EP1363299A2 - Leistungsschalter für hohe Ströme und Niederspannung - Google Patents

Leistungsschalter für hohe Ströme und Niederspannung Download PDF

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EP1363299A2
EP1363299A2 EP03010744A EP03010744A EP1363299A2 EP 1363299 A2 EP1363299 A2 EP 1363299A2 EP 03010744 A EP03010744 A EP 03010744A EP 03010744 A EP03010744 A EP 03010744A EP 1363299 A2 EP1363299 A2 EP 1363299A2
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Uwe Linzenich
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Eaton Industries GmbH
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Moeller GmbH
Kloeckner Moeller GmbH
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    • H01H9/34—Stationary parts for restricting or subdividing the arc, e.g. barrier plate
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    • H01H9/302—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts wherein arc-extinguishing gas is evolved from stationary parts

Definitions

  • the invention relates to a circuit breaker for high currents and low voltage according to the preamble of claim 1.
  • a housing made of insulating molding material consists of a lower part and a on this shell to be screwed on and is through parallel inner partition walls divided into several adjacent pole spaces.
  • An actuating mechanism one of the number of poles of the circuit breaker corresponding and actuatable by the actuating mechanism number of contact units, associated Arc quenching units, incoming and outgoing connection means as well as tripping means for automatic opening of contact units when exceeding adjustable Boundary conditions are the currents flowing through the contact units currents stored in the lower part and fixed there partly.
  • Each pole space has one the fixed part connected to the bottom part and a plurality of parallel movable contact fingers on.
  • the moving contact fingers are against the effect of contact springs limited in a U-shaped metallic contact holder stored.
  • the contact holder In the opposite direction of the contact pressure springs are the contact holder all poles with a transversely across the pole spaces extending connecting web riveted.
  • the connecting bridge consists of a plastic-molded rod-like Steel core and is rotatably mounted between the lower part and upper part.
  • Actuating mechanism belonging to the toggle lever system.
  • the operating mechanism has, in addition to the toggle lever system, an actuating lever, a power storage, a ver- and entklinkbaren support lever and with the triggering means operatively linked latching mechanism.
  • the operating mechanism is stored between two side panels, which in turn in the lower part are attached. By means of the actuating mechanism take the contact fingers opposite the fixed contacts an open or closed position on.
  • a disadvantage of this solution is that the contact holder with relatively long Lever arms are connected via the torsion-bonded connecting web, so that - starting from the actuating mechanism - at high contact forces a temporal staggered loading of the contact fingers of the outer poles relative to the contact fingers of the middle pole and the contact fingers of the outer pole is a lesser Throughput is available.
  • Another disadvantage is that in the Cooperation of the metallic contact holder with the metallic actuating mechanism and the connecting web a significant risk of electricalponsverschleppung between the polar spaces or the contact units consists.
  • the contact holders are in the contact fingers insulating shields, preferably from material acting on arcing, snapped, the in conjunction with the adjacent partitions a certain seal effect between adjacent pole spaces.
  • At the connecting web are Abnesegmente attached, which engage in insulating grooves that are used for the Connecting gap provided recesses in the intermediate walls.
  • the invention is therefore based on the object, both a more uniform application the contact units of all poles as well as a cheaper insulation of the To realize polar units among each other.
  • the shielding segments extend in pairs and on both sides of the partition walls.
  • the shield segments dip in grooves of the side walls.
  • a development of the invention consists in the advantageous embodiment of the retaining plate.
  • the direct connection of the retaining plate with the connecting web affects positive for the torsional rigidity of the moving parts of the contact units.
  • For a favorable torque transfer from the toggle lever system of the actuating mechanism on the contact units are lower toggle approximately in the middle between the Attachment to the connecting web and the storage articulated in the side panels.
  • the high-voltage three-pole low-voltage circuit breaker is surrounded by a mold housing, of which in Fig. 1, only the lower part 2 shown is.
  • the lateral outer walls 4 and the two intermediate walls 5 are used for lateral Limiting three parallel polar spaces 6 to 8.
  • the polar spaces 6 to 8 contact units 9, 10 and 11 are assigned.
