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Die Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Eine derartige Schaltvorrichtung ist im Allgemeinen Bestandteil eines Schalt- oder auch Schutzschaltgeräts und dient zur gezielten Trennung bzw. Verbindung eines oder mehrerer Strompfade unter Betriebs- bzw. Fehlerfallbedingungen. Je nach Einsatzgebiet und Verwendungszweck ist bei derartigen Geräten neben einem oder mehreren Phasenleitern auch ein Neutralleiter schaltbar. Eine in einem Strompfad befindliche Last, beispielsweise ein Verbraucher, soll dabei im Betriebs- oder Fehlerfall jedoch unter Last nur im Strompfad des zugehörigen Phasenleiters und demnach annähernd lastfrei - also bei einem Strom, der im Verhältnis zu dem Bemessungsstrom des entsprechenden Schaltgeräts klein ist - im Strompfad des Neutralleiters geschaltet werden.
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Ein der eingangs genannten Schaltvorrichtung entsprechender Selbstschalter ist aus der
DE 1 776 082 U bekannt; danach ist vorgesehen, dass der bewegliche Kontaktarm einer Nulleiter-Schaltstelle von einem Auslöseanker eines Hauptkontaktes oder eines mit dem Auslöseanker verbundenen Teils im Einschaltzustand gehalten ist, indem der Auslöseanker auf den Kontaktarm des Nulleiterkontaktes einwirkt, und zwar solange, bis bei abklingendem Lichtbogen an der Schaltstelle des Phasenleiters der Auslöseanker von der Ankerrückholfeder in seine Ausgangslage gebracht ist.
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 195 03 530 A1 ist ferner ein Leitungsschutzschalter bekannt, bei dem in einem Schaltergehäuse ein thermisch sowie magnetisch geschützter Außenleiterpol sowie ein ungeschützter Neutralleiterpol angeordnet sind. Beiden Polen ist jeweils eine Kontakteinrichtung zugeordnet, die beide einen bewegbaren Kontakthebel zum Öffnen bzw. Schließen der jeweiligen Kontakteinrichtung aufweisen, wobei die beiden Kontakthebel mittels eines Schiebers mechanisch miteinander gekoppelt sind.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schaltvorrichtung mit zwei Schaltstellen zu schaffen, die sich hinsichtlich der zweiten Schaltstelle durch geringe Betätigungskräfte auszeichnet.
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Die Lösung der Aufgabe ist ausgehend von einer Schaltvorrichtung mit zwei Schaltstellen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs gegeben; vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand von weiteren Ansprüchen.
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Auf Grund der Einwirkung des Auslösers auf die Schaltmechanik zum verzögerten Öffnen der weiteren Schaltstelle können die durch die gegebenen Mechanismen der Schaltmechanik bedingten Hebelverhältnisse im Sinne einer mechanischen Verstärker-Wirkkette dazu genutzt werden, um den beweglichen Kontaktträger der weiteren Schaltstelle mittelbar über die als Schaltschloss ausgeführte Schaltmechanik zu betätigen, so dass ein verringerter Kraftbedarf gegenüber einer unmittelbaren Kraftbeaufschlagung eines beweglichen Kontaktträger notwendig ist; ein reduzierter Kraftaufwand erlaubt in der Folge den Einsatz von Bauteilen in der Schaltmechanik, die in ihrer Dimensionierung und Materialbeschaffenheit gegenüber konventionellen Bauteilen weniger hohen Ansprüchen genügen müssen, womit kleine Geräteabmessungen und Kosteneinsparungen einhergehen.
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Zudem kann eine Berührung mit ggf. erhitzten Kontaktteilen vermieden werden, durch die eine unerwünschte Wärmeweiterleitung auf angrenzende Kunststoffteile gegeben wäre, welche demzufolge eine vorzeitige Versprödung durch Wärmeeinwirkung erfahren würden. Darüber hinaus ist eine Beaufschlagung von Teilen der Schaltmechanik, insbesondere der so genannten Verklinkungsstelle, mit einer Zuhalte -oder auch Fixierungskraft gegenüber der Kraftbeaufschlagung eines beweglichen Kontaktträgers weniger toleranzbehaftet und in Folge dessen technisch besser beherrschbar, da der Kontaktabbrand an der verzögert zu öffnenden Schaltstelle keinen Einfluss auf die Zuverlässigkeit der Schaltverzögerung hat und somit eine Nachführung oder auch Nachjustierung eines Zuhaltemittels für den beweglichen Kontaktträger entfällt.
