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Die Erfindung betrifft das technische Gebiet von Wechselspannungslasttrennschaltern für Fahrleitungen eines Bahnstromversorgungsnetzes mit einem ersten Hauptkontakt und einem bewegbaren zweiten Hauptkontakt, bei denen der bewegbare zweite Hauptkontakt zur Herstellung einer Luftstrecke von dem ersten Hauptkontakt weg bewegbar ist.
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Seit langem ist bekannt, dass das Löschen von Lichtbögen bei Abschaltung von Betriebs- und Kurzschlussströmen in Wechselspannungsschaltanlagen beim natürlichen Nulldurchgang der Wechselspannung in Vakuumschaltkammern erfolgen kann.
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Es sind aus der Produktbroschüre „Driescher Freiluft Schaltgeräte für Bahnanlagen" der Elektrotechnische Werke Fritz Driescher & Söhne GmbH in Moosburg, Bestellnummer 3-8177680.10-09, Broschürennummer 768, Freiluft-Strecken-Wechselspannungslasttrennschalter für Bahnanlagen der Baureihe FLa 15/97 bekannt, bei denen eine Vakuumschaltkammer im Nebenschluss zu den Hauptkontakten angeordnet ist. Auf einem bewegbaren zweiten Hauptkontakt ist ein zweiter Hilfskontakt vorgesehen, der im geschlossenen Zustand des Lasttrennschalters mittels einer Betätigungsmechanik in einen am ersten Hauptkontakt angeordneten ersten Hilfskontakt eingreift und bewirkt, dass die Vakuumschaltkammer stromlos geschaltet ist und nur die Hauptkontakte stromführend sind. Beim Trennen der Hauptkontakte wird die Vakuumschaltkammer und damit der Nebenschluss mittels der Betätigungsmechanik stromführend geschaltet, so dass der Strom über die Vakuumschaltkammer und die Hilfskontakte fließt. Ist durch das Wegbewegen des bewegbaren zweiten Hauptkontakts vom ersten Hauptkontakt eine Lufttrennstrecke ausgebildet, so bewirkt der mitgeführte zweite Hilfskontakt mittels der Betätigungsmechanik, dass die Vakuumschaltkammer nicht-leitend geschaltet und der Stromfluss über den Lasttrennschalter somit unterbrochen wird. Anschließend wird durch weiteres Wegbewegen des bewegbaren zweiten Hauptkontakts vom ersten Hauptkontakt auch der Kontakt zwischen den Hilfskontakten unterbrochen und eine ausreichend große Luftrennstrecke für eine sichere Abschaltung des Lasttrennschalters ausgebildet; der Stromfluss wird folglich ohne Lichtbogenbildung getrennt (vgl. Produktbroschüre Seite 4 „Funktionsweise“ und beiliegende 1). In entsprechender Weise wird der Einschaltvorgang des Lasttrennschalters durch Kontaktbildung zwischen den Hilfskontakten, Leitend-schalten der Vakuumschaltkammer und Schließen der Hauptkontakte vorgenommen.
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Bei bekannten Freiluft-Lasttrennschaltern müssen vergleichsweise hohe Schaltkräfte zum Bewegen des zweiten Hauptkontakts bereit gestellt werden. Außerdem entstehen bei widrigen Umgebungsbedingungen wie etwa Eis und Schnee schlechte Kontaktverhältnisse für die Hilfskontakte und die Betätigungsmechanik, was einen sicheren und zuverlässigen Schalterbetrieb erschwert. Zusätzlich ist die Ausschalt- und Kurzschlusseinschaltstrombelastbarkeit des Lasttrennschalters durch die Stromfestigkeit der Betätigungsmechanik und der Hilfskontakte vorgegeben. Für eine Erhöhung der Ausschalt- und Kurzschlusseinschaltstrombelastbarkeit des Lasttrennschalters muss mehr Material für die Betätigungsmechanik und die Hilfskontakte verwendet und durch einen Schalterantrieb bewegt werden, was den Lasttrennschalter vergleichsweise schwerer und teurer in der Herstellung und im Betrieb macht.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Wechselspannungslasttrennschalter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereit zu stellen, insbesondere einen vergleichsweise einfachen, sicheren und zuverlässigen Wechselspannungslasttrennschalter anzugeben.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe durch einen Wechselspannungslasttrennschalter gemäß Anspruch 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Wechselspannungslasttrennschalters gemäß Anspruch 15.