  • Each contact unit 9, 10, 11 consists of a set in the lower part 2 fixed contact 16, several arranged in parallel movable contact fingers 18 and an arc extinguishing unit 20.
  • the belonging to a contact unit 9, 10 and 11 contact fingers 18th are limited by a pivot axis 22 in a U-shaped contact holder 24 pivoted and supported in a known manner against contact springs 26 off.
  • the fixed contacts 16 are via first busbars 12 with first Terminals 14 connected.
  • the contact fingers 18 are via flexible connecting lines 17 connected to second bus bars 13, to which not shown connect second terminals.
  • the operating mechanism 30 includes an actuating lever 32, via which the circuit breaker can be operated from the outside is.
  • the actuating mechanism 30 further includes a toggle lever system 34 and can be triggered via release means, not shown.
  • the structure and the mode of action is from the beginning EP 0 206 882 B1.
  • the toggle mechanism 34 is with a Spring accumulator connected and has an upper toggle and two over a toggle axis with these associated lower toggle lever 36.
  • a transverse connecting web 38 About a transverse connecting web 38, the contact holder 24 of all contact units 9 to 11 interconnected.
  • the contact holder 24 and the connecting web 38 have been made in one piece of insulating molding material, wherein a likewise transverse rod-like steel core 40 was encapsulated.
  • the contact pressure springs 26 extending steel core 40 gives the from the three contact holders 24 and the connecting web 38 existing movable system sufficient rigidity against both bending and twisting.
  • a U-shaped retaining plate 42 engages with its center leg 44 and his two outer legs 46, the contact holder 24 of the central contact unit 10 and is at its end pointing to the arc extinguishing 20 end over two bends 48 immovably bolted to the connecting web 38.
  • the outer legs 46 each have a rivet-shaped bearing point 50 pivotally mounted in the side panels 28.
  • the retaining plate 42 To contact units 9 to 11 from an open position to a closed position or vice versa to be able to convict, is the retaining plate 42 in its central region with his Outer legs 46 via also rivet-shaped joints 52 with the lower toggle levers 36 connected.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Leistungsschalter für hohe Ströme und Niederspannung, der ein Unterteil (2) mit Zwischenwänden (5), einen in Seitenblenden (28) gelagerten Betätigungsmechanismus (30) mit einem Kniehebelsystem (34) aufweist und mehrere Kontakteinheiten (9 ... 11) aufweist. Die Kontakteinheiten (9 ... 11) enthalten mehrere bewegliche Kontaktfingern (18), die in einem U-förmigen Kontakthalter (24) gegen die Wirkung von Kontaktdruckfedern (26) schwenkbar gelagert sind. Ein Verbindungssteg (38) aus isolierendem Formstoff ist einstückig mit den Kontakthaltern (24) verbunden und verläuft oberhalb der Kontaktdruckfedern (26). Die mittlere Kontakteinheit (10) ist über ein in den Seitenblenden (28) schwenkbar gelagertes Halteblech (42) gelenkig mit dem Kniehebelsystem (34) gekoppelt. An dem Verbindungssteg (38) sind Abschirmsegmente (56, 57) angeformt, die an den Zwischenwänden (5) im Bereich von Aussparungen (54) verlaufen, die für die Schaltbewegung des Verbindungssteges (38) vorgesehen sind. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Leistungsschalter für hohe Ströme und Niederspannung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Aus der Druckschrift EP 0 206 882 B1 ist ein derartiger Leistungsschalter bekannt. Ein Gehäuse aus isolierendem Formstoff besteht aus einem Unterteil und aus einem auf diesem aufzuschraubenden Oberteil und ist durch parallel verlaufende innere Zwischenwände in mehrere nebeneinander liegende Polräume aufgeteilt. Ein Betätigungsmechanismus, eine der Polzahl des Leistungsschalters entsprechende und durch den Betätigungsmechanismus betätigbare Anzahl von Kontakteinheiten, zugehörige Lichtbogenlöscheinheiten, zu- und abgehende Anschlussmittel sowie Auslösemittel