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Ein Schaltgerät zum Schalten elektrischer Ströme umfasst typischerweise mindestens ein Kontaktsystem und weitere Gehäuseumbauten. Das Kontaktsystem bildet einen elektrischen Schalter und dient dem Schalten elektrischer Strömen. Eine Klasse von Schaltgeräten sind die sogenannten Leistungsschalter, die typischerweise Ströme von 100A und mehr schalten können. Diese Leistungsschalter umfassen typischerweise ein Gehäuse. Die einzelnen Phasen der Ströme werden typischerweise in sogenannten Polkassetten geschaltet. Eine Polkassette umfasst dazu ein Gehäuse, in dem ein Beweg- und ein Festkontakt untergebracht sind, die mechanisch getrennt bzw. zusammengebracht werden können zum Aus- bzw. Einschalten der Ströme. Beim Trennen von Beweg- und Festkontakt einer Polkassette entsteht ein Lichtbogen, der typischerweise in einer sogenannten Löschkammer gelöscht wird. Ebenfalls sind Leistungsschalter bekannt, die keine Polkassetten enthalten und die in ihrem Gehäuse Beweg- und Festkontakt unterbringen.
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In Leistungsschaltern ist es zur Erzielung einer guten Strombegrenzung notwendig, eine hohe Bogenspannung schnell aufzubauen. Dies gelingt mit sogenannten Doppelunterbrechern, die die Schaltstrecke zweimal unterteilen und so im Kurzschlussfall zwei Lichtbögen gleichzeitig erzeugen. Die durch den Lichtbogen erzeugte Bogenspannung ist nun in der gleichen Zeiteinheit doppelt vorhanden, was die Strombegrenzung gegenüber einfach unterbrechenden Systemen verbessert. Typischerweise sind bei so genannten Doppelunterbrechern zwei elektrische Kontakte auf einer drehbar gelagerten Kontaktbrücke angeordnet, die die Bewegkontakte darstellen. Die beiden Bewegkontakte wirken mit zwei Festkontakten des elektrischen Schalters zusammen zum Schließen oder Öffnen des Stromkreises.
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In der
DE 692 09 972 T2 wird ein aus einpoligen Einheiten bestehender Schutzschalter beschrieben. Bei diesem Schutzschalter wird die Kontaktbrücke jeder Polkassette freihängend in einem Schaltwellenabschnitt montiert, und die starre mechanische Verbindung zwischen den einzelnen Schaltwellenabschnitten erfolgt durch zwei parallel zur Schaltwelle sowie in Bezug zu deren Drehachse exzentrisch angeordneten Stangen. Dieser Aufbau gewährleistet das Aufbringen der Kontaktkraft, das dynamische Kontakt-Öffnen im Kurzschluss des elektrischen Schalters und die Ankopplung an einen Schaltmechanismus zum Öffnen oder Schließen des elektrischen Schalters mit einer Handhabe.
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In der
DE 693 04 374 T2 wird ein Schutzschalter mit Pressformgehäuse mit Verzögerung am Bewegungsende der Kontaktbrückenabstoßung offenbart. Die Kontaktbrücke wird im Rotorgehäuse ohne Achse gelagert. Dazu umfasst die Kontaktbrücke Zugfedern, die dazu dienen, in der Einschaltstellung des Leistungsschalters einen von der Kontaktbrücke auf die feststehenden Kontakte ausgeübten Kraftdruck zu gewährleisten und gleichzeitig eine Drehung der Kontaktbrücke unter Einwirkung der elektrodynamischen Kräfte in Richtung der Abstoß-Ausschaltstellung zu ermöglichen.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, einen elektrischen Schalter zum Schließen oder Öffnen eines Stromkreises zur Verfügung zu stellen, der einen vereinfachten Aufbau mit weniger Bauteilen aufweist und dadurch platzsparender in der Bauform ist.