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Dadurch, dass beim erfindungsgemäßen Wechselspannungslasttrennschalter die Vakuumschalteinrichtung direkt im Strompfad der Hauptkontakte angeordnet ist, entfällt der bisher im Stand der Technik vorgesehene Strombypass mittels Hilfskontakten. Dies ist vorteilhaft, weil durch den Wegfall von Hilfskontakten der Wechselspannungslasttrennschalter unempfindlicher gegenüber Witterungseinflüssen, insbesondere Eis und Schnee, ist. Ein weiterer Vorteil ist es, dass die Vakuumschalteinrichtung nicht für auftretende Blitzstoßspannungen dimensioniert werden muss, da die Isolation einerseits gegen Erde über Isolatoren und andererseits durch die Luftstrecke zwischen den Hauptkontakten am festen und beweglichen Schaltkontakt gegeben ist. Hierdurch werden in der Herstellung und im Betrieb Kosten eingespart. Vakuumschalteinrichtungen, die für auftretende Kurzschlussströme bis 40 kA und einem bis zu 2,5-fachen Stoßstrom ausgelegt sind, sind heute beispielsweise aus am Markt verfügbaren Wechselstromleistungsschaltern bekannt und können vorteilhafterweise im erfindungsgemäßen Wechselspannungslasttrennschalter verwendet werden. Die bisher im Stand der Technik verwendeten Vakuumschalteinrichtungen weisen dagegen üblicherweise Kurzschlussstromfestigkeiten bis ca. 20 kA und maximal 50 kA Stoßstromfestigkeit auf. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Wechselspannungslasttrennschalters ist es, dass die Ausschalt- und Kurzschlusseinschaltstrombelastbarkeit nicht mehr durch die im Stand der Technik verwendeten Hilfskontakte begrenzt wird, sondern vielmehr durch die Verwendung der Vakuumschalteinrichtung direkt im Strompfad der Hauptkontakte durch die Gesamtstrombelastbarkeit des Wechselspannungslasttrennschalters gegeben ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wechselspannungslasttrennschalters umfasst die Betätigungsanordnung einen Vakuumschalteinrichtungsbetätiger, der zur mechanischen Betätigung der Vakuumschalteinrichtung ausgebildet ist. Dies ist vorteilhaft, weil durch den Vakuumschalteinrichtungsbetätiger die Vakuumschalteinrichtung betätigt werden kann, ohne elektrisch in die Umgebung der Vakuumschalteinrichtung eingreifen zu müssen. Dies erhöht die Sicherheit des erfindungsgemäßen Wechselspannungslasttrennschalters.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wechselspannungslasttrennschalters ist der Vakuumschalteinrichtungsbetätiger im Wesentlichen stabförmig ausgebildet. Dies ist vorteilhaft, weil der Vakuumschalteinrichtungsbetätiger die Vakuumschalteinrichtung über eine vergleichsweise große Distanz betätigen muss.
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In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wechselspannungslasttrennschalters ist der Vakuumschalteinrichtungsbetätiger innerhalb eines den ersten Hauptkontakt und die Vakuumschaltkammer tragenden Hohlisolators geführt. Durch diese indirekte Anlenkung der Vakuumschalteinrichtung im geschützten Hohlisolator ist der Vakuumschalteinrichtungsbetätiger sowohl vor den Umweltbedingungen als auch vor elektrischen Einflüssen geschützt, was die Sicherheit und Zuverlässigkeit des Wechselspannungslasttrennschalters erhöht.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Wechselspannungslasttrennschalters umfasst der Vakuumschalteinrichtungsbetätiger ein nichtleitendes Material. Dies ist von Vorteil, weil das Einbringen eines elektrisch leitenden Materials in die Umgebung der Vakuumschalteinrichtung zu vermeiden ist, um die Kurzschlussfestigkeit des Wechselspannungslasttrennschalters zu erhöhen.