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Weiterhin sind im Vergleich zu der Kraftbeaufschlagung des beweglichen Kontaktträgers weniger Komponenten in der Toleranzkette der Schaltmechanik beteiligt, da bereits an dem so genannten Auslösehebel, welches das erste Bauteil in der Wirkkette bildet, mit dem Auslöser angegriffen wird, so dass im Vergleich zu der bekannten Anordnung eine genauere Maßzuordnung gegeben ist.
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Ferner können Mikrobewegungen zwischen dem Kontakt des beweglichen Kontaktträgers und dem Kontakt des zugeordneten feststehenden Kontaktträgers vermieden werden, die bei dem konventionellen Selbstschalter dadurch entstehen, dass beim elektromagnetischen Auslösen des Laststrom führenden Vorrichtungsteils die Schaltmechanik des Strom rückführenden Vorrichtungsteils von einer Vorspannstellung in einer Entspannstellung trotz des blockierten beweglichen Kontaktträgers überführt wird; besagte Mikrobewegungen können eine Kontaktverschweißung verursachen, was eine Gerätezerstörung und letztlich ein Sicherheitsrisiko für den zu schaltenden bzw. zu schützenden elektrischen Verbraucher zur Folge hätte.
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Dabei arbeitet der Auslöser der Schaltvorrichtung nach dem elektromagnetischen Funktionsprinzip unter Einsatz eines Ankers, einer Spule und eines Jochs, welche zueinander in einer Wechselwirkungstehen, so dass eine bewährte Funktionseinheit als Betätigungsmittel zum Einsatz kommt.
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Erfindungsgemäß weist der Anker des Auslösers einen Stößel mit einem Stößelfortsatz auf, mit dessen Hilfe eine Zusatzfunktion, insbesondere eine Zuhaltefunktion für eine Neutralleiter-Schaltstelle, ausführbar ist; hierbei wirkt zum einen der Stößel auf einen Auslösehebel der Schaltmechanik derart ein, dass die erste Schaltstelle öffnet. Zum anderen wirkt der Stößelfortsatz auf einen weiteren Auslösehebel der Schaltmechanik derart ein, dass die weitere Schaltstelle in einer Übergangszeit geschlossen im Sinne einer zeitlich versetzten oder nachlaufenden Trennung bleibt.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Schaltvorrichtung Teil eines Schaltgeräts, bei dem eine isolierende Trennwand zwischen der ersten und der zweiten Schaltstelle angeordnet ist, die eine Öffnung zur Durchführung des insbesondere zweifach abgewinkelten Stößelfortsatzes aufweist.
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Mit Vorteil wirkt die Schaltmechanik innerhalb des Schaltgerätes auf beiden Seiten der Trennwand, so dass eine Wechselwirkung zwischen den beiden Teilbereichen der Schaltmechanik gegeben ist.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Schaltgerät derart aufgebaut, dass die eine Schaltstelle im Laststrom führenden Pfad und die weitere Schaltstelle im Strom rückführenden Pfad angeordnet ist.
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Mit Vorteil weist das Schaltgerät einen mehrere Strompfade umfassenden, insbesondere vierpoligen, Aufbau auf, wodurch ein Einsatz in einem Wechselstromnetz bzw. in einem Drehstromnetz ermöglicht ist.
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Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausgestaltungen gemäß den Merkmalen der weiteren Ansprüche werden im Folgenden anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass insoweit eine Beschränkung der Erfindung erfolgt; darin zeigen:
- 1,4 und 5 den Laststrom führenden Abschnitt der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung als Teil eines Schaltgerätes in verschiedenen perspektivischen Darstellungen;
- 3 eine Schnittdarstellung der Schaltvorrichtung als Teil des Schaltgerätes in einer Unteransicht; und
- 2 und 6 den Strom rückführenden Abschnitt der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung als Teil eines Schaltgerätes in verschiedenen perspektivischen Darstellungen.
