DE3001077A1

DE3001077A1 - Trennschalter

Info

Publication number: DE3001077A1
Application number: DE19803001077
Authority: DE
Inventors: Kent P Stiner
Original assignee: Gould Inc
Current assignee: Southern California Edison Co
Priority date: 1979-01-15
Filing date: 1980-01-14
Publication date: 1980-07-24
Also published as: GB2041655A; GB2041655B; CA1148590A; IT1126884B; US4223288A; FR2446537B1; DE3001077C2; JPS5596530A; CH637243A5; IT8047572A0; JPS643021B2; FR2446537A1

Description

PATENTANWÄLTE

ς TISCHER ■ KERN & BREHM

Albert-Rosshaupter-Straße 65, D 8000 München 70, Telefon (089) 7605520

GOULD INC. 14. Januar 1980

10 Gould Center GD-19

Rolling Meadows, Illinois 60008
U. S. A.

Trennschalter

Beschreibung:

Diese Erfindung betrifft einen Hand-betätigbaren Trennschalter; insbesondere betrifft die Erfindung Trennschalter dieser Art, die von einem, vom Trennschalter entfernten Ort aus sowohl geöffnet wie geschlossen werden können.

Trotz der stark ansteigenden Kosten für die Bereitstellung elektrischer Energie nimmt der Bedarf nach elektrischem Strom fortlaufend zu, so daß dieser Strombedarf häufig die bestehenden Stromerzeugungskapazitäten übersteigt. Gelegentlich hat ein übermäßig großer Strombedarf dazu geführt, daß das Stromerzeugungs-

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system zusammengebrochen ist, mit der Folge, daß große Verbrauchergruppen völlig ohne Strom waren. In anderen Fällen wird einem zu großen Strombedarf durch eine Herabsetzung der Spannung begegnet. Dieser letztere Vorschlag ist jedoch insofern unbefriedigend, daß einige strombetriebene Einrichtungen und Ausrüstungen nur schlecht oder überhaupt nicht funktionieren, sofern nicht die volle, übliche Spannung zur Verfügung steht.

Um der Notwendigkeit zu begegnen, die Stromerzeugungskapazitäten weiter auszubauen, um auch den relativ kurz auftretenden Spitzenbedarf an elektrischem Strom zu erfüllen, ist vorgeschlagen worden, daß die Stromerzeuger mit der Fähigkeit zur Belastungssteuerung oder sogar Lastabschaltung unabhängig von der Kontrolle durch die Verbraucher ausgestattet werden. Das bedeutet, es wird eine Vorrichtung bereitgestellt, welche den Stromerzeuger in die Lage versetzt, ausgewählte Belastungen (= Stromverbrauch) bestimmter Verbraucher abzuschalten, ohne die Bereitstellung von elektrischem Strom für wichtigere und/oder sensiblere Verbrauchsstellen zu unterbrechen. Typischerweise handelt es sich bei den Stromverbrauchsstellen, die in Zeiten hohen Strombedarfs unterbrochen werden, um unkritische Stromverbraucher im Haushalt, wie etwa einen elektrisch betriebenen Warmwasserbereiter, Klimaanlagen und/oder Einrichtungen zur Luftaufbereitung. Eine Möglichkeit zur Gewährleistung der oben angesprochenen Belastungssteuerung besteht darin, ein Schaltschütz vorzusehen, das in Reihe mit dem Trennschalter angeschlossen ist, durch welchen die in Frage stehende Stromverbrauchsstelle mit Strom versorgt wird.

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Das Schaltschutz wird unter Vorspannung in geschlossener Schaltsteilung gehalten und elektromechanisch betätigt, um die Schaltsteilung auf ein Steuersignal hin zu öffnen, welches die S t r ornve rsorgungsans talt an einem Ort, entfernt von dem Schaltschü tz erzeugt.