zum automatischen Öffnen der Kontakteinheiten beim Überschreiten einstellbarer Grenzbedingungen durch die über die Kontakteinheiten fließenden Ströme sind in dem Unterteil gelagert und dort zum Teil befestigt. Jeder Polraum weist einen mit dem Bodenteil verbundenen feststehenden Kontakt und mehrere parallel angeordnete bewegliche Kontaktfinger auf. Die beweglichen Kontaktfinger sind gegen die Wirkung von Kontaktdruckfedern begrenzt in einem U-förmigen metallischen Kontakthalter gelagert. In abgewandter Richtung von den Kontaktdruckfedern sind die Kontakthalter aller Pole mit einem quer über die Polräume sich erstreckenden Verbindungssteg vernietet. Der Verbindungssteg besteht aus einem mit Kunststoff umspritzten stangenartigen Stahlkern und ist zwischen Unterteil und Oberteil drehbar gelagert. Der Kontakthalter des mittleren Pols ist gelenkig mit unteren Kniehebeln eines zu dem Betätigungsmechanismus gehörenden Kniehebelsystems verbunden. Der Betätigungsmechanismus weist außer dem Kniehebelsystem noch einen Betätigungshebel, einen Kraftspeicher, einen ver- und entklinkbaren Stützhebel und einen mit den Auslösemittel in Wirkverbindung stehenden Verklinkungsmechanismus auf. Der Betätigungsmechanismus ist zwischen zwei Seitenblenden gelagert, die ihrerseits im Unterteil befestigt sind. Mittels des Betätigungsmechanismus nehmen die Kontaktfinger gegenüber den feststehenden Kontakten eine geöffnete bzw. geschlossene Stellung ein.
Ein Nachteil dieser Lösung besteht darin, dass die Kontakthalter mit relativ langen Hebelarmen über den torsionsbehafteten Verbindungssteg verbunden sind, sodass - ausgehend vom Betätigungsmechanismus - bei hohen Kontaktkräften eine zeitlich versetzte Beaufschlagung der Kontaktfingern der äußeren Pole gegenüber den Kontaktfingern des mittleren Pols erfolgt und den Kontaktfingern der äußeren Pole ein geringerer Durchhub zur Verfügung steht. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass im Zusammenwirken der metallischen Kontakthalter mit dem metallischen Betätigungsmechanismus und dem Verbindungssteg eine nicht unerhebliche Gefahr einer elektrischen Spannungsverschleppung zwischen den Polräumen bzw. den Kontakteinheiten besteht. An den Kontakthaltern sind im Bereich der Kontaktfinger Isolierschirme, vorzugsweise aus bei Lichtbogeneineinwirkung gasendem Material, aufgeschnappt, die im Zusammenwirken mit den benachbarten Zwischenwänden eine gewisse Abdichtung zwischen benachbarten Polräumen bewirken. An dem Verbindungssteg sind Abschirmsegmente angebracht, die isolierend in Nuten greifen, die sich an für den Verbindungssteg vorgesehenen Aussparungen in den Zwischenwänden anschließen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, sowohl eine gleichmäßigere Beaufschlagung der Kontakteinheiten aller Pole als auch eine preiswertere Isolierung der Poleinheiten untereinander zu realisieren.
Die Aufgabe erfindungsgemäß durch die Merkmale des unabhängigen Anspruches gelöst, während den abhängigen Ansprüchen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zu entnehmen sind.
Durch die Anordnung des Stahlkerns direkt oberhalb der Kontaktdruckfedern ist die Verformung des Verbindungssteges sehr gering, da sie lediglich auf Biegung und nicht wie bei einer Torsionswelle mit langen Hebelarmen auf Verdrehung belastet wird, wobei die Schwenkachse in einfacher Weise durch das in den Seitenblenden des Betätigungsmechanismus gelagerte Halteblech bestimmt wird. Dadurch wird trotz der vorteilhaften einstückigen Formgebung von Kontakthaltern und Verbindungssteg die Übertragung hoher Kontaktkräfte bei einer geringen zulässigen Verformung der beweglichen Teile der Kontakteinheiten verbessert. Die Abschirmsegmente, die Querkurzschlüsse und Spannungsverschleppungen zwischen den Polräumen über die für die Schwenkbewegung geschaffenen Aussparungen in den Zwischenwänden vermeiden sollen, sind direkt an dem Verbindungssteg angeformt. Die Seitenblenden können in üblicher Weise als Bleche ausgebildet sein. Als Seitenblenden können aber auch die Zwischenwände dienen.