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In den 1 und 2 ist eine Schaltvorrichtung 1 als Teil eines für Gleich- oder Wechselstrom geeigneten Schaltgerätes 2, das als Schutzschaltvorrichtung, insbesondere als Leitungsschutzschalter, ausgeführt ist, gezeigt. Das Schaltgerät 2 weist eine Gehäusebreite von 18 mm auf, was einer so genannten Teilungseinheit auf dem Gebiet der Reiheneinbaugeräte entspricht. In der einen Teilungseinheit sind sowohl Komponenten des Laststrom führenden Teils, insbesondere eines Phasenleiters, als auch Komponenten des Strom rückführenden Teils, insbesondere eines Neutralleiters, der Vorrichtung untergebracht; dabei sind die jeweiligen Schaltmechanik- und Schaltkontakt-Elemente der beiden Vorrichtungsteile spiegelverkehrt zueinander in einem Gehäuse 3 isoliert voneinander angeordnet. Neben einem Gehäuse mit einer Teilungseinheit ist auch ein Gehäuse mit zwei Teilungseinheiten mit einer Gehäusebreite von 36 mm möglich, welches bis zu vier Vorrichtungsteile bzw. zu schaltende Drehstrom-Strompfade, insbesondere mit drei Phasenleitern und einem Neutralleiter, umfasst.
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Die in dem Schaltgerät 2 angeordnete Schaltvorrichtung 1 ist mit einer ersten Schaltstelle 4 gemäß 1 und mit einer weiteren Schaltstelle 5 gemäß 2 versehen. Die beiden Schaltstellen 4;5 sind ihrerseits jeweils mit einem feststehenden Kontaktträger 4.1;5.1 und mit einem beweglichen Kontaktträger 4.2;5.2 versehen. Die Schaltvorrichtung 1 weist zudem eine gemeinsame Schaltmechanik zur Steuerung der Bewegungsabläufe der beiden beweglichen Kontaktträger 4.2;5.2 auf. Auch ein Auslöser 6 ist Bestandteil der Schaltvorrichtung 1, der einerseits zum unverzögerten Öffnen der einen Schaltstelle 4 und andererseits zum verzögerten Öffnen der weiteren Schaltstelle 5 bestimmt ist, wobei der laststromseitig angeordnete Auslöser 6 zum verzögerten Öffnen der weiteren Schaltstelle 5 auf die Schaltmechanik, insbesondere auf einen ersten Teilbereich, einwirkt, wodurch im Nachgang an die erste Trennung eine zweite Trennung erfolgt. Gleicherma-ßen wirkt der Auslöser 6 zum unverzögerten Öffnen der ersten Schaltstelle 4 auf die Schaltmechanik, insbesondere auf einen weiteren Teilbereich, ein.
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Der Auslöser 6 arbeitet nach dem elektromagnetischen Funktionsprinzip unter Einsatz eines Ankers 6.1, einer Spule 6.2 und eines Jochs 6.3, welche zu einem Kurzschlussauslöser angeordnet sind; hierbei ist der als Tauchanker ausgeführte Anker 6.1 innerhalb der wendelförmigen Spule 6.2 angeordnet, welche von dem Joch 6.3 in L-Form an einer Stirnseite und an einer Längsseite eingefasst ist. Der Anker 6.1 weist einen Stößel 7 gemäß 1 auf, der in einer Öffnung des kurzen L-Schenkels des Jochs 6.3 geführt ist. Der Stößel 7 ist mit einem Stößelfortsatz 7.1 gemäß 2 versehen, so dass sich insgesamt eine stufenförmige Stößelanordnung gemäß 3 ergibt.