Die wesentliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine neue Vorrichtung zur Stromverbrauchssteuerung bereitzustellen, welche von einem Ort, entfernt von den Trennschaltern betätigt wird, welche ihrerseits die Stromzufuhr zu den Stromverbrauchsstellen regelt.

Ein weiteres Ziel dieser Erfindung besteht darin, eine neue Vorrichtung zur Stromverbrauchssteuerung bereitzustellen, welche leicht in die üblichen Schalttafeln eingebaut werden kann, die am Ort der üblichen Trennschalter vorgesehen sind.

Ein weiteres Ziel dieser Erfindung besteht darin, eine derartige Vorrichtung zur Stromverbrauchssteuerung bereitzustellen, zu der eine übliche, kippfreie, federbetätigte Betätigungseinrichtung für den Kontakt gehört und ferner ein entfernt davon betätigtes Solenoid zum Öffnen und/oder zur Verhinderung des Schließens der Trennschalter-Kontakte.

Schließlich besteht ein weiteres Ziel dieser Erfindung darin, eine derartige Vorrichtung zur Stromverbrauchssteuerung bereitzustellen, welche keinen Bereitschaftsstrom benötigt, um die

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Vorrichtung entweder geöffnet oder geschlossen zu halten.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe und Ziele ist ein Trennschalter mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Trennschalters ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 10.

Erfindungsgemäß wird eine Solenoid-betätigte Vorrichtung zur Steuerung der Trennschalter-Kontakte aus der Ferne benutzt; die Trennschalter-Kontakte selbst bilden einen Bestandteil einer üblichen Trennschaltervorrichtung. Zum erfindungsgemäßen Trennschalter gehören eine kippfreie, Feder-betätigte Betätigungseinrichtung und eine automatisch auf einen Fehlstromwert ansprechende Kippeinrichtung, welche beide, unabhängig von dem Einschluß der aus der Ferne gesteuerten Solenoid-Einrichtung, die Möglichkeit bieten, in üblicher Weise betätigt zu werden. Im einzelnen ist der Trennschalter von derjenigen Bauart, bei welcher zur kippfreien Betätigungseinrichtung ein freigebbarer Bügel gehört, der normalerweise in einer eingerasteten Stellung gehalten wird, und von der automatischen Kippeinrichtung freigegeben wird. Eine Betätigungsfeder ist mit einem beweglichen Kontaktarm verbunden, der schwenkbar an einem drehbaren, Hand-betätigbaren Glied befestigt ist. Sofern die Kontakte des Trennschalters geschlossen sind, wird bei einer Erregung des Nebenschluß-gesteuerten Solenoids dessen Anker herausgeschoben, um am beweglichen Kontaktarm anzugreifen und den Trennschalter-Kontakt zu öffnen,

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während der von Hand zu betätigende Griff des Trennschalters in seiner EIN-Stellung verbleibt. Solange der Solenoidanker in seiner herausgeschobenen Stellung verbleibt, kann der Trennschalter-Kontakt nicht geschlossen werden. Nachdem die Notwendigkeit nicht länger besteht, den Trennschalter offenzuhalten, wird ein entfernt erzeugtes Signal benutzt, um eine Blockiervorrichtung freizugeben, welche eine Verschiebung des Solenoidankers in seine eingezogene Stellung zuläßt, was wiederum das Schließen des Trennschalter-Kontaktes zuläßt.

Nachfolgend wird die Erfindung im einzelnen anhand von Ausführungsformen mit Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 erläutert; es zeigt:

Fig. 1 in einer Seitenansicht die erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung zur Stromverbrauchssteuerung, wobei die vordere Gehäusewand entfernt ist, um einen Überblick über die im Gehäuse befindlichen Elemente zu ermöglichen; gemäß Darstellung nach Fig. 1 befindet sich die Vorrichtung in geschlossenem Zustand;

Fig. 2 einen Teil der Vorrichtung nach Fig. 1, wobei die Kontakte durch das aus der Ferne gesteuerte Solenoid in geöffneter Stellung gehalten sind.

