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Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Schaltvorrichtung nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1.
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Eine gattungsgemäße elektrische Schaltvorrichtung weist zumindest eine Kontaktstelle, eine der Kontaktstelle zugeordnete Lichtbogenlöscheinrichtung, sowie eine Lichtbogenblaseinrichtung zur Erzeugung eines magnetischen Blasfelds auf. Die Lichtbogenlöscheinrichtung weist mehrere Löschelemente auf, die voneinander beabstandet entlang einer ersten Richtung verteilt angeordnet sind, wobei die Löschelemente jeweils einen Permanentmagneten aufweisen. Durch das magnetische Blasfeld wird ein beim Öffnen der Kontaktstelle entstehender Schaltlichtbogen von der Kontaktstelle weg zu den Löschelementen geblasen. Das magnetische Blasfeld wird zumindest teilweise durch die Permanentmagneten der Löschelemente erzeugt oder unterstützt.
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Eine elektrische Schaltvorrichtung nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1 ist beispielsweise aus
WO 2015/144309 A1 bekannt. Die aus dieser Schrift bekannte elektrische Schaltvorrichtung weist eine Löschkammer auf, vor deren Austrittsöffnung mehrere zylindrische Permanentmagneten angeordnet sind, die zum einen das permanentmagnetisch erzeugte magnetische Blasfeld unterstützen und zum anderen gleichzeitig Löschelemente bilden und derart angeordnet und gepolt sind, dass der Schaltlichtbogen von den Permanentmagneten angezogen und dadurch gelöscht wird. Die Permanentmagneten sind zumindest in dem Bereich, der dem Lichtbogen ausgesetzt ist, vorzugsweise jeweils von einer Schutzhülse aus Keramik umschlossen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine elektrische Schaltvorrichtung der gattungsgemäßen Art mit verbesserter Lichtbogenlöscheinrichtung anzugeben, wobei die elektrische Schaltvorrichtung besonders kompakt gehalten werden soll.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1. Demnach liegt bei einer elektrischen Schaltvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1 dann eine erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe vor, wenn die Permanentmagneten der Löschelemente in einer zweiten Richtung, die senkrecht zu der ersten Richtung verläuft, gegeneinander versetzt sind. Auch bei der vorliegenden Erfindung sind die Permanentmagneten der Löschelemente derart angeordnet und gepolt, dass der Schaltlichtbogen von den Permanentmagneten angezogen bzw. an die Permanentmagneten gesaugt und durch die Permanentmagneten gelöscht wird. Auf dem Weg von der Kontaktstelle zu den Permanentmagneten der Löschelemente wird der Schaltlichtbogen gelängt. Der erfindungsgemäß vorgesehene Versatz zwischen den Permanentmagneten der Löschelemente bewirkt eine zusätzliche Längung des Schaltlichtbogens, indem der Schaltlichtbogen, beispielsweise wellenförmig oder zickzackförmig, verzerrt wird. Diese Verzerrung des Schaltlichtbogens führt zu einer zuverlässigen Löschung des Schaltlichtbogens bei besonders kompakter Bauweise der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verläuft die zweite Richtung parallel zu einer Hauptrichtung des magnetischen Blasfelds. Da die Bewegungsrichtung des Schaltlichtbogens und die Hauptrichtung des magnetischen Blasfelds senkrecht aufeinander stehen, verläuft die zweite Richtung somit senkrecht zu der Bewegungsrichtung des Schaltlichtbogens. Diese Ausführungsform ermöglicht eine besonders ausgeprägte Verzerrung bzw. zusätzliche Längung des Schaltlichtbogens durch den Versatz der Permanentmagneten der Löschelemente. Die Hauptrichtung des magnetischen Blasfelds entspricht der Magnetisierungsrichtung der Permanentmagneten der Löschelemente und, soweit vorgesehen, der Magnetisierungsrichtung eines dedizierten Blasmagnets.
