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Die Erfindung betrifft ein, vorzugsweise mehrpoliges elektrisches Schaltgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Gemäß den Sicherheitsanforderungen nach IEC 947 oder EN 60947 darf bei unbestimmtem Funktionsstatus, insbesondere bei verschweißten Kontakten der Betätigungshebel oder die Schaltkulisse eines Schalters nicht in die AUS-Stellung gebracht werden, damit ein Verriegeln des Schalters mit verschweißten Kontakten nicht erfolgen kann.
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Es sind Einrichtungen an elektrischen Schaltern bekannt, bei denen Sperrmittel bei nicht ordnungsgemäß geöffneten Kontakten und beim entgegen der Kraftwirkung des Federkraftspeichers stattfindenden zwangsweisen Überführen des Antriebshebels in die AUS-Stellung in die Bewegungsbahn der Schaltkulisse eintreten, so dass der Sicherheitsanforderung entsprochen ist.
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Eine Einrichtung, die sich in der
DE 19500221 C2 findet, hat folgende Einzelheiten: zwischen Schaltkulisse und Schaltwelle sind für die Aktionen AUS-Schalten und AKTOR-SPANNEN Sperrbauteile vorhanden, die eine Wirkung von der Schaltkulisse auf die Schaltwelle und zurück übermitteln, derart dass in einem undefinierten Schalterzustand (insbesondere im Schalterzustand 'Kontakte haften oder verschweißt') die manuelle Betätigung der Schaltkulisse in Schalterstellung AUS gesperrt ist. Die Sperrbauteile vermitteln einen Kraftschluss zwischen Schaltkulisse und der Schaltwelle, wodurch eine Sperrung der Bewegung der Schaltkulisse stattfindet. Der mechanische Aufbau dieses Standes der Technik ist allerdings relativ aufwändig.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, zur Erfüllung der vorgenannten Sicherheitsanforderungen eine Anordnung anzugeben, die zur Verbesserung der Funktion und zu Einsparung von Bauteilen führt.
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Ausgehend von einer Anordnung der eingangs genannten Art wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die Merkmale des unabhängigen Anspruches gelöst, während den abhängigen Ansprüchen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zu entnehmen sind.
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Für einen Prüfvorgang bei haftenden Kontakten soll ein Sperrmechanismus wirksam werden, der die nicht korrekte Stellung des Schalters zur Anzeige bringt.
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Es ist der Kern der Erfindung, dass eine Aktionskette durch Sperrbauteile eingerichtet ist. Die Teile der Aktionskette sind ein um eine Drehachse schwenkbares Segment und ein das Segment an einen Anschlag im Trägergehäuse rückstellendes Federelement, wobei das Segment zwei Ecken aufweist, von denen die erste Ecke in Richtung Schaltkulisse und die zweite Ecke in Richtung Schaltwelle zeigt.
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An der Schaltkulisse sind weiterhin eine in Richtung Segment zeigende Anschlagnase und an der Schaltwelle ein in Richtung Segment zeigender Nocken ausgebildet, wobei auf der Bewegungsbahn der Schaltkulisse aus einer durch den undefinierten Schalterzustand bestimmten Lage die Anschlagnase der Schaltkulisse in Bewegungsbahnrichtung AUS in kraftschlüssigen Kontakt mit dem Segment gelangt und das Segment gegen die Kraft des Federelements verschwenkt wird, bis die zweite Segmentecke mit dem Nocken der Schaltwelle in Kraftschluss gerät, wobei ein nicht überwindbarer Haltepunkt (Sperrlage) erreicht wird. Die Bewegung der Schaltkulisse ist vor Erreichen der Schalterstellung AUS gesperrt.
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Die Sperrbauteile bilden eine Aktionskette, die mindestens für einen Pol des Schalters vorhanden ist. Bei einem mehrpoligen Schalter wird die Aktionskette von einem einzigen Segment von der Schaltkulisse über die Schaltwelle an alle Kontakte übermittelt.
