
Schalterzüge anschließbar sind. Es kann jedoch
auch vorgesehen sein, dass ein Flansch 3b von einem Scheibenisolator
freigehalten ist, so dass nach einem Anflanschen einer weiteren
Baugruppe an diesen Flansch 3b mit dem Gusskörper 2a gemeinsam
ein vergrößerter Gasraum dem Innern des Kapselungsgehäuses 2 ausgebildet
ist.
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Die
Schaltanordnung 1 weist ein bewegbares Kontaktstück 5 auf.
Weiterhin weist die Schaltanordnung 1 ein feststehendes
Kontaktstück 6 auf. Die beiden Kontaktstücke 5, 6 sind
relativ zueinander bewegbar. Das bewegbare Kontaktstück 5 ist
an seinem dem feststehenden Kontaktstück 6 zugewandten
Ende buchsenförmig ausgebildet. Entsprechend ist das feststehende
Kontaktstück 6 an seinem dem bewegbaren Kontaktstück 5 zugewandten
Ende bolzenförmig ausgeformt. Eine Bewegungsrichtung des bewegbaren
Kontaktstückes 5 ist in der Figur durch einen
Doppelpfeil 7 symbolisiert. Das bewegbare Kontaktstück 5 ist
mit einer zylinderförmigen Mantelfläche an einem
ersten Leiterzug 8 gleitend gelagert und elektrisch mit
dem ersten Leiterzug 8 kontaktiert. Der erste Leiterzug 8 verläuft
im Wesentlichen quer zu der Bewegungsrichtung des bewegbaren Kontaktstückes 5.
Um das bewegbare Kontaktstück 5 in seiner Ausschaltposition
(in der Figur gezeigte Lage) dielektrisch zu schirmen, weist der
erste Leiterzug im Bereich des bewegbaren Kontaktstückes 5 eine
bauchige Verdickung auf. Die Verdickung verjüngt sich ausgehend
vom Aufnahmebereich des bewegbaren Kontaktstückes 5 zu
den jeweiligen Enden des ersten Leiterzuges 8. Das feststehende
Kontaktstück 6 ist an einem zweiten Leiterzug 9 befestigt.
Der zweite Leiterzug 9 ist derart ausgeformt, dass weitere
Bauteile an den zweiten Leiterzug 9 anflanschbar sind. Somit
ist es möglich, über die Schaltanordnung 1 den zweiten
Leiterzug 9 nach Art eines Abzweiges über das
bewegbare Kontaktstück 5 an den ersten Leiterzug 8 anzuschließen
oder abzutrennen.
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Zur
Erzeugung einer Bewegung des bewegbaren Kontaktstückes 5 ist
das bewegbare Kontaktstück 5 über eine
elektrisch isolierende Pleuelstange 10 an eine Antriebswelle 11 angekoppelt.
Die Antriebswelle 11 ist über eine Antriebseinrichtung 12 antreibbar.
Zur Wandelung der von der Antriebswelle 11 übertragbaren
Drehbewegung in eine lineare Bewegung ist die Pleuelstange 11 über
Hebel 13a, 13b an die Antriebswelle 11 angeschlagen.
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Die
Hebel 13a, 13b in Verbindung mit der Antriebswelle 11 wirken
nach Art einer Kurbelwelle. Je nach Betrag des während
einer Schaltbewegung durch die Antriebswelle 11 zu vollziehenden
Drehwinkels kann die Antriebswelle 11 im Bereich der Hebel 13a, 13b unterbrochen
sein, so dass eine Kröpfung der Antriebswelle 11 entsteht.
Auf eine derartige Kröpfung kann verzichtet werden, wenn
während einer zum Bewegen des bewegbaren Kontaktstückes 5 nötigen
Drehbewegung die Pleuelstange 10 nicht durch die Rotationsachse
der Antriebswelle 11 hindurchtauchen muss.
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An
den Flansch 3a ist eine Abdeckhaube 14 angeflanscht.