In fertigungstechnisch vorteilhafter Weise verlaufen die Abschirmsegmente paarweise und beiderseits der Zwischenwände. Alternativ dazu tauchen die Abschirmsegmente in Nuten der Seitenwände.
Eine vorteilhafte Erhöhung der Abschirmwirkung ergibt sich durch Vorziehen von seitlichen Einsätzen der Lichtbogenlöscheinheiten bis an den Verbindungssteg, insbesondere dann, wenn die Einsätze aus einem Material bestehen, das unter der Hitzeeinwirkung des Lichtbogens löschende Gase abgibt. Damit entstehen in Verbindung mit den Abschirmsegmenten des Verbindungssteges und den benachbarten Bereichen der Zwischenwände Anordnungen in der Art von Labyrinthdichtungen, die eine deutliche Verlängerung der Luftstrecken zwischen den Kontakteinheiten benachbarter Polräume bewirken.
Eine Weiterbildung der Erfindung besteht in der vorteilhaften Ausbildung des Halteblechs. Die direkte Verbindung des Halteblechs mit dem Verbindungssteg wirkt sich positiv auf die Verwindungssteifigkeit der beweglichen Teile der Kontakteinheiten aus. Für eine günstige Momentübertragung vom Kniehebelsystem des Betätigungsmechanismus auf die Kontakteinheiten sind untere Kniehebel etwa in der Mitte zwischen der Befestigung an dem Verbindungssteg und der Lagerung in den Seitenblenden angelenkt.
Die von seitlichen einfachen Stützlaschen aufzunehmenden Kräfte erhöhen die Biegesteifigkeit der beweglichen Teile der Kontakteinheiten. Dieser Vorteil wirkt sich insbesondere bei Leistungsschaltern mit mehr als drei Polen aus.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem folgenden, anhand von Figuren erläuterten Ausführungsbeispiel. Es zeigen
Figur 1:
einen erfindungsgemäßen dreipoligen Leistungsschalter bei abgenommenem Oberteil des Gehäuses und entferntem Betätigungsmechanismus in perspektivischer, im wesentlichen von der Frontseite gesehener Ansicht;
Figur 2:
eine perspektivische Teildarstellung des erfindungsgemäßen Leistungsschalters, gegenüber der Darstellung von Fig. 1 von unten links gesehen;
Figur 3:
eine weitere perspektivische Teildarstellung des erfindungsgemäßen Leistungsschalters, gegenüber der Darstellung von Fig. 1 von oben links gesehen.
Der für hohe Ströme ausgelegte dreipolige Niederspannungs-Leistungsschalter ist von einem Formgehäuse umgeben, von dem in Fig. 1 nur das Unterteil 2 dargestellt ist. Die seitlichen Außenwände 4 und die beiden Zwischenwände 5 dienen zur seitlichen Begrenzung von drei parallel verlaufenden Polräumen 6 bis 8. Den Polräumen 6 bis 8 sind Kontakteinheiten 9, 10 und 11 zugeordnet. Jede Kontakteinheit 9, 10, 11 besteht aus einem im Unterteil 2 festgelegten feststehenden Kontakt 16, mehreren parallel angeordneten beweglichen Kontaktfingern 18 sowie einer Lichtbogenlöscheinheit 20. Die zu einer Kontakteinheit 9, 10 bzw. 11 gehörenden Kontaktfinger 18 sind mittels einer Schwenkachse 22 in einem U-förmigen Kontakthalter 24 begrenzt schwenkbar gelagert und stützen sich in bekannter Weise gegen Kontaktdruckfedern 26 ab. Die feststehenden Kontakte 16 sind über erste Stromschienen 12 mit ersten Anschlussklemmen 14 verbunden. Die Kontaktfinger 18 sind über flexible Verbindungsleitungen 17 mit zweiten Stromschienen 13 verbunden, an die sich nicht dargestellte zweiten Anschlussklemmen anschließen.