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In einer bevorzugten Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wechselspannungslasttrennschalters umfasst das nichtleitende Material einen Glasfaserwerkstoff. Die Verwendung eines Glasfaserwerkstoffs ist vorteilhaft, weil Glasfaserwerkstoffe lang erprobt und günstig in der Herstellung sind.
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In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wechselspannungslasttrennschalters weist die Betätigungsanordnung eine Hubeinrichtung auf, die für ein Bewegen des Vakuumschalteinrichtungsbetätigers vorgesehen ist. Dies ist vorteilhaft, weil mittels der Hubeinrichtung über eine weite Distanz die Vakuumschalteinrichtung betätigt werden kann.
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In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wechselspannungslasttrennschalters ist eine Sensoreinrichtung zum Feststellen der Position des bewegbaren zweiten Hauptkontakts vorgesehen, die zur Übermittlung der festgestellten Position an die Betätigungsanordnung ausgebildet ist. Dies ist vorteilhaft, weil durch die Feststellung der Position des bewegbaren zweiten Hauptkontakts stets der aktuelle Schaltzustand des Wechselspannungslasttrennschalters ermittelbar ist.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wechselspannungslasttrennschalters ist eine Notfallstromversorgung vorgesehen, um den Wechselspannungslasttrennschalter bei Ausfall des Bahnstromversorgungsnetzes sicher abschalten zu können. Dies ist ein Vorteil, weil elektrische Komponenten, wie beispielsweise eine Sensoreinrichtung oder eine Hubeinrichtung, auch bei Ausfall des Bahnstromversorgungsnetzes eine Energieversorgung benötigen, damit eine entsprechende Abschaltung des Wechselspannungslasttrennschalters mit einer ausreichenden Lufttrennstrecke zwischen den Hauptkontakten sichergestellt werden kann.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wechselspannungslasttrennschalters umfasst die Sensoreinrichtung einen Drehwinkelsensor. Der Drehwinkelsensor kann beispielsweise bei einem Wechselspannungslasttrennschalter mit einem kippbaren zweiten Hauptkontakt im Kipppunkt angeordnet sein. In einem solchen Fall wird durch den Drehwinkelsensor der Schaltzustand des Wechselspannungslasttrennschalters sicher erkannt, ohne dass eine elektrische Komponente wie die Sensoreinrichtung in die direkte Umgebung des bewegbaren zweiten Hauptkontakts eingebracht werden muss. Dies erhöht die Sicherheit des Wechselspannungslasttrennschalters, was vorteilhaft ist.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wechselspannungslasttrennschalters ist der Drehwinkelsensor ein elektrischer Drehwinkelsensor ist.
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In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wechselspannungslasttrennschalters wirkt der Drehwinkelsensor mit einer elektrisch betriebenen Betätigungsanordnung zusammen.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wechselspannungslasttrennschalters ist der Drehwinkelsensor ein mechanischer Drehwinkelsensor.
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In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wechselspannungslasttrennschalters ist eine Mechanik vorgesehen, mittels der eine Bewegung des mechanischen Drehwinkelsensors an eine Bewegung des Vakuumschalteinrichtungsbetätigers koppelbar ist. Dies ist vorteilhaft, weil keine elektrischen Komponenten benötigt werden, um die Position des bewegbaren zweiten Hauptkontakts festzustellen und in Abhängigkeit von der festgestellten Position mittels des Vakuumschalteinrichtungsbetätigers die Vakuumschalteinrichtung zu schalten. Dadurch ist der Wechselspannungslasttrennschalter ohne elektrische Stromversorgung stets derart schaltbar, dass bei einem Trennen der Hauptkontakte zuvor die Vakuumschalteinrichtung nichtleitend geschaltet wird und somit das Ausbilden eines Lichtbogens vermieden wird. Denkbar ist es auch, die Mechanik als zusätzliches, redundantes System einzusetzen, und gleichzeitig eine Sensoreinrichtung und eine Hubeinrichtung zu verwenden.
