DE2443771A1

DE2443771A1 - Prellsicherer grenzschalter

Info

Publication number: DE2443771A1
Application number: DE19742443771
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: SACE SpA
Current assignee: ABB SACE SpA
Priority date: 1974-04-12
Filing date: 1974-09-13
Publication date: 1975-10-16
Also published as: FR2267632B1; US3953811A; DE2443771B2; JPS5430750B2; CA1015805A; SU565640A3; DD114724A1; GB1467701A; DE2443771C3; FR2267632A1; IT1006446B; ES432056A1; JPS50134181A

Description

DH.-INS. DIPL.-ING. M. SC. OIPL.-PHY». DR. DII»L.-P»-<VS HÖGER - STELLRECHT - GRIESSBACH - HAECKER

PATENTANWÄLTE IN STUTTSART

Firma SACE S.p.A. Gostrüzioni Elettromeccaniche , Bergamo Italien

"Prellsicherer Grenzschalter"

Die Erfindung "betrifft einen Grenzschalter, dessen Hauptmerkmal darin liegt, daß er beim Öffnen der Kontaktstücke prellsicher ist.

Bekannt sind einige Niederspannungs-Strombegrenzungsschalter (der sogenannten Bauart "in geschlossener Dose"), die dadurch gekennzeichnet sind, daß sie sich bei auftretendem höherem Überstrom (z.B. bei Kurzschluß) durch die Wirkung der vom

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Überstrom erzeugten elektrodynamischen Abfallkräfte besonders schnell öffnen, wobei diese die Schaltstücke in den zueinander parallel und angenähert angeordneten Lägersöücken einer jeden Kontaktstelle jeweils in entgegengesetzten Sinn durchlaufen.

Während das eine Lagerstück meistens feststehend ist (und also das sogenannte "feste Kontaktstück" trägt), ist natürlich das andere Lagerstück- stets beweglich (und trägt also das sogenannte "bewegliche Kontaktstück") und besteht in der Regel aus. einem Schwenkarm, der in seiner 3chlie3stellung durch federnde Mittel festgehalten wird, die so ausgebildet und angeordnet sind, daß sie sich den beim Öffnen entstehenden, elektrodynamischen Kräften während der Anfangsstufe der öffnenden Schwenkbewegung des Schwenkarmes entgegensetzen und dann nach Überwindung eines toten Punktes dieselben elektrodynamischen Kräfte während der Endstufe derselben Schwenkbewegung für das öffnen des Kontaktes unterstützen (das soll ein unerwünschtes Öffnen der Kontakte bei kleinerem Überstrom oder bei einem etwaigen Abprall während der Schließstufe verhindern und gleichzeitig die erforderliche Stabilität des Öffmmgszustandes sicherstellen).

Eine der Hauptschwierigkeiten, denen die Hersteller von Stromschaltern der oben angegebenen Bauart gewöhnlich begegnen, ist das sogenannte Prellen·während der Öffnungsstufe. Wegen der hohen Öffnungsgeschwindigkeit der Schaltstücke kommt es häufig vor, daß die Schwenkarme, die für die beweglichen Schaltstücke als Lagerstücke dienen, heftig gegen die entsprechenden Endanschläge stoßen und zurückprallen, so

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daß sie unter Überwindung der federnden Festhaltemittel wieder in die Schließstellung gelangen.

Zweck der Erfindung ist die Schaffung eines strombegrenzenden Schalters der vorbeschriebenen Bauart, bei dem unerwünschte Prellerscheinungen am Ende der Öffnungsstufe völlig-ausbleiben.