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Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Permanentmagneten der Löschelemente, in einer Fläche betrachtet, die durch die erste Richtung und durch die zweite Richtung aufgespannt wird, gemäß einem wellenförmigen Muster angeordnet. Auch diese Ausführungsform gewährleistet, dass der Schaltlichtbogen besonders stark gelängt und dadurch besonders zuverlässig gelöscht werden kann. Das wellenförmige Muster weist vorzugsweise mehrere Wellentäler und Wellenberge auf. Weiter vorzugsweise handelt es sich bei dem wellenförmigen Muster um eine Sinuswelle. Die Permanentmagneten der Löschelemente sind vorzugsweise zumindest sowohl auf dem Nulldurchgang der Wellenform sowie in den positiven und negativen Scheitelpunkten der Wellenform angeordnet.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Permanentmagneten der Löschelemente, in einer Fläche betrachtet, die durch die erste Richtung und durch die zweite Richtung aufgespannt wird, gemäß einem zickzackförmigen Muster angeordnet. Auch diese Ausführungsform ermöglicht eine besonders starke Verzerrung bzw. zusätzliche Längung des Schaltlichtbogens.
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Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weisen die Löschelemente jeweils eine Schutzhülse aus einem elektrisch isolierenden Material auf, die den jeweils zugehörigen Permanentmagneten des Löschelements umgibt. Das elektrisch isolierende Material ist vorteilhafter Weise hitzebeständig. Diese Ausführungsform ermöglicht eine besonders hohe Lebensdauer der erfindungsgemäßen elektrischen Schaltvorrichtung. Besonders bevorzugt besteht die Schutzhülse aus Keramik. Es sind jedoch beispielsweise auch Schutzhülsen aus hitzebeständigem Kunststoff oder anderen geeigneten Materialien denkbar.
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Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weisen die Löschelemente Abstandhalter auf, durch die die Permanentmagneten innerhalb der Schutzhülsen auf unterschiedlichen Positionen gehalten werden, sodass sich der in der zweiten Richtung bestehende Versatz zwischen den Permanentmagneten der Löschelemente ergibt. Diese Ausführungsform gewährleistet einen besonders einfachen Aufbau sowie eine einfache Montage der erfindungsgemäßen elektrischen Schaltvorrichtung.
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Besonders bevorzugt sind die Abstandhalter Teil einer Halterung, die sämtliche Löschelemente der Lichtbogenlöscheinrichtung in Position hält. Hierdurch ergibt sich ebenfalls ein vereinfachter Aufbau der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung. Die Halterung ist vorzugsweise zweiteilig ausgeführt, wobei jeweils ein erster Abstandhalter eines jeden Löschelements einstückig mit der ersten Hälfte der Halterung, und ein zweiter Abstandhalter desselben Löschelements einstückig mit der zweiten Hälfte der Halterung ausgeführt ist. Der zugehörige Permanentmagnet des Löschelements ist zwischen den beiden Abstandhaltern angeordnet. Je nachdem, wie groß der Versatz gewählt wird, kann einer der beiden Abstandhalter auch entfallen. Die Halterung besteht vorzugsweise aus Keramik. Sie kann alternativ auch aus einem temperaturbeständigen Kunststoff gefertigt sein.
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Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Lichtbogenblaseinrichtung zumindest einen dedizierten Blasmagneten auf, dem zwei parallel zueinander ausgerichtete Polplatten zugeordnet sind, wobei die Polplatten zusammen mit den Löschelementen eine werkzeuglos von der Schaltvorrichtung abnehmbare Baugruppe bilden, die magnetisch mit dem Blasmagneten verrastbar ist. Durch den Blasmagneten, welcher vorzugsweise ebenfalls als Permanentmagnet ausgeführt ist, und die beiden dem Blasmagneten zugeordneten Polplatten wird ein homogenes magnetisches Blasfeld erzeugt. Diese Ausführungsform hat vor allem den Vorteil, dass die aus den Löschelementen und den Polplatten bestehende Baugruppe zu Wartungszwecken besonders einfach und schnell von der erfindungsgemäßen elektrischen Schaltvorrichtung abgenommen werden kann. Der zumindest eine Blasmagnet darf dabei nicht Teil dieser Baugruppe sein. Der zumindest eine Blasmagnet ist vielmehr fest mit einem Chassis der elektrischen Schaltvorrichtung verbunden. Vorzugsweise sind zwei Blasmagneten pro Lichtbogenblaseinrichtung vorgesehen. Weiter vorzugsweise weisen die Polplatten Laschen auf, die mit dem entsprechenden Blasmagneten magnetisch verrastbar sind. Vorzugsweise befinden sich die Blasmagneten jeweils zwischen einer Lasche der ersten Polplatte und einer Lasche der zweiten Polplatte, wenn die aus den Löschelementen und den Polplatten bestehende Baugruppe mit den Blasmagneten verrastet ist.