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In einer bevorzugten Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wechselspannungslasttrennschalters weist die Mechanik ein Gestänge auf. Dies ist vorteilhaft, weil durch ein Gestänge besonders einfach die Bewegung des bewegbaren zweiten Hauptkontakts an eine Bewegung des Vakuumschalteinrichtungsbetätigers koppelbar ist.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wechselspannungslasttrennschalters ist die Mechanik witterungseinflussunabhängig innerhalb des Wechselspannungslasttrennschalters angeordnet. Dies ist dadurch vorteilhaft, dass eine innen liegende Mechanik Witterungseinflüssen und Blitzschlag nicht ausgesetzt ist, was die Sicherheit und Zuverlässigkeit des Wechselspannungslasttrennschalters erhöht.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wechselspannungslasttrennschalters ist die Mechanik innerhalb einer Schalterkonsole angeordnet, auf der alle Komponenten des Lasttrennschalters angebracht sind. Dies ist eine Vorteil, weil eine solche Bauform besonders einfach herzustellen ist.
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Ferner ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Wechselspannungslasttrennschalters, bei dem zum Abschalten des Wechselspannungslasttrennschalters der bewegbare zweite Hauptkontakt von dem ersten Hauptkontakt weg bewegt wird und vor Trennung der leitenden Verbindung der Hauptkontakte die Vakuumschalteinrichtung nichtleitend geschaltet wird, so dass die Hauptkontakte stromlos geschaltet werden, und zum Einschalten des Wechselspannungslasttrennschalters der bewegbare zweite Hauptkontakt zu dem ersten Hauptkontakt hin bewegt wird und nach dem Schließen der leitenden Verbindung der Hauptkontakte die Vakuumschalteinrichtung leitend geschaltet wird, so dass die Hauptkontakte stromführend geschaltet werden. Es ergeben sich sinngemäß die gleichen Vorteile wie eingangs für den erfindungsgemäßen Wechselspannungslasttrennschalter beschrieben.
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Es zeigen in vereinfachter schematischer Darstellung die
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1 einen bekannten Wechselspannungslasttrennschalter und
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2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wechselspannungslasttrennschalters und
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3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wechselspannungslasttrennschalters.
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In der 1 ist ein Freiluft-Strecken-Lasttrennschalter für Bahnanlagen abgebildet, dessen prinzipieller Aufbau dem Fachmann beispielsweise aus der eingangs erwähnten Produktbroschüre „Driescher Freiluft Schaltgeräte für Bahnanlagen“ bekannt ist. Der Wechselspannungslasttrennschalter 1 ist auf einer Schalterkonsole 2 montiert, auf dem ein Grundsockel 3 angebracht ist. Auf dem Grundsockel 3 ist ein Isolator 10 angebracht, an dessen oberen Ende ein erster Hauptkontakt 9 vorgesehen ist. Der erste Hauptkontakt 9 ist über einen Anschluss 11 an ein Bahnstromversorgungsnetz anschließbar. Auf dem ersten Hauptkontakt 9 ist im Nebenschluss eine Schaltkammer 12 angeordnet, in der eine nicht gezeigte Vakuumschaltkammer angebracht ist, deren Schaltzustand mittels eines mechanisch bewegbaren ersten Hilfskontakts 14 schaltbar ist. Der erste Hilfskontakt 14 ist als eine Gabel 13 für eine mechanische Anlenkung der Vakuumschaltkammer ausgebildet. Weiterhin ist auf dem Grundsockel 3 ein bewegbarer zweiter Hauptkontakt 6 vorgesehen, der über einen Isolator 5 auf einem abkippbaren Grundelement 4 montiert ist. Auf dem zweiten Hauptkontakt 6 ist ein zweiter Hilfskontakt 7 mit einer Kontaktkugel 8 angeordnet, der zum Eingriff in den und mechanischen Anlenkung des ersten Hilfskontakts 14 vorgesehen ist.