Erfindungsgemäß wird dieser Zweck mit einem Grenzschalter erreicht, der zumindest ein Paar zusammenwirkende Kontaktstücke enthält, die von entsprechenden Lagerstücken getragen werden und mit einem Zuleitungsendverschluß sowie mit einem Lastendverschluß über einen Strompfad leitend verbunden sind, von welchem bei geschlossenem Kontakt die genannten Lagerstücke zwei zueinander parallel angeordnete, von Strömen verschiedenen Torzeichens durchlaufene Strecken bilden, so daß eine Stromverstärkung über eine vorgewählte Grenze in diesen Strecken solche abstoßende, elektrodynamische Kräfte erzeugt, daß sie die Kraft der federnden 3?esthaltemittel überwinden und das Auseinanderschnellen der Lagerstücke zum Trennen der Kontaktstücke auslösen, wobei zumindest eines der genannten Lagerstücke aus einem Schwenkarm besteht, auf den die genannten, federnden ]?esthaltemittel so wirken, daß sie sich während der Anfangsstufe der öffnenden Schwenkbewegung des Schwenkarmes den erwähnten abstoßenden, elektrodynamischen Kräften entgegensetzen, dieselben aber während der Endstufe der öffnenden Drehbewegung unterstützen, das Ganze dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnten federnden Festhältemittel auf den Schwenkarm über einen in einer Führungsöffnung verschiebbaren, mit dem Schwenkarm mittels einer Zugstange

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verbundenen Zapfen wirken, wobei die Wirkung der genannten federnden Festhältemittel auf den Zapfen so ist, daß der Zapfen in eine äußerste Stellung größter Annäherung an die Schwenkachse des Schwenkarmes geschoben wird, wobei Zugstange und Schwenkarm an einer Anlenkstelle aneinander angelenkt sind, welche so gewählt ist, daß eine öffnende Schwenkbewegung des Schwenkarmes die Anlenkstelle zwingt, sich von einem Ende zum anderen der die Achse des vorgenannten Zapfens und die Schwenkachse des Schwenkarmes verbindenden Geraden zu verschieben, wodurch gleichzeitig eine Hin- und Rückbewegung des Zapfens in seiner Führungsöffnung bzw. gegen die genannte -äußerste Stellung entsteht, wobei der Zapfen so angeordnet ist, daß am Ende der öffnenden Schwenkbewegung des Schwenkarmes ein Anschlag des Zapfens und des Schv.'enkarmes zustandekommt und die Führungsöffnung einen derartigen Verlauf aufweist, daß der genannte Anschlag bestrebt ist, den Zapfen von der äußersten Stellung wieder zu entfernen.

Die praktische Erprobung hat deutlich gezeigt, daß die öffnende Bewegung des Schwenkarmes bzw. der Schwenkarme, v/elcher, bzw. welche die beweglichen Kontaktstücke tragen, beim erfindungsgemäßen Grenzschalter in einer V/eise beherrscht wird, die zur Vermeidung eines Zurückprallens der beweglichen Kontaktstücke in die Schließstellung äußerst wirksam ist. Bei mit Wirkströmen bis über 100 kA und Spitzenströmen bis ca. 250 kA vorgenommenen Versuchen ist kein Rückprallen der Kontaktstücke am Ende der öffnenden Schwenkbewegung eingetreten, die durch so hohe Überströme, wie die des Kurzschlusses ausgelöst wird.

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Etwas schwerer fällt es dabei, eine theoretische Begründung der Ergebnisse zu finden. Man kann sich auf jeden Fall vorstellen, daß zwei Paktoren zur Beseitigung der Prellerscheinung beitragen: der erste Paktor liegt darin, daß der beim Anschlag des Schwenkarmes mit dem Zapfen am Ende der öffnenden Schwenkbewegung des Schwenkarmes auf den Zapfen ausgeübte Schub zum Wiederloslassen, an sich darnach streben würde, die Anlenkstelle der Zugstange am Schwenkarm nach hinten zu verdrängen, d.h. eine Schwenkbewegung des Schwenkarmes in der entgegengesetzten Richtung zu verursachen; aber dieses Streben wird nicht nur von den federnden Festhaltemitteln, sondern auch durch die Trägheit glatt verhindert, mit der der Schwenkarm während der öffnenden Schwenkbewegung noch belastet ist, so daß der verschiebbare Zapfen praktisch daran gehindert wird, sich im Führungsloch zu verschieben, so daß die Schwenkbewegung des Schwenkarmes in entgegengesetzter Richtung unmöglich gemacht wird; ein zweiter Faktor besteht wohl darin, daß der Schwenkarm am Ende seiner öffnenden Schwenkbewegung nicht an einen_a steifen, unbeweglichen Anschlag (wie es bei den bisher bekannten Schaltern der Fall ist), sondern an einen federbelasteten Zapfen anschlägt, der auch bei Ausnutzung der unvermeidlichen, evtl. vorteilhafterweise willkürlich zu verstärkenden Spiele zwischen den einzelnen Stücken des Gelenkgetriebes einen nachgiegigen Endanschlag bildet, den Stoß·des Schwenkarmes aufzunehmen vermag und damit die Grundvoraussetzungen zur Vermeidung von Prellerscheinungen schafft.