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Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist den Löschelementen auf einer der Kontaktstelle abgewandten Außenseite jeweils eine im Wesentlichen senkrecht zur ersten Richtung und senkrecht zur zweiten Richtung verlaufende Rippe zugeordnet. Die Rippen verhindern ein unerwünschtes Wiederzünden des Schaltlichtbogens außerhalb des Löschbereichs. Die Rippen sind vorzugsweise Teil der Halterung und können aus Kunststoff oder besser aus Keramik bestehen. Die Rippen stellen entlang der Bewegungsrichtung des Schaltlichtbogens quasi eine Verlängerung der Löschelemente dar. Sie stehen vorzugsweise mittig von der jeweiligen Hülse nach außen ab. Die Rippen ähneln herkömmlichen Löschelementen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Löschelemente an zwei gegenüberliegenden Seiten sowie an einer die beiden gegenüberliegenden Seiten verbindenden Seite einer Löschkammer der elektrischen Schaltvorrichtung angeordnet. Diese Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ermöglicht sowohl eine besonders kompakte Bauweise als auch eine besonders zuverlässige Löschung des Schaltlichtbogens.
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Bei den Permanentmagneten der Löschelemente handelt es sich vorzugsweise um besonders starke Permanentmagneten. Die Permanentmagneten können beispielsweise aus Neodym-Eisen-Bor bestehen. Alternativ können die Permanentmagneten auch aus einem Hartferrit bestehen. Weiter vorzugsweise sind die Permanentmagneten als zylindrische Stabmagnete ausgeführt, sodass auf kostengünstige Standardmagneten zurückgegriffen werden kann. Die Schutzhülsen sind in diesem Falle hohlzylindrisch.
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Die vorliegende Erfindung eignet sich besonders für ein Vorladeschütz.
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Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen elektrischen Schaltvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in einer Schrägansicht,
- 2 einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße elektrische Schaltvorrichtung aus 1 entlang der in 3 eingezeichneten Schnittlinie II,
- 3 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße elektrische Schaltvorrichtung aus den 1 und 2 entlang der in 2 eingezeichneten Schnittlinie III,
- 4 den Querschnitt aus 2 im Anwendungsfall mit entsprechend gelängtem Schaltlichtbogen, und
- 5 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Schaltvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
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Für die folgenden Ausführungen gilt, dass gleiche Teile durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet sind. Sofern in einer Figur Bezugszeichen enthalten sind, auf die in der zugehörigen Figurenbeschreibung nicht näher eingegangen wird, so wird auf vorangehende oder nachfolgende Figurenbeschreibungen Bezug genommen.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen elektrischen Schaltvorrichtung 1 in einer Schrägansicht. Die Schaltvorrichtung weist eine Kontaktstelle 2, eine der Kontaktstelle zugeordnete Lichtbogenlöscheinrichtung, sowie eine Lichtbogenblaseinrichtung zur Erzeugung eines magnetischen Blasfeld auf. In der Darstellung aus 1 sind nur die für die vorliegende Erfindung wesentlichen Bauteile bzw. Bestandteile der elektrischen Schaltvorrichtung dargestellt.
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Die Kontaktstelle 2 besteht aus dem Kontakt 3 und dem Gegenkontakt 4. Kontakt 3 und Gegenkontakt 4 können mittels eines nicht dargestellten Antriebs der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung miteinander in Kontakt gebracht werden.
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Die Lichtbogenlöscheinrichtung, die der Kontaktstelle 2 zugeordnet ist, weist mehrere voneinander beabstandete Löschelemente 5 auf, von welchen in 1 lediglich ein einziges Löschelement erkennbar ist. Die Löschelemente 5 sind am besten in 3, die einen Längsschnitt der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung zeigt, und in 2, die einen Querschnitt der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung durch eine Gruppe der Löschelemente zeigt, zu erkennen. Wie aus 2 hervorgeht, weisen die Löschelemente 5 jeweils einen Permanentmagneten 6 auf.