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Es ist eine sichtbare und für den Bediener fühlbare Sperre vorhanden. Bei fortgesetztem Kraftaufwand – also bei anhaltender Drehbewegung der Schaltkulisse über den Haltepunkt in Richtung AUS hinaus – entsteht ein Drehmoment an der Schaltwelle in Richtung Öffnen der Kontakte. Sollten die Kontakte nur leicht haften, kann das Drehmoment ausreichen, die Haftung der Kontakte zu überwinden und die Kontakte zu lösen. Bei stark haftenden (verschweißten) Kontakten reicht das Drehmoment nicht aus, die Kontakte zu lösen. Bei Nachlassen oder Beendigung des Kraftaufwandes bewegt sich die Schaltkulisse (durch die Rückstellkraft der Schlossfeder) zurück in eine eindeutige Stellung, die anzeigt, dass der Schalter nicht korrekt ausgeschaltet ist. Die Stellung des Betätigungsgriffs (bei haftenden Kontakten) nach dem Prüfvorgang ist die Stellung EIN der Schaltkulisse und eine stabile Lage, unabhängig von Toleranzen der Bauteile der Schaltermechanik.
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Das Segment hat im wesentlichen Dreiecksform, wobei der Drehpunkt des Segments etwa in der einen Ecke des Dreiecks liegt und die anderen Ecken des Dreiecks die bezeichneten Anschlagecken darstellen. Eine Kante des Segments dient als Anschlag an einen Vorsprung im Trägergehäuse.
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Die Anschlagnase der Schaltkulisse kommt kurz vor Ende der Bewegung der Schaltkulisse in Bewegungsbahnrichtung AUS mit dem Segment (der ersten Segmentecke) in Kontakt und dreht es um einen kleinen Winkel aus der Ruhelage in die Sperrlage. Die geometrischen Verhältnisse können so bemessen sein, dass der mögliche Winkelweg des Segments einige Winkelgrade (2 bis 6) beträgt.
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In der vorgeschlagenen Anordnung eines elektrischen Schalters haben die Teile der Sperr-Aktionskette ein vorgegebenes Lage- und Bewegungsverhältnis. Bei Schaltbewegungen der Schaltkulisse – ohne haftende Kontakte – von der Schalterstellung EIN nach der Schalterstellung AUS und auch von der Schalterstellung AUS nach der Schalterstellung EIN ist die Geometrie und Kinematik der Sperrbauteile (Anschlagnase liegt an Schaltkulisse an – oder nicht; Segment liegt an Schaltwellennocken an – oder nicht) derart, dass bei jeder dieser Schaltbewegungen keine gegenseitige Behinderung in der Bewegung von Segment und Schaltwelle stattfindet, wie es in der Sperr-Aktionskette vorgesehen und beabsichtigt ist.
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Bei dem Schaltvorgang von EIN nach AUS (Kontakte haften nicht) bewegt sich durch den Kipp-Sprung die Schaltwelle (der Schaltwellennocken) aus dem Schwenkbereich des Segments heraus, bevor das Segment betätigt wird. Der Schwenkweg des Segments ist schon frei, wenn die Schaltkulisse (die Anschlagnase) in Kontakt mit dem Segment (der ersten Segmentecke) kommt.
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Beim Schaltvorgang von AUS nach EIN gibt die Schaltkulisse (die Anschlagnase) das Segment vor Erreichen des Kipp-Punkts frei und die Rückstellkraft des Federelements bewegt das Segment (die zweite Segmentecke) an den Gehäuseanschlag. Der Schwenkweg der Schaltwelle ist frei.
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Als besonderer Vorteil der Erfindung ist zu bemerken, dass der Bediener einen optischen Hinweis auf den nicht ordnungsgemäßen Betriebszustand des Schalters und die Sperre der Schaltkulisse erhält.
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Die Sperr-Aktionskette ist unabhängig davon vorhanden, ob der Schalter einpolig oder mehrpolig ausgebildet ist. In einem mehrpoligen Schalter ist die Schaltwelle einstückig ausgebildet. An einer solchen Schaltwelle reicht die Ausbildung eines einzigen Nockens, der dementsprechend mit nur einem Segment wirkverbindend funktioniert. Die erfindungsgemäße Anordnung kann unabhängig von der Polzahl des Schalters eingerichtet sein.
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Weiterhin kann als eine bevorzugte Form der Erfindung vorgesehen sein, dass die Anordnung der Sperr-Aktionskette auch bei einem doppelt unterbrechenden Kontaktsystem vorzunehmen, wo der mindestens eine Kontakt als Drehkontakt ausgebildet ist.