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Zwischen den beiden Vorrichtungsteilen ist eine elektrisch isolierende Trennwand 8 als Teil des Gehäuses 3 vorgesehen, so dass die erste und die weitere Schaltstelle 4;5 galvanisch voneinander getrennt sind. Zur Durchführung des Stößelfortsatzes 7.1 weist die Trennwand 8 eine Ausnehmung 8.1 gemäß 3 auf, die in Form eines Langlochs ausgeführt ist. Entsprechend der Darstellung in 3 kann der auf der Seite der ersten Schaltstelle 4 - auch L-Teil genannt - angetriebene Stößel 7 zur Einleitung eines Auslösevorgangs an dem entsprechenden Schaltmechanikabschnitt wirken, wobei der Stößelfortsatz 7.1, welcher über einen Quersteg 7.2 mit dem Stößel 7 verbunden ist, auf der Seite der weiteren Schaltstelle 5 - auch N-Teil genannt - zur Einleitung eines zeitverzögerten Auslösevorgangs an dem entsprechenden Schaltmechanikabschnitt wirkt.
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Im Falle eines auftretenden Kurzschlusses in dem durch die Schaltvorrichtung 1 geschützten Stromkreis fließt ein Kurzschlussstrom I. Die Schaltvorrichtung 1 befindet sich hierbei in der EIN-Stellung 9. Der Kurzschlussstrom I wird über die Eingangsklemme 11 des L-Teils an die Auslösespule 6.2 bis hin zu dem Festkontaktträger 4.1 und damit zu einem darauf angeordneten Festkontakt 4.3 geleitet. Von dem Festkontakt 4.3 wird der Strom I weitergeführt über einen korrespondierenden Bewegkontakt 4.4, der auf dem beweglichen Kontaktträger 4.2 platziert ist. Der beweglichen Kontaktträger 4.2 ist seinerseits mit einem flexiblen Leiter 13, insbesondere Litze, verbunden, der wiederum an einem thermischen Auslöser 14 angeordnet ist. Der Kurzschlussstrom I fließt demnach über den beweglichen Kontaktträger 4.2, den flexiblen Leiter 13 und auch über den thermischen Auslöser 14 bis hin zu einer Abgangsklemme 12, welche durch ein Verbindungsmittel 15 mit dem Trägerelement 16 des thermischen Auslösers 14 gekoppelt ist.
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Bedingt durch den Kurzschlussstrom I wird ein Magnetfeld erzeugt, das den Anker 6.1 dazu veranlasst, in Richtung eines Auslösehebels 17 des L-Teils L weiter in die Auslösespule 6.2 einzutauchen. Der an dem Anker 6.1 befindliche Stößel 7 schlägt in Folge dessen an dem Krafteinleitungsende 17.1des drehbeweglich gelagerten Auslösehebels 17 an. Der Auslösehebel 17 wird daraufhin entgegen dem Uhrzeigersinn aus seiner Verklinkungsstellung gedreht. Die Verklinkungsstellung ist gebildet durch das Verklinkungsende 17.2 des Auslösehebels 17 und einer drehbeweglich gelagerten und in ihrer Lagerung längsverschieblichen Klinke 18. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Klinke 18 einen Rastfortsatz 18.1 auf, der in der Verklinkungsstellung auf einem Absatz 17.3 des Auslösehebels 17 aufliegt.
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Die Klinke 18 ist mittelbar über eine Feder 19, insbesondere Druckfeder, vorgespannt und neigt dazu, entgegen dem Uhrzeigersinn zu drehen. Das Drehlager der Klinke 18 ist durch ein Ende 20.1 eines Antriebsbügels 20 gegeben, der eine U-Form aufweist. Das andere Ende 20.2 des Antriebsbügels 20 ist in einer Ausnehmung 21.1 einer Knebelwalze 21 angeordnet. Die Klinke 18 ist darüber hinaus an dem dem Rastfortsatz 18.1 gegenüberliegenden Ende 18.2 mit einem U-förmigen Koppelbügel 22 verbunden, der an seinem einen Ende 22.1 in einer Aufnahme 18.3 der Klinke 18 drehbeweglich gelagert ist. Das andere Ende 22.2 des Koppelbügels 22 bildet ein Drehlager für das Lagerende 4.5 des beweglichen Kontaktträgers 4.2, welches zudem in einer Gehäusekulisse 3.1 geführt ist. Der bewegliche Kontaktträger 4.2 steht im Anschluss an seine Lagerstelle in einer Wirkverbindung mit der Feder 19, die zum einen zur Herstellung des Kontaktdrucks an der einen Schaltstelle 4 und zum anderen zur Vorspannung der als Schaltschloss ausgeführten Schaltmechanik verantwortlich ist. Als Dreh- bzw. Umlenkpunkt für den beweglichen Kontaktträger 4.2 dient ein gehäusefester Bolzen 3.2.