Nachfolgend wird ein erfindungsgemäßer Trennschalter 20 im einzelnen mit Bezugnahme auf die Figuren erläutert.

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Zu dem Trennschalter 20 zur Stromverbrauchssteuerung gehören ein relativ schmales Gehäuse 21, das beispielsweise lediglich eine Breite von einem Zoll (25,4 mm) aufweist; von diesem Gehäuse 21 ist in den Figuren 1 und 2 lediglich der überwiegende Abschnitt dargestellt. Zum Haupt-Strompfad durch den Trennschalter 20 gehören die Drahtklemme 22 an einem Ende des Stromanschlusses 23, dessen anderes Ende über die elektrisch leitende Litze 24 mit einem Ende eines Bimetalls 25 verbunden ist; der Strompfad verläuft weiter durch das Bimetall 25 zu einem L-förmigen Steg 26 am anderen Ende des Bimetalls 25, ferner durch den Steg 26 zu einer biegsamen Litze 27, die ihrerseits den Steg 26 mit einem beweglichen Kontaktarm 28 verbindet, der seinerseits mit dem beweglichen Kontaktstück 2? verbunden ist, das seinerseits wieder mit dem feststehenden Kontaktstück 30 zusammenarbeitet; der Strompfad verläuft durch diese Kontaktstücke 29 und 30 und weiterhin durch das elektrisch leitende Band 31, welches das feststehende Kontaktstück 30 mit dem Leitungsanschluß 32 eines Muttersteckers verbindet. Die übliche Vorrichtung zur Betätigung des beweglichen Kontaktstückes 29 ist im einzelnen in der US-Patentschrift 3 36? 202 (C. E. Gryctko vom 13. Februar 1968) beschrieben.

Im einzelnen liegt das vom beweglichen Kontaktstück 29 entfernte Ende 33 des Kontaktarms 28 an einem schwenkbar gelagerten Widerlager an, das von den gegenüberliegenden Flächen der gabelförmigen Abschnitte des Betätigungsgliedes 34 gebildet wird. Eine gewundene Zugfeder 35 erstreckt sich von einem Zwischenabschnitt des beweglichen Kontaktarms 28 zu einem freigebbaren Bügel 36.

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Dieser freigebbare Bügel 36 ist schwenkbar an einem Vorsprung bzw. Zapfen 37 des Gehäuses befestigt. Das vom Zapfen 37 entfernte Ende des Bügels 36 ist als eine Einrastspitze 38 ausgebildet, die an der Einrastfläche 3? eines Einrastgliedes 40 anliegt, das nahe an einem Ende des Bimetalls 25 angebracht ist. Das Einrastglied 40 besteht zumeist aus einem U-förmigen Magneten, der auf ein relativ feststehendes Joch 43 zu verschiebbar ist, sofern ein Fehlstrom von ausreichender Größe durch das Bimetall 25 fließt. Das Betätigungsglied 34 ist mit quer ausgerichteten Vorsprüngen 46 versehen, die in entsprechend ausgerichtete (nicht dargestellte) Aussparungen im Gehäuse 21 eingreifen, so daß das Betätigungsglied 34 schwenkbar gelagert ist. Zum Betätigungsglied 34 gehört ferner eine mit der Hand greifbare Verlängerung 48, welche durch die Vorderöffnung 49 im Gehäuse 21 aus dem Gehäuse 21 herausragt.