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Die Aufgabe wird gelöst gemäß Anspruch 1. Der elektrische Schalter umfasst einen Rotor, der wiederum eine drehbar gelagerte Kontaktbrücke umfasst, welche mindestens einen Kontakt umfasst, der mit mindestens einem feststehenden Kontakt des elektrischen Schalters zusammenwirkt zum Schließen oder Öffnen des Stromkreises. Der elektrische Schalter umfasst weiter mindestens einen Schaltwellenabschnitt, dessen Achse senkrecht zum Rotor mit der Kontaktbrücke angeordnet ist und der zumindest teilweise durch den Rotor verläuft, wobei der mindestens eine Schaltwellenabschnitt im Wesentlichen parallel zu seiner Achse verschiebbar ist und durch seine Verschiebung den Rotor mit der Kontaktbrücke dreht, und wobei der mindestens eine Schaltwellenabschnitt mindestens zwei Stellungen einnehmen kann, wobei in der ersten Stellung des mindestens einen Schaltwellenabschnitts der Rotor mit der Kontaktbrücke in einer Position zum Schließen des Stromkreises und in der zweiten Stellung des mindestens einen Schaltwellenabschnitts der Rotor mit der Kontaktbrücke in einer Position zum Öffnen des Stromkreises ist. Zusätzlich umfasst der elektrische Schalter mindestens eine Feder, wobei das erste Ende der mindestens einen Feder an der Kontaktbrücke befestigt ist, wobei die mindestens eine Feder so angeordnet ist, dass in der ersten Stellung des mindestens einen Schaltwellenabschnitts ein minimaler Kontaktdruck des mindestens einen Kontakts der Kontaktbrücke auf den mindestens einen feststehenden Kontakt gewährleistet ist, und wobei das zweite Ende der mindestens einen Feder an dem mindestens einen Schaltwellenabschnitt befestigt ist.
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Vorteilhaft ist hierbei, dass sowohl die Achse der Federaufhängung, als auch die notwendigen Achsen der Schaltwelle in einer Achse zusammengefasst sind. Dadurch ist es möglich, dass die Achssysteme keine relativen Bewegungen zueinander ausführen. Dies vereinfacht die Konstruktion, Bauteile können gespart werden und der Mechanismus ist sehr platzsparend im Bauraum.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die drehbar gelagerte Kontaktbrücke mit zwei Kontakten versehen.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst der elektrische Schalter zwei Paare an Federn, wobei die ersten Enden der zwei Paare an Federn an der Kontaktbrücke befestigt sind, wobei die Paare an zwei Federn so angeordnet sind, dass in der ersten Stellung des mindestens einen Schaltwellenabschnitts ein minimaler Kontaktdruck der Kontakte der Kontaktbrücke auf die feststehenden Kontakte gewährleistet ist, und wobei die zweiten Enden der Paare an zwei Federn an dem mindestens einen Schaltwellenabschnitt befestigt sind.
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In einer Weiterbildung umfasst der elektrische Schalter zwei Schaltwellenabschnitte und zwei Paare an Federn, die so angeordnet sind, dass in der ersten Stellung der zwei Schaltwellenabschnitte ein minimaler Kontaktdruck der Kontakte der Kontaktbrücke auf die feststehenden Kontakte gewährleistet ist, und wobei die zweiten Enden der Paare an zwei Federn jeweils an einem der zwei Schaltwellenabschnitte befestigt sind.
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Vorteilhaft hierbei ist, dass die Kontaktbrücke schwimmend gelagert ist, d.h., dass die Kontaktbrücke von den Federn im Rotor gehalten wird. Dadurch wird gewährleistet, dass der Kontaktdruck der Kontakte der Kontaktbrücke auf die feststehenden Kontakte an beiden Kontakten gleich ist. Eine solche schwimmende Lagerung ist besonders robust gegenüber Fertigungstoleranzen.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist die mindestens eine Feder als Zugfeder ausgebildet.