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Im Folgenden soll nun kurz auf die Funktionsweise des bekannten Wechselspannungslasttrennschalters 1 eingegangen werden.
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Im geschlossenen Zustand des Wechselspannungslasttrennschalters 1 greift der zweite Hauptkontakt 6 in die Gabel des ersten Hauptkontakts 9 ein. Der zweite Hilfskontakt 7 greift in den ersten Hilfskontakt 14 ein und schaltet diesen mechanisch dahingehend, dass der Nebenschluss über die nicht gezeigte Vakuumschaltkammer, den ersten Hilfskontakt 14 und den zweiten Hilfskontakt 7 stromlos geschaltet ist. Dann fließt ein Strom nur über die Hauptkontakte 6, 9.
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Beim Trennen der Hauptkontakte 6, 9 wird der Nebenschluss mittels der Betätigungsmechanik stromführend geschaltet, so dass der Strom über die Vakuumschaltkammer und die Hilfskontakte 7, 14 fließt. Ist durch das Wegbewegen des bewegbaren zweiten Hauptkontakts 6 vom ersten Hauptkontakt 9 eine Luft trennstrecke ausgebildet, so bewirkt der mechanisch mitgeführte zweite Hilfskontakt 7 mittels der Betätigungsmechanik, dass die Vakuumschaltkammer nichtleitend geschaltet und der Stromfluss über den Lasttrennschalter somit ohne Lichtbogenbildung unterbrochen wird.
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In entsprechender Weise wird der Einschaltvorgang des Wechselspannungslasttrennschalters 1 durch Kontaktbildung zwischen den Hilfskontakten 7, 14, Leitend-schalten der Vakuumschaltkammer und Schließen der Hauptkontakte 6, 9 ohne Lichtbogenbildung vorgenommen.
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In der 2 sind gleich Bauteile wie in der 1 mit den gleichen Bezugszeichen angegeben. In Abweichung zur 1 sind keine Hilfskontakte vorgesehen. Es ist ein Drehwinkelsensor 24 im Kipppunkt des bewegbaren zweiten Hauptkontakts 6 angebracht, der über eine nicht dargestellte Kommunikationsverbindung mit einer Hubeinrichtung 23 verbunden ist. Die Hubeinrichtung 23 ist als ein Hubmagnet mit integrierter Kontrolleinrichtung ausgebildet, der in Abhängigkeit vom übermittelten Drehwinkel und damit dem Schaltzustand des Wechselspannungslasttrennschalters einen Vakuumschalteinrichtungsbetätiger 22 betätigt. Der Vakuumschalteinrichtungsbetätiger 22 ist ein aus Glasfaserwerkstoff bestehender Stab, der innerhalb eines Hohlraums in einem Isolator 16 zur Vakuumschalteinrichtung 25 geführt wird und dort mechanisch die Vakuumschalteinrichtung 25 ein- bzw. ausschalten kann. Die Vakuumschalteinrichtung 25 ist innerhalb der Schaltkammer 12 direkt im Strompfad zwischen dem Anschluss 11 und dem ersten Hauptkontakt 9 angeordnet.
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In der 3 sind gleich Bauteile wie in den 1 und 2 mit den gleichen Bezugszeichen angegeben. Es ist eine andere Möglichkeit zur Betätigung der Vakuumschalteinrichtung 25 als in der 2 angegeben. Es ist ein Gestänge 31 vorhanden, mittels dessen eines Bewegung des bewegbaren zweiten Hauptkontakts 6 am Kipppunkt derart umgelenkt werden kann, dass eine Bewegung des Vakuumschalteinrichtungsbetätigers 22 zum Schalten der Vakuumschalteinrichtung 25 ausgelöst wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Produktbroschüre „Driescher Freiluft Schaltgeräte für Bahnanlagen“ der Elektrotechnische Werke Fritz Driescher & Söhne GmbH in Moosburg, Bestellnummer 3-8177680.10-09, Broschürennummer 768, Freiluft-Strecken-Wechselspannungslasttrennschalter für Bahnanlagen der Baureihe FLa 15/97 [0003]