Die konstruktiven und funktioneilen Merkmale des erfindungs-

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r. 6 -

gemäßen Schalters lassen sich besser anhand der nachstehenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform desselben verstehen, die in der beigelegten Zeichnung als Beispiel gezeigt ist, in der

Fig. i einen senkrechten Schnitt durch den erfindungsgemäßen Schalter in geöffneter Stellung,

!ig. 2 denselben Schalter in geschlossener Stellung,

Fig. 3 denselben Schalter in einer Zwischenstufe seiner durch sehr hohen Überstrom ausgelösten öffnenden Schwenkbewegung,

Fig. 4 denselben Schalter am Ende seiner öffnenden Schwenkbewegung,

Pig. 5 eine Vorderansicht desselben Schalters in der Stellung von Fig. 2, und

Fig. 6 einen Schnitt durch denselben Schalter nach Linie VI-

-VI.von Fig. 3
darstellt.

Der in der Zeichnung gezeigte Schalter (besser gesagt der Schalterpol) umfaßt (Fig. 1). einen Festrahmen 1 aus isolierendem Werkstoff, der zwei Leiterstäbe 2 und 3 trägt, wovon der erste mit einem Zuleitungsendverschluß 4 über einen Leiter 5 stromführend verbunden ist und der zweite mit einem · Lastendverschluß 6 über einen herkömmlichen thermomagnetischen Auslöser 7 stromführend verbunden ist, der das öffnen des Schalters bei Auftreten eines Überstromes automatisch bewirkt, wenn dieser einen bestimmten, vorgewählten V/ert über- ·

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schreitet.

Die Leiterstäbe 2 und 3 dienen als Lagerstücke für zwei feststehende Kontaktstücke 8 und 9_? mit welchen zwei bewegliche Kontaktstücke 10 und 11, die von zwei entsprechenden Lagerstücken 12 und 13. getragen werden und miteinander· über zwei Leiterstäbe 14- und 15 sowie über einen biegsamen Leiter

16 stromführend verbunden sind, zum Öffnen bzw. Schließen des Stromkreises zwischen den Endverschlüssen 4 und 6, zusammenwirken*

Die beiden Lagerstücke 12 und 13 für die beweglichen Kontaktstücke 10 und 11 bestehen je aus einem Schwenkarm, der bei

17 bzw-. 18 an einem gemeinsamen Lagerstück 19 angelenkt ist, das zwischen den Stellungen von Fig. 1 und von Fig. 2 durch das Verschieben einer Welle 20 in einem Führungslangloch 21 (Fig. 1) verstellbar ist. Die Verschiebung der Welle 20 von der Stellung nach Fig. 2 (Schalter geschlossen) in die Stellung nach Fig. 1 (Schalter offen) kann sowohl automatisch durch den thermomagnetischen Auslöser 7 hervorgerufen werden, als auch von Hand über einen Schalthebel 22 (Fig. 1), wogegen die umgekehrte Verschiebung (Schließen des Schalters) ausschließlich mit dem Schalthebel 22 ausgeführt werden kann.

Wie aus Fig. 1, 2, 5, 6 ersichtlich, sind am gemeinsamen Lagerstück 19 (das in der Regel einen U-förmigen Querschnitt aufweist) zwei Zapfen 23, 24 drehbar sowie verschiebbar angeordnet, die in entsprechenden Führungslanglöchern 25» 26 sitzen und von einer gemeinsamen, einen mittleren Stift 28 umgebenden Feder 27 in eine Stellung; der größten Annäherung an die Zapfen 17, 18 gedrückt werden, um deren Achsen die