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Die Kontakte der Kontaktbrücke können auch jeweils auf einem Kontaktarm der Kontaktbrücke angeordnet sein. Der mindestens eine Schaltwellenabschnitt ist mit einem Schaltschloss verbindbar, so dass der elektrische Schalter geschlossen oder geöffnet werden kann.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung bilden mehrere elektrische Schalter eine Anordnung mit einem gemeinsamen Schaltwellenabschnitt. Dieser gemeinsame Schaltwellenabschnitt kann mittels Isolationshülsen gegenüber den jeweiligen Rotoren und gegenüber den jeweiligen mindestens einen Federn der elektrischen Schalter elektrisch isoliert sein.
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In einer Anordnung aus mehreren elektrischen Schaltern können ebenfalls die Schaltwellenabschnitte der mehreren elektrischen Schalter mit Adaptern verbunden sein. Diese Adapter können aus elektrisch nichtleitendem Material bestehen. Dadurch wird gewährleistet, dass die einzelnen Phasen nicht miteinander elektrisch verbunden werden.
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Ebenfalls können in einer Anordnung aus mehreren elektrischen Schaltern die zwei Schaltwellenabschnitte eines jeden Schalters mit einem Adapter verbunden sein. Diese Adapter können aus elektrisch leitendem oder nichtleitendem Material bestehen.
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Die Erfindung wird im Weiteren anhand der nachfolgenden Figuren beschrieben.
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1 Rotor mit Kontaktbrücke, zwei Schaltwellenabschnitten und zwei Paaren an Federn,
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2 Rotor mit Kontaktbrücke, zwei Schaltwellenabschnitten, zwei Paaren an Federn und feststehende Kontakte in einer seitlichen Darstellung,
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3 Rotor mit Kontaktbrücke in einer frontalen Darstellung,
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4 Anordnung aus drei Polkassetten mit jeweiligen Rotoren und Kontaktbrücken und Kupplungsstücken zu einem Schaltschloss,
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5 Anordnung aus zwei Polkassetten mit jeweiligen Rotoren und Kontaktbrücken und Adaptern zum Verbinden der Schaltwellenabschnitte benachbarter Polkassetten, und
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6 Anordnung aus zwei Polkassetten mit jeweiligen Rotoren und Kontaktbrücken und Adaptern zum Verbinden der zwei Schaltwellenabschnitte eines jeden Rotors.
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1 zeigt einen Rotor 100 eines elektrischen Schalters zum Schließen oder Öffnen eines Stromkreises. Ein elektrischer Schalter wird ebenfalls auch als Kontaktsystem bezeichnet. Der Rotor 100 umfasst eine Kontaktbrücke 200 mit zwei Kontakten 210, 220. Die Kontakte 210, 220 der Kontaktbrücke 200 sind so ausgebildet, dass sie mit zwei feststehenden Kontakten des elektrischen Schalters zusammenwirken können zum Schließen oder Öffnen des Stromkreises. Die Kontaktbrücke 200 ist drehbar im Rotor 100 gelagert.
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Der elektrische Schalter umfasst zusätzlich zwei Schaltwellenabschnitte 310, 320. Die Achsen der Schaltwellenabschnitte 310, 320 sind senkrecht zum Rotor 100 und senkrecht zur Kontaktbrücke 200 angeordnet. Die Schaltwellenabschnitte 310, 320 verlaufen zumindest teilweise durch den Rotor 100, wobei die Schaltwellenabschnitte 310, 320 im Wesentlichen parallel zu ihrer jeweiligen Achse verschiebbar sind. Durch das Verschieben der Schaltwellenabschnitte 310, 320 wird der Rotor 100 mit der Kontaktbrücke 200 gedreht.
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Im Wesentlichen kann der Rotor 100 zwei Stellungen einnehmen. In der ersten Stellung der zwei Schaltwellenabschnitte 310, 320 und des Rotors 100 mit der Kontaktbrücke 200, befinden sich die Kontakte 210, 220 der Kontaktbrücke 200 in einer Position zum Schließen des Stromkreises. In der zweiten Stellung der zwei Schaltwellenabschnitte 310, 320 und des Rotors 100 mit der Kontaktbrücke 200, sind die Kontakte 210, 220 der Kontaktbrücke 200 in einer Position zum Öffnen des Stromkreises.