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Die Lichtbogenblaseinrichtung der erfindungsgemäßen elektrischen Schaltvorrichtung besteht im Wesentlichen aus den beiden in 1 dargestellten Blasmagneten 15 und den beiden parallel zueinander ausgerichteten Polplatten 16, die den beiden Blasmagneten 15 zugeordnet sind. Bei den Blasmagneten 15 handelt es sich ebenfalls um Permanentmagneten. Sie erzeugen zusammen mit den Polplatten 16 ein homogenes magnetisches Blasfeld, durch das ein beim Öffnen der Kontaktstelle 2 entstehender Schaltlichtbogen von der Kontaktstelle 2 weg hin zu den Löschelementen 5 geblasen wird. Das magnetische Blasfeld wird dabei durch die Permanentmagneten 6 der Löschelemente 5 unterstützt. Jedenfalls sind die Permanentmagneten 6 der Löschelemente 5 so gepolt, dass der Schaltlichtbogen an die Löschelemente 5 gesaugt und durch diese zum Erlöschen gebracht wird. Während die Blasmagneten 15 fest mit dem nicht weiter dargestellten übrigen Aufbau der elektrischen Schaltvorrichtung verbunden sind, sind die Polplatten 16 Teil einer Baugruppe 17, die auch die Lichtbogenlöscheinrichtung der erfindungsgemäßen elektrischen Schaltvorrichtung beinhaltet. Die Baugruppe 17 kann auf besonders einfache Weise und ohne die Verwendung von Werkzeug angesetzt und abgenommen werden. Die Polplatten 16 weisen hierzu abstehende Laschen 22 auf, die mit den Blasmagneten 15 magnetisch verrastet werden können.
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Wie 3 zeigt, sind die Löschelemente 5 an einer Oberseite 19, einer der Oberseite gegenüberliegenden Unterseite 20, und einer Außenseite 21 einer Löschkammer der elektrischen Schaltvorrichtung angeordnet. Die Oberseite 19 und die Unterseite 20 werden durch die Außenseite 21 miteinander verbunden. Die Löschelemente 5 sind voneinander beabstandet entlang einer ersten Richtung verteilt angeordnet. Diese erste Richtung folgt der Verbindung zwischen Oberseite, Außenseite und Unterseite und ist in 3 durch die gestrichelte Linie 11 verdeutlicht. Wie 2 zeigt, weist jedes der Löschelemente einen Permanentmagneten 6 sowie eine den Permanentmagneten 6 umschließende Schutzhülse 8 auf. Die Schutzhülsen 8 bestehen vorzugsweise aus Keramik, können aber auch aus einem anderen geeigneten elektrisch isolierenden Material gefertigt sein. Die Permanentmagneten 6 der Löschelemente 5 werden innerhalb der Schutzhülsen 8 mittels entsprechender Abstandhalter 9 auf unterschiedlichen Positionen gehalten, sodass die Permanentmagneten 6 in einer zweiten Richtung 12, die senkrecht zu der ersten Richtung 11 verläuft und in 2 dargestellt ist, gegeneinander versetzt sind. Die Permanentmagneten 6 sind, in einer Fläche betrachtet, die durch die erste Richtung 11 und durch die zweite Richtung 12 aufgespannt wird, gemäß einem wellenförmigen Muster angeordnet. Die Permanentmagneten 6 befinden sich jeweils auf dem Nulldurchgang und in den positiven sowie negativen Scheitelpunkten einer sinusförmigen Welle.
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Die Abstandhalter 9 sind Teil einer Halterung 10, die wiederum Teil der Baugruppe 17 ist und sämtliche Löschelemente 5 der Lichtbogenlöscheinrichtung in Position hält. Die Halterung 10 ist zweiteilig ausgeführt und besteht aus den Hälften 13 und 14. Jeweils ein erster Abstandhalter eines jeden Löschelements ist einstückig mit der ersten Hälfte 13 der Halterung, und ein zweiter Abstandhalter desselben Löschelements einstückig mit der zweiten Hälfte 14 der Halterung ausgeführt. Der zugehörige Permanentmagnet des Löschelements ist zwischen den beiden Abstandhaltern angeordnet. Bei den Permanentmagneten 6, die in den Scheitelpunkten der Sinuskurve angeordnet sind, entfällt einer der beiden Abstandhalter.