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Als besondere Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, die Sperrbauteile der Sperr-Aktionskette in einem als Trenner arbeitenden Schalter auszubilden.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden mit einem Ausführungsbeispiel anhand von Figuren erläutert. Sie zeigen im Einzelnen
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1 Stellung des Schalters ”normal AUS”, Kontakte geöffnet, Schaltschloss ausgelöst,
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2 Stellung des Schalters AUS, Schaltschloss gespannt,
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3 Stellung des Schalters ”normal EIN” und
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4 der Schalter in Stellung EIN, die Kontakte haften, Betätigungsgriff in Prüfbewegung.
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Die Figuren zeigen die wesentlichen Teile des Schaltapparats, insbesondere die Kipp-Punkt-Mechanik. Jede Einzelheit des elektrischen Schalters ist nicht dargestellt, so sind die Auslösemechanik, die Löschkammer, das Schaltergehäuse, die Schalterabdeckung etc. nicht eingezeichnet. Wichtiges Funktionselement ist ein Anschlag 124 im Trägergehäuse 122, welches mit dem noch zu beschreibenden Segment 50 (dort die Segmentkante 55) wechselwirkt. Mit Bezugszeichen 46 ist ein gehäusefester Anschlag für das Kniehebelblech 22 eingetragen.
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Das Kipp-Sprungwerk besteht im wesentlichen aus der Schaltkulisse 40 (41), dem Stützhebel 35, dem Kniehebelblech 22, dem Kniehebelteil 24 und der Schaltwelle 13. Die Schaltkulisse 40 ist im Drehpunkt 33 gehäusefest gelagert. Am unteren Ende der Schaltkulisse ist eine Achse 34' zum Einhängen des Kniehebelblechs 22 vorhanden. An dieser Achse 34' greift auch die Schlossfeder 34 an. Das obere Ende der Schlossfeder 34 ist in der Schaltkulisse im Punkt 34'' fixiert. Es können auch zwei Schlossfedern vorhanden sein, die vor und hinter der Schaltkulisse eingebaut sind.
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Das Kniehebelblech 22 ist über eine Achsverbindung 26 mit dem Stützhebel 35 gelenkig verbunden. Der Stützhebel ist rechts (Achse 23) gehäusefest gelagert und greift links an einer Klink-Kante 36 am Klinkhebel 38 an, welcher unmittelbar mit dem – nicht weiter dargestellten – Schaltschloss in Wirkverbindung steht. In einer konkreten Ausgestaltung können auch zwei parallel zueinander liegende Kniehebelbleche eingebaut sein. Mindestens ein Niet 45 liefert noch Stabilität in der Mechanik. Über das Kniehebelteil 24 steht das Kniehebelblech 22 (in Achse 28, und in Achse 30) mit der um Achse 14 gehäusefest drehbaren Schaltwelle 13 in Funktionszusammenhang. In der Schaltwelle ist pro Pol des elektrischen Schalters ein Schaltstück 12 drehbar (um den Drehpunkt 15) gelagert.
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Das Schaltstück 12 trägt die Kontaktauflage 11, welche mit dem an einer Stromschiene 20 angeordneten Festkontakt 11' den Kontakt 10 bildet. Das Schaltstück ist gegenüber der Schaltwelle mit einer (nicht eingezeichneten) Druckfeder abgestützt und um den Durchhub drehbeweglich. In 3 ist der Schalter in Stellung EIN gezeichnet, wo der Anschlag 17 zwischen Schaltstück 12 und Schaltwelle 13 ebenso sichtbar ist. Die Durchhub-Drehbewegung hat einen Winkelweg DW. Bei verschweißten Kontakten kann die Schaltwelle um den kleinen Winkel DW angehoben werden. Die Lageunterschiede zwischen diesen beiden Positionen entsprechen den Unterschieden in den Darstellungen der Schaltwelle 13 zwischen 3 und 4.
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Im übrigen sind alle gehäusefesten Drehpunkte (14, 23, 33, 39, 52) des Schaltapparats in den Figuren mit einem kräftigen schwarzen Punkt gekennzeichnet.
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1 zeigt den Schaltapparat in der normalen AUS-Stellung. Das Schaltschloss hat ausgelöst, der Kontakt 10 ist geöffnet.