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Der elektrische Schalter umfasst des Weiteren zwei Paare an Federn 410, 420; 510, 520. Das erste Paar an Federn 410, 420 ist an einem ersten Ende an der Kontaktbrücke 200 befestigt und die zweiten Enden des ersten Paares an Federn 410, 420 am Schaltwellenabschnitt 310. Der Schaltwellenabschnitt 310 ist breiter als die Kontaktbrücke 200 ausgebildet und die beiden Federn 410, 420 verlaufen parallel zueinander an jeder Seitenfläche der Kontaktbrücke 200 entlang. Dadurch wird bewirkt, dass der Kontakt 210 der Kontaktbrücke 200, entsprechend der Darstellung von 1, nach oben gedrückt wird gegen einen feststehenden Kontakt des elektrischen Schalters. Das zweite Paar an Federn 510, 520 ist an einem ersten Ende an der Kontaktbrücke 200 befestigt und die zweiten Enden der Federn 510, 520 am Schaltwellenabschnitt 320. Die Federn 510, 520 verlaufen ebenfalls parallel zur Kontaktbrücke 200 an dessen Seitenflächen entlang. Die Federn 510, 520 bewirken, dass der Kontakt 220 der Kontaktbrücke 200, entsprechend der Darstellung von 1, nach unten gedrückt wird auf einen feststehenden Kontakt des elektrischen Schalters.
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Die zwei Paare an Federn 410, 420; 510, 520 bewirken, dass in der ersten Stellung der Schaltwellenabschnitte 310, 320 ein minimaler Kontaktdruck der Kontakte 210, 220 der Kontaktbrücke 200 auf die feststehenden Kontakte des elektrischen Schalters gewährleistet ist. Die Kontaktbrücke 200 ist somit schwimmend im Rotor 100 gelagert. Es ist gewährleistet, dass der Kontaktdruck von Kontakt 210 der Kontaktbrücke 200 auf einen feststehenden Kontakt gleich ist dem Kontaktdruck des Kontakts 220 der Kontaktbrücke 200 auf einen anderen feststehenden Kontakt. Durch die Schaltwellenabschnitte 310, 320 ist es gewährleistet, dass der Rotor in besonders einfacher Weise entweder in die Stellung zum Schließen oder Öffnen des Stromkreises gebracht werden kann.
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Der in der ersten Stellung der Schaltwellenabschnitte 310, 320 minimale Kontaktdruck der Kontakte 210, 220 der Kontaktbrücke 200 auf die feststehenden Kontakte des elektrischen Schalters kann dadurch aufgebracht werden, dass sich die Kontaktbrücke 200 im Durch- bzw. Überhub befindet. Durch- bzw. Überhub bezeichnet einen Zustand der Kontaktbrücke 200, bei dem die Kontaktbrücke 200 aus der Ruheposition im Rotor 100 herausgedreht ist und nicht durch den Rotor 100 geführt ist. Im Durch- bzw. Überhub ist die Kontaktbrücke 200 schwimmend gelagert.
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Als minimaler Kontaktdruck wird derjenige Druck von Kontakt 210 oder Kontakt 220 der Kontaktbrücke 200 auf den feststehenden Kontakt bezeichnet, der das elektrische Schließen des Stromkreises bewirkt.
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Die Kontaktbrücke 200 kann mit einer Kerbe versehen sein, in der sich Stäbe 311 und 321 befinden, an denen die beiden Paare an Federn 410, 420; 510, 520 eingehängt sind. Ebenso ist es möglich, dass die Paare an Federn 410, 420; 510, 520 direkt an der Kontaktbrücke 220 befestigt sind.