Am Boden 3 des Unterteils 2 sind zwei Seitenblenden 28 parallel beabstandet befestigt, welche die Kontakteinheit 12 des mittleren Pols umgreifen und zwischen denen ein Betätigungsmechanismus 30 beweglich lagert. Der Betätigungsmechanismus 30 enthält einen Betätigungshebel 32, über den der Leistungsschalter von außen bedienbar ist. Der Betätigungsmechanismus 30 weist weiterhin ein Kniehebelsystem 34 auf und ist über nicht dargestellte Auslösemittel auslösbar. Der Aufbau und die Wirkungsweise eines derart üblichen Betätigungsmechanismus 30 ist aus der eingangs genannten EP 0 206 882 B1 zu ersehen. Der Kniehebelmechanismus 34 ist mit einem Federkraftspeicher verbunden und weist einen oberen Kniehebel sowie zwei über eine Kniehebelachse mit diesen verbundene untere Kniehebel 36 auf.
Über einen querliegenden Verbindungssteg 38 sind die Kontakthalter 24 aller Kontakteinheiten 9 bis 11 miteinander verbunden. Die Kontakthalter 24 und der Verbindungssteg 38 sind in einem Stück aus isolierendem Formstoff hergestellt worden, wobei ein ebenfalls querliegender stangenartiger Stahlkern 40 umspritzt wurde. Der oberhalb der Kontaktdruckfedern 26 verlaufende Stahlkern 40 verleiht dem aus den drei Kontakthaltern 24 und dem Verbindungssteg 38 bestehenden beweglichen System eine ausreichende Steifigkeit sowohl gegen Verbiegung als auch gegen Verwindung. Ein U-förmiges Halteblech 42 umgreift mit seinem Mittelschenkel 44 und seinen beiden Außenschenkeln 46 den Kontakthalter 24 der mittleren Kontakteinheit 10 und ist an seinem zu der Lichtbogenlöscheinheit 20 weisenden Ende über zwei Abwinkelungen 48 mit dem Verbindungssteg 38 unbeweglich verschraubt. Am anderen Ende des Halteblechs 42 sind die Außenschenkel 46 über jeweils eine nietförmige Lagerstelle 50 in den Seitenblenden 28 schwenkbar gelagert. Um die Kontakteinheiten 9 bis 11 von einer geöffneten Stellung in eine geschlossene Stellung bzw. umgekehrt überführen zu können, ist das Halteblech 42 in seinem mittleren Bereich mit seinen Außenschenkeln 46 über ebenfalls nietenförmige Gelenke 52 mit den unteren Kniehebeln 36 verbunden.
Um die Schaltbewegungen zu ermöglichen, sind in den Zwischenwänden 5 längliche Aussparungen 54 für den Verbindungssteg 38 vorgesehen. Das aus den Kontakthaltern 24 und dem Verbindungssteg 38 bestehende Formteil enthält weiterhin vier Abschirmsegmente 56 und 57, die jeweils paarweise und in engem Abstand zu beiden Seiten der Zwischenwände 5 verlaufen. Damit wird trotz der vorhandenen Aussparungen 54 im Bereich entstehender Lichtbögen eine Abschirmung zwischen benachbarten Polräumen 6, 7 bzw. 7, 8 bewirkt. Diese Schutzmaßnahme gegen Querkurzschlüsse und Spannungsverschleppungen infolge von Lichtbogengasen beim Auftreten von äußeren Kurzschlüssen wird noch erheblich dadurch verbessert, dass in den Lichtbogenlöscheinheiten 20 beidseitig isolierende Einsätze 58 aus gasendem Material eingebracht sind, die bis knapp vor den Verbindungssteg 38 im Bereich der Aussparungen 54 reichen. Die Zwischenwände 5, die Abschirmsegmente 56 und 57 sowie die Einsätze 58 bilden damit im Bereich der Aussparungen 54 eine wirksame Abschottung benachbarter Polräume 6, 7 bzw. 7, 8 in der Art von Labyrinthdichtungen.