Die bis zu diesem Punkt beschriebenen Bestandteile des Trennschalters 20 sind von üblicher Bauart, sofern eine Betätigung des Betätigungsgliedes 34 von Hand vorgesehen ist, um das bewegliche Kontaktstück 29 in das und aus dem Anliegen am, mit diesem zusammenwirkenden, feststehenden Kontaktstück 30 zubringen. Dar-Uberhinaus wird sich beim Auftreten vorgegebener Überlastungsbedingungen das eine relativ kleine Größe aufweisende Bimetall 25 erwärmen, wodurch das freie Ende des Bimetalls 25 (in der Darstellung nach Fig. 1) nach rechts abgelenkt wird, wodurch die Einrastfläche 39 von der Einrastspitze 38 weg bewegt wird, um den Bügel 36 für eine automatische (selbsttätige) Öffnung

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der Kontaktstücke 29, 30 unter der Wirkung der in der Hauptfeder 35 ge spe-icherten Federkraft freizugeben. Ein ähnlicher, selbsttätiger Kippvorgang erfolgt beim Auftreten von größeren vorgegebenen Über lastströmen, die ausreichen, um den Magneten 4C vom Joch 43 anzuziehen, wodurch die Einrastfläche 39 (entsprechend der Darstellung nach Fig. 1) nach rechts verschoben wird und damit den Bügel 36 freigibt.

Es ist eine Hilfseinrichtung in Form eines Solenoids 50 vorgesehen, um das bewegliche Kontaktstück 29 von einer, vom Trennschalter 20 entfernten Stelle aus zu betätigen. Im einzelnen gehört zu dem Solenoid 50 ein Stempel oder Anker 51, der sich durch die Spule 52 hindurch erstreckt. Sofern die Spule 52 erregt wird, wird der Anker 51 (entsprechend der Darstellung nach Fig. 1) in axialer Richtung nach rechts verschoben und ragt aus dem rechten Ende der Spule 52 heraus, wie das mit Fig. 2 dargestellt ist. Beim Verschieben des Ankers 51 in die zuletzt genannte Stellung liegt der Anker 51 am beweglichen Kontaktarm 28 an und trennt das bewegliche Kontaktstück 29 vom feststehenden Kontaktstück 30. Nachdem der Anker 51 das Ende seiner Verschiebung nach rechts (entsprechend der Darstellung nach Fig. 2) erreicht hat, ist auch das konische Gebilde 53 am linken Ende des Ankers 51 in eine Position rechts von der Klinke 54 verschoben; diese Klinke 54 ragt aus der unter Vorspannung gesetzten Spule des zur Klinkenfreigabe vorgesehenen Solenoids 55 heraus. Die Klinke 54 nimmt daraufhin die in Fig. 2 dargestellte Verriegelungsstellung ein und verhindert eine Verschiebung des Ankers

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ncch links, sofern die Spule 52 abgeschaltet wird, obwohl die Hauptfeder 35 über den beweglichen Kontaktarm 28 eine Kraft auf den Anker 51 ausübt, welche diesen (entsprechend der Darstellung nach Fig. 2) nach links zu verschieben sucht.

Der zumeist geschlossene Schalter 61 ist in Reihe mit einer der Steuersignal-Zuführleitungen 62 geschaltet, über welche die Steuersignale zur Erregung des Solenoids 50 deren Spule 52 zugeführt werden; wenn sich der Anker 51 in der mit Fig. 2 dargestellten aktiven Stellung befindet, liegt die mit dem Anker 51 verbundene, radial abstehende Scheibe 63 an einem der Federarme des Schalters 61 an und hält diesen Schalter 6t geöffnet, was eine; Überhitzung des Solenoids 50 verhindert.

Die Klinke 54 stellt eine cxiale Verlängerung des (nicht dargestellten) Ankers dar, welcher von der Betriebsspule 56 des Solenoids 55 umgeben ist. Die Spule 56 wird von einer entfernten Stelle aus erregt, indem die Steuersignale über die Steuersignal-Zuführleitungen 65 zugeführt werden. Die Erregung des Solenoids 55 führt zu einer Zurückziehung der Klinke 54, wonach sich der Anker 51 unter der Wirkung der Hauptfeder 35 (gemäß der Darstellung nach" Fig. 2) nach links verschieben kann.