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2 zeigt den Rotor 100, die Kontaktbrücke 200 und die feststehenden Kontakte 2100, 2200 in einer seitlichen Darstellung. Es ist die schwimmende Lagerung der Kontaktbrücke 200 im Rotor 100 dargestellt. Von den Paaren an Federn 410, 420; 510, 520 sind jeweils nur eine Feder 410 und 510 in dieser Darstellung zu sehen. Feder 410 verbindet den Schaltwellenabschnitt 310 mit dem Stab 311 in der Kerbe der Kontaktbrücke 200. Dadurch wird der Kontakt 210 der Kontaktbrücke 200 nach oben gedrückt gegen den feststehenden Kontakt 2100. Die Federn 510 verbinden den Schaltwellenabschnitt 320 mit dem Stab 321 in der Kerbe der Kontaktbrücke 200. Dadurch wird der Kontakt 220 der Kontaktbrücke 200 nach unten gedrückt gegen den feststehenden Kontakt 2200.
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Die Schaltwellenabschnitte 310, 320 sind mittelbar mit den Federn 410, 510 verbunden. Um den Schaltwellenabschnitt 310 ist eine Isolationshülse 600 angebracht, an der die Feder 410 eingehängt ist. Um den Schaltwellenabschnitt 320 ist eine Isolationshülle 601 angebracht, an der die Feder 510 eingehängt ist. Die Isolationshülsen 600, 601 bewirken, dass die Schaltwellenabschnitte 310, 320 elektrisch isoliert sind von den Federn und bei einer elektrisch leitenden Ausführung der Federn ebenso vom Kontaktarm 200.
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Die Federn 410, 420; 510, 520 können als Zugfedern ausgebildet sein.
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3 zeigt den Rotor 100 mit der Kontaktbrücke 200 von der Stirnseite aus gesehen in einer frontalen Darstellung. Entsprechend den 1 und 2 ist die Stirnseite der Kontaktbrücke 200 von einer linken Betrachtungsweise her dargestellt. Somit stellt 3 den Kontakt 220 dar, und die Federn 410, 420, die am Schaltwellenabschnitt 310 eingehängt sind. Der Schaltwellenabschnitt 310 ist von der Isolationshülse 600 umgeben. Durch diese Konstruktion wird sichergestellt, dass der Kontakt 220 der Kontaktbrücke 200 nach unten gedrückt wird.
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Die Schaltwellenabschnitte 310, 320 sind mit einem Schaltschloss des elektrischen Schalters verbindbar, so dass der elektrische Schalter geschlossen oder geöffnet werden kann.
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4 zeigt eine Anordnung aus mehreren erfindungsgemäßen elektrischen Schaltern als Teil eines Schaltgeräts. Dabei sind in 4 drei Polkassetten 710, 720, 730 dargestellt. In diesen Polkassetten 710, 720, 730 befinden sich jeweils Rotoren 100 mit drehbar gelagerten Kontaktbrücken 200. Diese drei Polkassetten 710, 720, 730 können beispielsweise einen Leistungsschalter bilden, jede Phase wird mit einem eigenen, erfindungsgemäßen Schalter in jeder Polkassette 710, 720, 730 geschaltet.
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Es sind ebenfalls Leistungsschalter bekannt, die keine Polkassetten enthalten und die in ihrem Gehäuse Beweg- und Festkontakt unterbringen. Bei diesen Schaltgeräten werden die einzelnen Phasen bzw. Pole innerhalb des Gehäuses mit Trennwänden elektrisch voneinander isoliert. Die Bezugszeichen 710, 720, 730 beziehen sich bei einem Schaltgerät ohne Polkassetten auf die räumlich abgetrennten Phasen bzw. Pole im Gehäuse des Schaltgeräts.