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Schwenkarme 12, 13 drehbar sind. Die verschiebbaren Zapfen 23, 24 sind über entsprechende Zugstangen 29, 30 mit den Schwenkarmen 12, 13 verbunden, wobei jede Zugstange aus zwei Wangen 31 (32) gebildet wird, die über einen Verbindungssteg 33 (3^) aneinander befestigt sind. Die freien Enden von jedem Paar Wangen 31I 32 tragen je einen der verschiebbaren Zapfen 23, 24, während die entgegengesetzten Enden (und daher der Steg 33 bzw. 34) einen entsprechenden Zapfen 35, 36 tragen, welcher Zapfen die gegenseitige Anlenkung von einem der Schwenkarme 12, 13 und einer entsprechenden Zugstange 29, erstellt, wobei seine Enden in entsprechenden, am gemeinsamen Lagerstück 19 ausgesparten Führungslanglöchern 37, 38 aufgenommen und geführt sind.

Der in der¹ Zeichnung dargestellte Schalter umfaßt außerdem einen Deckel 39 aus isolierendem Werkstoff, welcher Deckel durch Aufsetzen auf den Festrahmen 1 zwei Schaltlichtbogen - Löschkammern 40, 41 begrenzt, in welchen außer den beweglichen Kontaktstücken 10, 11 je ein Satz 42 (43) ferromagnetischer Platten zur Teilung des Schaltlichtbogens untergebracht ist.

Um die'Wirkungsweise des in der Zeichnung dargestellten Schalters zu verstehen, soll man sich die Stellung nach Fig. 2 als Ausgangsstellung vorstellen^ d_oh<» die Stellung des geschlossenen Schalters, bei der die zusammenspielenden Kontaktstücke 8, 10 bzw. 9, 11 (die durch den Schub den die Feder 27 auf die verschiebbaren Zapfen 23$ 24 und von hier über die Zugstangen 29, 30 auf die Schwenkarme 12, 13 ausübt,

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Tn gegenseitiger Berührung gehalten werden) aas Schließen eines Strompfades sicherstellen, der vom Zuleitungsendverschluß 4 zum Lastendverschluß 6,. über Leiter 5» Leiterstab 2, festes Kontaktstück.8, bewegliches Kontaktstück 10, Leiterstab 14 des Schwenkarmes 12, biegsamen Leiter 16, Leiterstab 15 des Schwenkarmes 13, bewegliches Kontaktstück 11, festes Kontaktstück 9j Leiterstab 3 und den thermomagnetischen Auslöser 7 geht. In diesem Strompfad bilden die Lagerstücke 2 und 12 der zusammenspielenden Kontaktstücke 8 und 10, sowie die Lagerstücke 3 und 13 der zusammenspielenden Kontaktstücke 9 und 11 offensichtlich zwei zueinander, parallel verlaufende Wege, die von Strömen entgegengesetzten Vorzeichens durchflossen werden.

Treten während der Schließzeit des Schalters keine Überströme auf, bzw. haben die etwa auftretenden Überströme einen ungenügend hohen Wert um das Ansprechen des Auslösers 7 ^zu bewirken, bleiben die Schaltstücke des Schalters in der Schließstellung nach Fig. 2 bis die Verschiebung der Welle . 20 zum Umschalten des Schalters in die Offenstellung nach Fig· 1 über den Schalthebel 22 von Hand getätigt wird.

Tritt dagegen ein Überstrom auf, dessen Wert, wenn auch nicht' übermäßig, aber doch so hoch ist, daß er das selbsttätige Ansprechen des thermomagnetischen Auslösers 7 hervorruft, bewirkt letzterer automatisch eine ähnliche Verschiebung der Welle 20 in die Stellung nach Fig. 1 und damit -das Öffnen des Schalters. ' "

Wenn schließlich in dem durch den,in der Zeichnung dargestell-

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ten Schalter kontrollierten Stromkreis ein Überstrom von äußerst hohem Wert,, wie z.B. ein Kurzschlußüberstrom auftritt, so daß das Ansprechen des. thermomagnetischen Auslösers 7 auf Grund einer auf andere Art ausgelösten, viel schneller erfolgenden Trennung der zusammenspielenden Kontakt stücke 8, 10 und 9, 11 früher eintritt, dann werden die elektrodynamischen, abstoßenden Kräfte wirksam ( und das bildet das hier am meisten interessierende Merkmal), welche in den Lagerstücken 2, 12 und 3» 13 der vorgenannten zusammenspielenden Kontaktstücke, auf Grund der hohen, die beiden Paare parallel verlaufender Stromkreisstrecken durchlaufenden Ströme entgegengesetzten Vorzeichens erzeugt werden, welche Strecken durch die erwähnten Lagerstücke, wie bereits erklärt, bei geschlossenem Schalter gebildet werden.