Es ist zu beachten, daß die unter der Wirkung des als Hilfseinrichtung dienenden Solenoids 50 zustande gekommene Trennung der Kontaktstücke 29, 30 kleiner ist als diejenige Trennung zwischen den Kontaktstücken 29, 30, die durch die Wirkung der Betätigungseinrichtung 34, 35, 36 usw. des Trennschalters hervorgerufen

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wird. Bei der Öffnung schwenkt die letztere Betätigungseinrichtung den verschieblichen Kontaktarm 28 entgegen dem Uhrzeigersinn so lange, bis der Arm 28 an einem Anschlag 67 im Inneren des Gehäuses anliegt. Die kleinere Öffnung des Kontaktes durch die Tätigkeit des Solenoids kann hingenommen werden, da angenommen ν/ir dt, daß lediglich übliche Bet riebsst röme fließen, solange das Solenoid 50 erregt ist. Sofern jedoch Überlastbedingungen auftreten, wird die thermo-magnetisch arbeitende Kippeinrichtung 25, 26, 43 die Einraststelle 39 freigeben, wonach eine vollständige Trennung des Kontaktes erfolgt. Es ist weiterhin anzumerken, daß sogar dann, wenn sich die Kontaktstücke 29, 30 in ihrer vollständig geöffneten Stellung befinden, das Solenoid 50 betätigt werden kann, um den Anker 51 (gemäß der Darstellung nach Fig. 2) nach rechts zu verschieben. Die nachfolgende Betätigung des Gliedes 34 von Hand wird zur Schließung der Kontaktstücke 29, 30 deswegen unwirksam sein, da der hervorstehende Anker 51 die im Uhrzeigersinn erfolgende Verschiebung des beweglichen Kontaktarmes 28 hinter die mit Fig. 2 dargestellte Stellung blockiert.

Somit ist dargelegt, daß die vorliegende Erfindung einen kompakten Trennschalter bereitstellt, der einen einzigen Satz an Haupt-Schaltkontakten aufweist, die automatisch beim Auftreten vorgegebener Fehlstromwerte getrennt werden, und der weiterhin ausgewählt durch Signale betätigt werden kann, die an Stellen,entfernt von dem Trennschalter erzeugt werden.

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Die Erfindung ist anhand der Figuren 1 und 2 mit Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform erläutert worden. Ersichtlich können zahlreiche Abänderungen und Modifizierungen durchgeführt werden, ohne vom wesentlichen Kern der Erfindung abzuweichen .

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Claims

PATENTANWÄLTE 3 Π Ο 1 Π 7 TISCHER · KERN & BREHM Albert-Rosshaupter-Straße 65, D 8000 München 70, Telefon (0S9) 7605520 GOULD INC. 14. Januar 1980 Gould Center GD-19 Rolling Meadows, Illinois 60008 U. S. A. Trennschalte r Patentansprüche:

1./Trennschalter gekennzeichnet durch einen aus zusammenwirkenden Kontaktstücken (29, 30) gebildeten Kontakt;

eine Hand-betätigbare, unter Federeinwirkung hin und her springende Betätigungseinrichtung (34, 35, 36, 48) zum Öffnen und Schließen des Kontaktes; eine, mit dieser Betätigungseinrichtung wirksam verbundene,

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automatische Kippvorrichtung (25, 26, 40, 43), die auf vorgegebene Fehlstromwerte anspricht, um die Betätigungseinrichtung zur Öffnung des Kontaktes zu veranlassen; und eine Hilfseinrichtung einschließlich einem ersten Abschnitt, der unabhängig von der Betätigungseinrichtung und der Kippeinrichtung zur Öffnung des Kontaktes betätigbar ist, als Folge eines ersten Steuersignals, das entfernt von dem Trennschalter erzeugt wird.