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3 zeigt, dass den Löschelementen auf einer der Kontaktstelle 2 abgewandten Außenseite ferner jeweils eine im Wesentlichen senkrecht zur ersten Richtung 11 und senkrecht zur zweiten Richtung 12 verlaufende Rippe 18 zugeordnet ist. Die Rippen 18 ähneln herkömmlichen Löschelementen und bilden eine Verlängerung der Löschelemente 5. Sie stehen mittig von den Löschelementen 5 bzw. von den keramischen Schutzhülsen 8 nach außen ab. Die Rippen können aus Kunststoff oder aus Keramik bestehen. Sie sind vorzugsweise einteilig mit einer Hälfte der Halterung 10 ausgeführt.
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Nachfolgend wird die Funktion der erfindungsgemäßen elektrischen Schaltvorrichtung erläutert.
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Beim Öffnen der Kontaktstelle 2 entsteht zwischen Kontakt 3 und Gegenkontakt 4 ein Schaltlichtbogen 7. Dieser ist in 3 dargestellt. Er wird aufgrund des magnetischen Blasfelds, das durch die Blasmagneten 15 und die beiden Polplatten 16 erzeugt wird, von der Kontaktstelle 2 weg hin zu den Löschelementen 5 der Lichtbogenlöscheinrichtung geblasen. Er wird dabei auf dem Weg von der Kontaktstelle bis zu den Löschelementen entsprechend gelängt. Um dies zu verdeutlichen, sind in 3 mit 7, 7', 7", 7"' und 7"" unterschiedliche Positionen des Schaltlichtbogens dargestellt. Je näher der Schaltlichtbogen an die Löschelemente heranrückt, desto länger wird er. Durch die Permanentmagneten 6 der Löschelemente 5, die das magnetische Blasfeld unterstützen, wird der Schaltlichtbogen schließlich an die Löschelemente 5 gesaugt und durch diese zum Erlöschen gebracht. Die der Kontaktstelle 2 abgewandten Rippen 18 verhindern ein unerwünschtes Wiederzünden des Schaltlichtbogens außerhalb des Löschbereichs.
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Wie 4 zeigt, erfährt der Schaltlichtbogen 7 aufgrund des Versatzes der Permanentmagneten 6 in der zweiten Richtung 12 zusätzlich zu der in 3 dargestellten Längung eine wellenförmig Verzerrung, die schlussendlich ebenfalls eine zusätzliche Längung des Schaltlichtbogens bedeutet und eine zuverlässige Löschung des Schaltlichtbogens gewährleistet. Der besondere Vorteil dabei ist, dass die elektrische Schaltvorrichtung aufgrund des erfindungsgemäß vorgesehenen Versatzes in der zweiten Richtung 12 besonders kompakt gehalten werden kann.
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5 zeigt einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Schaltvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Die Schaltvorrichtung gemäß 5 stellt eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels aus den 1 bis 4 dar, so dass die Gemeinsamkeiten nicht wiederholt beschrieben werden. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel weist die Schaltvorrichtung 1 gemäß 5 eine Doppelunterbrechung mit zwei Kontaktstellen 2 auf. Bei den Kontakten 3 handelt es sich in diesem Fall um Festkontakte. Die Gegenkontakte 4 der beiden Kontaktstellen sind auf einer gemeinsamen Kontaktbrücke angeordnet. Die Schaltvorrichtung verfügt über eine einzige Lichtbogenlöscheinrichtung, die beiden Kontaktstellen zugeordnet ist. Die Lichtbogenlöscheinrichtung besteht auch bei diesem Ausführungsbeispiel aus mehreren Löschelementen, die analog zum ersten Ausführungsbeispiel ausgeführt sind. Die Lichtbogenlöscheinrichtung ist bezogen auf die Festkontakte 3 gegenüberliegend zur Kontaktbrücke angeordnet. Die beiden beim Öffnen der Kontaktstellen 2 entstehenden Schaltlichtbögen vereinen sich zu einem einzigen Schaltlichtbogen 7, der zwischen den beiden Festkontakten 3 hindurch in die Lichtbogenlöscheinrichtung getrieben wird. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 5 sind die Rippen 18 derart ausgeführt, dass sie zusammen mit den zylindrischen Schutzhülsen 8 im Querschnitt jeweils ein abgeschnittenes Tropfenprofil bilden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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