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Sobald der Auslösehebel 17 die Klinke 18 aus der Verklinkungsstelle freigibt setzt die Feder 19 ihre gespeicherte Energie frei, indem der beweglichen Kontaktträger 4.2 mit dem Bolzen 3.2 als Dreh- bzw. Umlenkpunkt entgegen dem Uhrzeigersinn einerseits mit seinem Kontaktende 4.6 von dem Festkontakt 4.3 und andererseits mit seinem Lagerende 4.5 von der Feder 19 in Richtung der Klinke 18 weggeschwenkt wird. Hierbei tendiert der Koppelbügel 22 dazu, sich im Uhrzeigersinn zu drehen, wobei die dabei auf die Klinke 18 einwirkende Hebelkraft zur Weiterdrehung der Klinke 18 und des beweglichen Kontaktträgers 4.2 führt bis ein an der Klinke 18 angeformter Exzenter 18.4 an einem Ausleger 23.1 eines Mitnehmers 23 unter Anpressdruck zum Anliegen kommt.
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Durch das schlagartige Aufreißen der ersten Schaltstelle 4 unter Kurzschlussstrom-Belastung bildet sich zwischen dem Kontaktpaar 4.3;4.4 ein Lichtbogen, der zu seiner Löschung über trichterförmig angeordnete Lichtbogen-Leitschienen 24 in eine Lichtbogen-Löschkammer 25 getrieben wird. Solange der Lichtbogen vorhanden ist, bleibt durch den damit einhergehenden Stromfluss auch der Anker 6.1 angezogen. Der an dem Anker 6.1 vorhandene Stößel 7 hält somit den Auslösehebel 17 nach wie vor in der Entklinkungsstellung, während gemäß der 2 der Stößelfortsatz 7.1 auf der Seite des N-Teils N gegen das Krafteinleitungsende 26.1 des dortigen drehbeweglich gelagerten Auslösehebels 26 zur Beibehaltung des Verklinkungszustandes einwirkt. Durch die spiegelverkehrte Anordnung der beiden Auslösehebel 17;26 in der Schaltvorrichtung 1, bedingt der nur in einer Richtung wirkende Stößel 7 samt Fortsatz 7.1 zum einen eine Auslösung und zum anderen eine Blockierung. Die Verklinkungsstelle des N-Teils N, bei der auch eine Klinke 27 beteiligt ist, bleibt infolgedessen ebenfalls blockiert, so dass ein den Kontakt abhebender Bewegungsablauf - wie für den L-Teil L bereits beschrieben - mittels vorgespannter Feder 28, beweglichem Kontaktträger 5.2, Koppelbügel 29 und Klinke 27 unterbleibt.
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Sofern der Lichtbogen wünschgemäß erloschen und damit der Stromfluss unterbrochen ist, also die Gefahr einer Lasttrennung der weiteren Schaltstelle 5, insbesondere des N-Teils N, nicht mehr vorliegt, fällt damit auch das den Anker 6.1 haltende Magnetfeld der Auslösespule 6.2 ab, wodurch der Anker 6.1 mittels einer Ankerrückholfeder in seine Ruhestellung zurückgeführt wird. Sowohl der Stößel 7 als auch der Stößelfortsatz 7.1 werden dabei in ihre Ausgangsstellung 7.3 verfahren, so dass weder das Krafteinleitungsende 17.1 des Auslösehebels 17 des L-Teils L noch das Krafteinleitungsende 26.1 des Auslösehebels 26 des N-Teils N betätigt bzw. blockiert sind. Demnach wirkt der an dem Ausleger 23.1 unter Anpressdruck zum Anliegen gekommene Klinkenexzenter 18.4 gemäß den 1, 4 und 5 auf den über eine Kulisse geführten Mitnehmer 23 ein, der mit einem Übertragungselement 23.2 versehen ist, das sich auf die Seite des N-Teils N gemäß der 6 erstreckt.