Die Abdeckhaube 14 lagert die Antriebseinrichtung 11 und
die Antriebswelle 11. Somit ist es möglich, nach
einem entkuppeln der Pleuelstange 10 die kinematische Kette,
welche zum Antrieb des bewegbaren Kontaktstückes 5 nötig
ist, samt Abdeckhaube 14 auszutauschen. Die Antriebseinrichtung 11 weist
einen Elektromotor auf, welcher über eine entsprechende
Getrie beuntersetzung eine Drehbewegung auf die Antriebswelle 11 überträgt. Während
eines Betriebes des Motors wird dessen Antriebsbewegung über
die Hebel 13a, 13b die Pleuelstange 10 direkt
auf das bewegbare Kontaktstück 5 gegeben. Eine
Ein- bzw. Ausschaltbewegung verläuft dabei innerhalb eines
Zeitfensters von mehreren Sekunden.
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Da
die Kontaktstücke 5, 6 außerhalb
des Kapselungsgehäuses 2 nicht unmittelbar erkenntlich sind,
ist ein erstes stirnseitiges Ende der Antriebswelle durch eine Wandung
des Kapselungsgehäuses 2 (hier die Abdeckhaube 14)
nach außen geführt. Dort ist eine Anzeigeeinrichtung 15 angeordnet,
welche den Ein- bzw. Ausschaltzustand der Schaltanordnung 1 symbolisiert.
Ein zweites stirnseitiges Ende der Antriebswelle 11 ist
ebenfalls durch das Kapselungsgehäuse 2 (hier
Abdeckhaube 14) hindurchgeführt. Die beiden nach
außen geführten Enden der Antriebswelle 11 sind
jeweils mit einer Profilierung versehen, so dass mittels entsprechender
Werkzeuge im Havariefall auch von außen eine Bewegung zu dem
bewegbaren Kontaktstück eingekoppelt werden kann.
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Die
Antriebseinrichtung 12 weist einen Elektromotor auf, welcher über
entsprechende Versorgungsleitungen, welche gasdicht durch das Kapselungsgehäuse 2 hindurchgeführt
sind, mit elektrischer Energie versorgbar ist. Ebenso können
entsprechende Steuerleitungen gasdicht aus dem Inneren des Kapselungsgehäuses 2 nach
außen geführt sein. Neben der unmittelbaren Abgabe
einer durch den Motor erzeugten Bewegung an das bewegbare Kontaktstück 5 kann
die Antriebseinrichtung 12 einen Energiespeicher aufweisen,
welcher von dem Elektromotor aufgeladen wird. Ein derartiger Energiespeicher
ist beispielsweise eine spannbare Feder, die bei einem Entspannen
eine schlagartige Abgabe von einer Bewegung ermöglicht
und so ein schnelles Schalten des bewegbaren Kontaktstückes 5 inner halb
von Bruchteilen von Sekunden ermöglicht. Um die Bauform
des Elektromotors möglichst kompakt zu gestalten, sind
die Windungen von dem im Innern des Kapselungsgehäuses 2 befindlichen
elektrisch isolierenden Fluid durchströmt. Weiterhin kann
vorgesehen sein, dass zur Erfassung der Schaltstellung des bewegbaren
Kontaktstückes 5 vorgesehene Sensoren ebenfalls
im Innern des Kapselungsgehäuses 2 angeordnet
sind. Die Informationen der Sensoren können drahtgebunden
oder berührungsfrei zu einem Ort außerhalb des
Kapselungsgehäuses 2 übertragen werden.
Mittels der von den Sensoren gelieferten Informationen ist eine
Automatisierung der Schaltanordnung 1 möglich.
So können beispielsweise unter Nutzung der Informationen
der Sensoren verschiedene Schaltanordnungen gegeneinander verriegelt
werden, so dass beispielsweise in Abhängigkeit bestimmter
Schaltstellungen einer Schaltanordnung eine andere Schaltanordnung
nicht betätigbar ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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