Um einer Verbiegung des Verbindungssteges 38 und damit einem ungleichmäßigen Schalten der Kontakteinheiten 9 bis 11 bei hohen mechanischen Belastungen noch besser zu begegnen, sind an den Außenseiten der zu den beiden äußeren Kontakteinheiten 9 und 11 gehörenden Kontakthalter 24 Stützlaschen 60 aus Blech unbeweglich befestigt, die in geringem Abstand zu den Außenwänden 4 verlaufend im Unterteil 2 schwenkbar gelagert sind.

Claims (8)

  1. Leistungsschalter für hohe Ströme und Niederspannung, enthaltend
    ein Formgehäuse, das aus einem Unterteil (2) und einem Oberteil zusammengesetzt ist und durch parallel verlaufende Zwischenwände (5) mehrere Polräumen (6 ... 8) bildet,
    einen Betätigungsmechanismus (30), der ein Kniehebelsystem (34) aufweist und in feststehenden Seitenblenden (28) gelagert ist,
    Auslösemittel, die mit dem Betätigungsmechanismus (30) zusammenwirken,
    eine der Anzahl der Polräume (6 ... 8) entsprechende Anzahl von Kontakteinheiten (9 ... 11), die jeweils einen mit dem Unterteil (2) verbundenen feststehenden Kontakt (16) und mehrere parallel angeordnete bewegliche Kontaktfingern (18), die in einem U-förmigen Kontakthalter (24) gegen die Wirkung von Kontaktdruckfedern (26) begrenzt schwenkbar gelagert sind, sowie eine Lichtbogenlöscheinheit (20) enthalten, wobei die zu einem mittleren Polraum (7) gehörende Kontakteinheit (10) mit dem Kniehebelsystem (34) gelenkig gekoppelt ist,
    einen querliegenden, die Kontakthalter (24) aller Kontakteinheiten (9 ... 11) verbindenden Verbindungssteg (38), der einen mit isolierendem Formstoff umspritzten stangenartigen Stahlkern (40) enthält und angeformte Abschirmsegmente (56, 57) gegenüber für den Verbindungssteg (38) vorgesehenen Aussparungen (54) in den Zwischenwänden (5) aufweist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Kontakthalter (24) aus isolierendem Formstoff bestehen und einstückig mit dem Verbindungssteg (38) verbunden sind, wobei der Stahlkern (40) oberhalb der Kontaktdruckfedern (26) verläuft, und
    ein Halteblech (42) in einem mittleren Polraum (7) starr mit dem Verbindungssteg (38) verbunden, mit dem Betätigungsmechanismus (30) gelenkig gekoppelt und in den Seitenblenden (28) schwenkbar gelagert ist.
  2. Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmsegmente (56, 57) jeweils paarweise zu beiden Seiten der Zwischenwände (5) verlaufen.
  3. Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmsegmente in Nuten der Zwischenwände (5) eintauchen.
  4. Leistungsschalter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtbogenlöscheinheiten (20) mit seitlichen Einsätzen (58) bis kurz vor den Verbindungssteg (38) reichen.
  5. Leistungsschalter nach vorstehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Einsätze (58) aus gasendem Material bestehen.
  6. Leistungsschalter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteblech (42) U-förmig ausgebildet ist, mit seinen Außenschenkeln (46) den Kontakthalter (24) der mittleren Kontakteinheit (10) seitlich umgreift und mit mindestens einer endseitig an seinem Mittelschenkel (44) ausgebildeten Abwinkelung (48) an dem Verbindungssteg (38) befestigt ist.
  7. Leistungsschalter nach vorstehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass etwa in der Mitte zwischen der mindestens einen Abwinklung (58) und den Lagerstellen (50) der Außenschenkel (46) in den Seitenblenden (28) untere Kniehebel (36) des Kniehebelsystems (34) an den Außenschenkeln (46) angelenkt sind.
  8. Leistungsschalter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine Stützlasche (60) einerseits unbeweglich mit dem Kontakthalter (24) der beiden äußeren Kontakteinheiten (9, 11) verbunden und anderseits gelenkig im Unterteil (2) festgelegt ist.
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