Derartige abstoßende, elektrodynamische Kräfte üben auf beide Schwenkarme 12, 13 eine Wirkung aus, die darnach strebt, die Schwenkbewegung.derselben um die Zapfen 17 bzw. 18 im Uhrzeigersinn bzw«, in entgegengesetztem Sinn zu tätigen, natürlich zu dem Zweck, die zusammenspielenden Kontaktstücke 8, 10 und 9, 1-1 voneinander zu trennen«, Ist der betreffende Überstrom tatsächlich sehr hoch,'insbesondere höher als ein vorgewählter Grenzwert, der der durch die Feder 27 auf die Schwenkarme 12 und 13 ausgeübten Pesthaltekraft entspricht, so erfolgt auch die Schwenkbewegung und das Ergebnis ist die Verschiebung der Anlenksteilen 35, 36 der Zugstangen 29, 30 an den Schwenkarmen 12, 13 von einem zum anderen Ende der Geraden, die die Achsen der*Zapfen 23, 17 und 24, 18 (Fig. 2

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und 4-) über die durch das Zusammenfallen der genannten Anlenkstellen mit derselben Geraden (Fig. 3) dargestellten toten Funkte verbinden, wobei diese Verschiebung von einer Hin- und Herbewegung der verschiebbaren Zapfen 23, 24· in den Führungslanglöchern 25, 26 von den zugeordneten Stellungen größter Annäherung zu den Schwenkzapfen 1?, 18 der Schwenkarme 12, 13 "bzw. denselben Stellungen entgegen, begleitet ist (es handelt sich hierbei praktisch um eine Kniehebelbewegung in den Anlenkungen 23-35, 3.5-1? und 24—36, 36-18, welche Bewegung durch die abwechselnde Verschiebung der Zapfen 23, 24- möglich gemacht wird).

Durch die gegenseitige Anordnung der Zapfen 23» 35» 1? und 24-, 36, 18 während der Anfangsstufe der öffnenden Schwenkbewegung der'Schwenkarme 12 und 13 (von der Stellung nach Fig. in die Stellung nach- Fig.3)» wird der durch die Feder 27 auf die Zapfen 23 und 24- ausgeübte elastische Schub durch die Zugstangen 29, 30 in einen sich auf die Schwenkarme und 13 im Uhrzeigersinn bzw. in diesem entgegengesetzten Sinn auswirkenden Schub verwandelt, welcher sich dem gegnerischen Schub der abstoßenden, elektrodynamischen Kräfte widersetzt, mit dem Ergebnis, daß die öffnende Schwenkbeivegung der Schwenkarme 12 und 13 erschwert wird. Nach Überwindung des durch die fluchtende Ausrichtung der Zapfen 35» 36 mit den Zapfen 23, 24- und 1?, 18 (Fig. 3) gebildeten toten Punktes, schlägt dieser Zustand um (Fig. 4-), d.h., derselbe von der Feder 2? ausgehende elastische Schub wird in einen gleichsinnigen Schwenkschub verwandelt, der jetzt die öffnende Schwenkbewegung der Schwenkarme 12, 13 unterstützt,

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anstatt ihr entgegenzuwirken.

Die öffnende Schwenkbewegung der Schwenkarme 12 und 13 hört in dem Augenblick auf, in dem der Rücken der Schwenkarme 12, 13 an die Zapfen 23· bzw. 24 anschlägt, welche von den festen Zapfen 17 und 18 nicht weggestoßen werden können, da dies eine Verschiebung nach hinten der beweglichen Zapfen 35 und 36 voraussetzen würde, die aber wegen der in den in Öffnungsrichtung schwenkenden Schwenkarmen 12 und 13 innewohnenden Trägheit unmöglich ist. Die Berührung der Schwenkarme 12 und 13 mit den Zapfen 23 und 24 wirkt sich daher wie die eines regelrechten Endanschlages aus und das.Ergebnis ist das Festhalten der Schwenkarme 12 und 13 in ihrer geöffneten Stellung.