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Die Rotoren 100 mit Kontaktbrücken 200 weisen gemeinsame Schaltwellenabschnitte 310, 320 auf. Diese gemeinsamen Schaltwellenabschnitte 310, 320 können auch als Schaltwellenachsen 310, 320 bezeichnet werden. In einer Ausführungsform sind die gemeinsamen Schaltwellenabschnitte 310, 320 aus Stahl ausgebildet. Es ist ebenso denkbar, dass die gemeinsamen Schaltwellen 310, 320 aus Kunststoff gefertigt sind. Die gemeinsamen Schaltwellenabschnitte 310, 320 sind über Kupplungsstücke 810, 820 mittelbar oder unmittelbar an das Schaltschloss des elektrischen Schalters angebunden. Bei leitfähig ausgebildeten gemeinsamen Schaltwellenabschnitten 310, 320 werden Isolationshülsen 600, 601 in jedem Rotor 100 benötigt, damit die unterschiedlichen Pole der Polkassetten 710, 720, 730 nicht elektrisch kurzgeschlossen werden.
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Über die Kupplungsstücke 810, 820 lassen sich somit die drei erfindungsgemäßen elektrischen Schalter in den Polkassetten 710, 720, 730 gleichzeitig ein- bzw. ausschalten. Ebenfalls werden durch die gemeinsamen Schaltwellenabschnitte 310, 320 der Polkassetten 710, 720, 730 im Falle eines Auslösens einer Polkassette die anderen Polkassetten ebenfalls in die Stellung zum Öffnen des Stromkreises übergeführt.
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5 zeigt in einem weiteren Ausführungsbeispiel eine Anordnung aus mehreren erfindungsgemäßen elektrischen Schaltern. Dabei sind zwei Polkassetten 710, 720 dargestellt, die jeweils für eine Phase des Stroms einen elektrischen Schalter zum Schließen oder Öffnen dieses Stromkreises darstellen. Jede Polkassette 710, 720 umfasst daher jeweils einen Rotor 100 und jeweils eine drehbar gelagerte Kontaktbrücke 200. Die jeweiligen Schaltwellenabschnitte 310, 320 sind mit Adaptern 910, 920 verbunden. Die Adapter können über ein Kupplungsstück 810 mit dem Schaltschloss des Leistungsschalters mittelbar oder unmittelbar verbunden werden. Um einen Kurzschluss zwischen den einzelnen Polen und den Polkassetten 710, 720 zu vermeiden, sind die Adapter 910, 920 aus elektrisch nicht leitendem Material zu fertigen. Hierbei ist es möglich, dass jede der mindestens einen Federn 410, 420; 510, 520 unmittelbar am jeweiligen Schaltwellenabschnitt 310, 320 befestigt ist.
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Über das Kupplungsstück 810 lassen sich somit die beiden erfindungsgemäßen elektrischen Schalter in den Polkassetten 710, 720 gleichzeitig ein- bzw. ausschalten. Ebenfalls werden durch die Ankopplung der Polkassetten 710, 720 im Falle eines Auslösens einer Polkassette die andere Polkassette ebenfalls in die Stellung zum Öffnen des Stromkreises übergeführt.
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6 zeigt in einem weiteren Ausführungsbeispiel eine Anordnung aus mehreren erfindungsgemäßen elektrischen Schaltern. Die elektrischen Schalter für jeden Pol sind in den Polkassetten 710, 720 mit jeweils einem Rotor 100 und einer drehbar gelagerten Kontaktbrücke 200 enthalten. Die jeweiligen Schaltwellenabschnitte 310, 320 einer jeden Polkassette sind mit einem Adapter 950, 960 verbunden. Das Kupplungsstück 810 ist so ausgebildet, dass die jeweiligen Schaltwellenabschnitte 310, 320 der Polkassetten 710, 720 gleichzeitig verschoben werden können und damit die elektrischen Schalter der Polkassetten 710, 720 gleichzeitig ein- bzw. ausgeschaltet werden können. Die Adapter 950, 960 können aus elektrisch leitendem oder nichtleitendem Material hergestellt sein. Bei elektrisch leitendem Material für die Adapter 950, 960 muss das Kupplungsstück 810 nichtleitend ausgebildet sein. Sind die Adapter 950, 960 aus nichtleitendem Material, so kann das Kupplungsstück 810 entweder aus leitendem oder aus nichtleitendem Material hergestellt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 69209972 T2 [0003]
- DE 69304374 T2 [0004]