2. Trennschalter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß

der erste Abschnitt der Hilfseinrichtung bei Eingang des ersten Steuersignals aus einer ersten Stellung (Fig. 1 ) in eine zweite Stellung (Fig. 2) bringbar ist; die Hilfseinrichtung ferner einen zweiten Abschnitt aufweist, um den ersten Abschnitt in der zweiten Stellung zu halten; der Kontakt vom ersten Abschnitt offengehalten wird, wenn sich der letztere in dieser zweiten Stellung befindet; und der zweite Abschnitt freigebbar ist, um den ersten Abschnitt •in seine erste Stellung zurückkehren zu lassen, wo die Betätigungseinrichtung den Kontakt schließen kann.

3. Trennschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß

zum ersten Abschnitt der Hilfseinrichtung ein Solenoid (50) mit einer Spule (52) und einem Anker (51) gehört, welcher bei Erregung der Spule (52) aus einer ersten Stellung (Fig. 1)

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in eine zweite Stellung (Fig. 2) bewegt wird, um als Folge des Eingangs des ersten Steuersignals direkt auf den Kontakt (29, 30) einzuwirken, um den letzteren zu öffnen.

4. Trennschalter nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß

zur Hilfseinrichtung ferner ein zweiter Abschnitt gehört, welcher den Anker (51) in seiner zweiten Stellung (Fig. 2) hält; und

dieser zweite Abschnitt ausgewählt freigebbar ist, um den Anker (51) in seine erste Stellung (Fig. 1) zurückkehren zu lassen, wo die Betätigungseinrichtung (34, 35, 36, 48) den Kontakt (29, 30) schließen kann.

5. Trennschalter nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß

zum zweiten Abschnitt der Hilfseinrichtung eine Klinke (54) gehört, welche den Anker (51) in seiner zweiten Stellung (Fig. 2) hält; und

zu diesem zweiten Abschnitt ferner ein Solenoid {55) mit einer Spule (56) gehört,

deren Erregung durch ein zweites Steuersignal den Anker (51) freigibt.

6. Trennschalter nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß

zu dem Kontakt ein bewegliches Kontaktstück (29) gehört, das

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an einem Ende des beweglichen Kontaktarmes (28) angebracht ist; und

der Anker (51) in seiner zweiten Stellung (Fig. 2) wirksam an diesem Kontaktarm (28) anliegt.

7. Trennschalter nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß

zur Betätigungseinrichtung (34, 35, 36, 48) eine mit dem Kontaktarm (28) verbundene Feder (35) gehört, unter deren Federkraft der Anker (51) über den Kontaktarm (28) in seine erste Stellung (Fig. 1) zurückgeführt wird.

8. Trennschalter nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß

zur Betätigungseinrichtung (34, 35, 36, 48) auch ein freigebbarer Bügel (36) gehört, der zumeist in einer Haltestellung eingerastet ist und beim Auftreten vorgegebener Fehlstromwerte unter der Wirkung der Kippeinrichtung (25, 26, 40, 43) in eine freigegebene Stellung verschiebbar ist, wobei die ■Federkraft der Feder (35) den Bügel (36) in die freigegebene Stellung bewegt.

9. Trennschalter nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß

zur Betätigungseinrichtung (34, 35, 36, 48) ein Hand-betätigbares Glied (34, 48) gehört, das ein Ende des Kontaktarmes (28) abstützt; und

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dieses Glied (34) zumeist zwischen den beiden Stellungen
"Kontakt geschlossen" und "Kontakt völlig geöffnet" verschiebbar ist; und

sich der Kontaktarm (28) in einer Zwischenstellung zwischen diesen beiden Stellungen "Kontakt geschlossen" und "Kontakt völlig geöffnet" befindet, wenn der Anker (51) seine zweite Stellung (Fig. 2) einnimmt.

10. Trennschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß

der Trennschalter (20) sich in einem einzigen, isolierenden Gehäuse (21) befindet, welches den Kontakt (29, 30), die Betätigungseinrichtung (34, 35, 36), die automatische Kippvorrichtung (25, 26, 40, 43) und die Hilfseinrichtung einschließt.

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