VJie bereits am Anfang dieser Beschreibung erwähnt, haben zahlreiche, bereits durchgeführte Versuche erwiesen, daß die Schalter nach der in der Zeichnung gezeigten Bauart keinerlei Abprallerscheinung bei den Kontaktstücken am Ende der Öffnungsstufe aufweisen, d.h., daß das Endanschlagen der Schwenkarme 12 und 13 an den Zapfen 23 und 24 keinen Rückprall der Schwenkarme zur Folge hat, der ein Wiederschließen der Kontaktstücke hervorrufen kann. Wie ebenfalls schon erwähnt, läßt sich das durch die Kombination und dem wesentlichen Gleichgewicht der gegensinnigen Kräfte erklären, die an die Zapfen 35 und 36 durch die Trägheit der Schwenkarme 12 und 13 und durch deren Anschlagen an den verschiebbaren Zapfen 23 und 24 angelegt werden, und darüberhinaus läßt sich dasselbe auch durch die dämpfende Wirkung erklären,

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die auf die anschlagenden Schv/enkarme 12 und 13 von den nachgebenden Zapfen 23 und 24 ausgeübt v/ird und von den kleinen, eventuell willkürlich verstärkbaren Spielen zwischen den einzelnen Anlenkstellen an den Zapfen 23, 24, an den Zapfen 35» 36 und an den Zapfen. 17, 18 noch unterstützt v/ird.

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Claims

P Λ T E N- 1T ANSPRÜCHE

1. Grenzschalter, der zumindest ein Paar zusammenwirkende Kontaktstücke enthält, die von entsprechenden Lagerstücken getragen werden und mit einem Zuleitungsendverschluß sowie mit einem Lastendverschluß über einen Strompfad leitend verbunden sind, von welchem bei geschlossenem Kontakt die genannten Lagerstücke zwei zueinander parallel angeordnete, von Strömen verschiedener Vorzeichen durchlaufene Strecken bilden, so daß eine Stromverstärkung über eine vorgewählte Grenze in diesen Strecken solche abstoßende, elektrodynamische Kräfte erzeugt, daß sie die Kraft der federnden Festhaltemittel überwinden und das Auseinanderschnellen der Lagerstücke zum Trennen der Kontaktstücke auslösen, wobei zumindest eines der genannten Lagerstücke aus einem Schwenkarm besteht, auf den die genannten, federnden Pesthaltemittel so wirken, daß sie sich während der Anfangsstufe der öffnenden Schwenkbewegung des Schwenkarmes den erwähnten, abstoßenden, elektrodynamischen Kräften entgegensetzen, dieselben aber während der Endstufe der öffnenden Drehbewegung unterstützen, das Ganze dadurch gekennzeich-■ net, daß die erwähnten federnden Festhaltemittel auf den Schwenkarm über einen in einer Führungsöffnung verschiebbaren, mit dem Schwenkarm mittels einer Zugstange verbundenen Zapfen wirken, wobei die Wirkung der genannten, federnden Festhaltemittel auf den Zapfen so ist, daß der Zapfen in eine äußerste Stellung größter Annäherung an die Schwenk-

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achse des Schwenkarmes geschoben wird, wobei Zugstange und Schwenkarm an einer Anlenksteile aneinander angelenkt sind, welche so gewählt ist, daß eine öffnende Schwenkbewegung des Schw'enkarmes die Anlenkstelle zwingt, sich von einem Ende zum anderen, der die Achse des vorgenannten Zapfens und die Schwenkachse des Schwenkarmes verbindenden Geraden zu verschieben, wodurch gleichseitig eine Hin- und Rückbewegung des Zapfens in seiner Führungsöffnung von bzw. gegen die genannte äußerste Stellung entsteht, wobei der Zapfen so angeordnet ist, daß am Ende der öffnenden Schwenkbewegung des Sehwenkarmes ein Anschlag des Zapfens und des Schwenkarmes zustandekommt und die,. Führungsöffnung einen derartigen Verlauf auf v/eist, daß der genannte Anschlag bestrebt ist, den Zapfen von der äußersten Stellung wieder zu entfernen.

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