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Das Übertragungselement 23.2 wirkt dabei vorrangig im N-Teil N auf eine weitere Fahne 26.2 des Auslösehebels 26 an dessen Verklinkungsende 26.3 gemäß 6 derart ein, dass sich dieser entgegen dem Uhrzeigersinn bewegt. Gleiches gilt für die baugleiche Anordnung in dem L-Teil L gemäß 4 und 5, sofern sich die dortige Fahne 17.4 noch in Reichweite des Mitnehmers 23 befindet. Hierbei wird die Kraft der Feder 19 des L-Teils L durch Verschiebung des Übertragungselements 23.2 in Richtung des Verklinkungsendes 26.3 des Auslösehebels 26 des N-Teils N weitergegeben, wodurch das Verklinkungsende 26.3 außer Eingriff mit der Klinke 27 des N-Teils N gebracht wird. Im Anschluss daran erfolgt auf der Seite des N-Teils N ein Bewegungsablauf des Schaltschlossbereichs, der dem des Schaltschlossbereichs auf der Seite des L-Teils L entspricht. Die Energie der Feder 28 des N-Teils N wird in der Folge freigesetzt und führt zu einer Öffnung der weiteren Schaltstelle 5, indem der bewegliche Kontaktträger 5.2 von seiner Schließstellung in seine Öffnungsstellung entgegen dem Uhrzeigersinn verschwenkt, so dass schließlich das Schaltschloss vollkommen ausgelöst ist und beide Schaltstellen 4;5 unterbrochen sind.
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Im Falle einer damit einhergehenden Drehbewegung der freigegebenen Klinken 18;27 führt dies zudem zu einer Längsverschiebung des Klinkendrehlagers 20.1 in einer Führungsnut 18.5, wodurch die Knebelwalze 21 mit Unterstützung eines Federelements 30 z.B. nach 2 zusammen mit dem daran angeordneten Betätigungsknebel 21.2 von der EIN-Stellung 9 in die AUS-Stellung 10 verschwenkt; damit wird auch außerhalb des Gehäuses 3 der Schaltstellungswechsel angezeigt. Zum Wiedereinschalten des Gerätes 2 bei fehlerfreiem Stromkreis kann der Knebel 21.2 der Antriebswalze 21 manuell oder beispielsweise per Fernantrieb von der AUS-Stellung 10 in die EIN-Stellung 9 bewegt werden, so dass die Schaltmechanik erneut vorgespannt ist und beide Klinken 18;27 wieder auf dem jeweiligen Auslösehebel 17;26 zum Anliegen kommen.
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Die zuvor erläuterte erfindungsgemäße Lösung mit einem schaltbaren Neutralleiter kann wie folgt zusammengefasst werden:
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Um eine Schaltvorrichtung 1 mit zwei Schaltstellen 4;5 zu schaffen, die sich hinsichtlich der zweiten Schaltstelle 5 durch geringe Betätigungskräfte auszeichnet, ist eine Anordnung vorgesehen, bei welcher die erste und weitere Schaltstelle 4;5 jeweils einen feststehenden Kontaktträger 4.1;5.1 und einen beweglichen Kontaktträger 4.2;5.2 aufweisen, und bei welcher eine Schaltmechanik zur Steuerung der Bewegungsabläufe der beiden beweglichen Kontaktträger 4.2;5.2 bestimmt ist, und bei welcher ein Auslöser 6 einerseits zum unverzögerten Öffnen der einen Schaltstelle 4 und anderseits zum verzögerten Öffnen der weiteren Schaltstelle 5 ausgelegt ist, wobei der Auslöser 6 zum verzögerten Öffnen der weiteren Schaltstelle 5 auf die Schaltmechanik einwirkt, so dass unterschiedliche Schalt- bzw. Trennzeitpunkte im Sinne einer Schaltverzögerung gegeben sind.