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Die Kipp-Punkt-Situation der Schaltermechanik ist gegeben, wenn die Punkte (Achsen) 34'-26-34'' in einer Linie KPLE (in 2) liegen. In 1 hat die Schaltkulisse die Kipp-Punkt-Linie-EIN KPLE nach links überschritten, die Schalthebel-Mechanik hat sowohl den Kontakt 10 als auch das Schaltschloss geöffnet. Mit der Bewegung des Betätigungsgriffs 41 in Richtung EIN (Pfeil E in 2) kommt es bei Überschreiten der Kipp-Punkt-Linie-EIN KPLE zum schlagartigen Kippen der Schaltermechanik, so dass die Kontakte 11, 11' mit kräftigem Impuls schließen.
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Im folgenden soll anhand der 2 bis 4 die Funktion der Sperrmittel beschrieben werden, die bei nicht korrekt geöffnetem Kontakt wirksam werden.
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Als wesentliches Sperrbauteil ist das Segment 50 vorhanden. Es ist um die gehäusefeste Drehachse 52 schwenkbar und wird von einer Feder 54 an den Anschlag 124 im Trägergehäuse 122 rückgestellt. Die Drehachse 52 des Segments 50 liegt parallel zur Drehachse der Schaltkulisse 40 und auch parallel zur Drehachse der Schaltwelle. Die funktionell zusammenwirkenden Teile Segment, Schaltkulisse 40 und Schaltwelle liegen in einer Ebene.
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Die Feder 54 kann eine beliebige, auf Druck auch auf Zug wirkende Feder sein. Als Drehachse 52 wird in der vorliegenden Anordnung eine Achse der Schaltschloss-Mechanik in der Schlossplatte eingesetzt, die im vorliegenden Fall die Achse des Klinkhebels 38 ist. Der Klinkhebel kann mit der Klink-Kante 36 am Stützhebel 35 verrasten. Die Klinke 37 gehört zur (nicht detailliert dargestellten) Auslösemechanik. Im Falle der Auslösung des Schaltschlosses setzt die Klinke 37 durch Linksdrehung die Bewegung des Klinkhebels 38 frei, so dass sich die Verrastung an der Klink-Kante 36 löst und der AUS-Schaltvorgang ablaufen kann.
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Das Segment 50 wirkt einerseits mit ihrer ersten Segmentecke 56 mit der Anschlagnase 42 an der Schaltkulisse 40 und dem schaltstück-abgewandt angeordneten Nocken 16 an der Schaltwelle 13 zusammen. Der Drehpunkt 15 des Schaltstücks liegt in der Schaltwelle 13. Schaltstück und Nocken haben dieselbe Drehrichtungsbewegung. Beispielsweise erfolgt die Bewegung rechtsdrehend beim Schließen und linksdrehend beim Öffnen der Kontakte. Bei Bewegung der Schaltwelle (mit Schaltstück) in Schließ-Richtung der Kontakte wird der Nocken 16 hin zur zweiten Segmentecke 58 und bei Bewegung des Schaltstücks beim Öffnen der Kontakte weg von der zweiten Segmentecke 58 bewegt (Pfeil F in 3). Bei geöffnetem Kontakt 10 steht der Schaltwellennocken mit Abstand zur zweiten Segmentecke 58. Es kommt zu keiner Berührung.
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Bei einer EIN-Schaltbewegung des Bestätigungsgriffs 41 (aus seiner AUS-Stellung heraus) wird das Segment 50 von der Anschlagnase 42 der Schaltkulisse angestoßen und an dem Nocken 16 vorbei geschwenkt. Es ist kein Haltepunkt in der Bewegung vorhanden.
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Aus der Stellung AUSGELÖST heraus kann der Schalter nicht eingeschaltet werden. Dazu muss das Schaltschloss zuerst gespannt werden. Die Handlung zum Spannen des Schaltschlosses kommt in 2 zur Darstellung. Die Kontakte sind in Offen-Stellung. Der Nocken 16 der Schaltwelle steht in seiner tiefsten Stellung mit Abstand zur zweiten Segmentecke 58. Mit der Bewegung der Schaltkulisse nach links wird das Schaltschloss gespannt, wobei das Segment zwar betätigt wird (siehe Pfeil S), jedoch ungehindert die volle Bewegung vollführen kann.
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2 zeigt die Lage der Schaltkulisse am Ende des Spann-Vorgangs. Die geometrischen Gegebenheiten der Anordnung sind so konstruiert, dass der Betätigungsgriff ca. 20° bis 25° aus der Senkrechten nach links (in Ansicht der Figur) schwenkbar ist.
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In dieser Stellung liegt der Angriffspunkt 34'' der Schlossfeder auf der linken Seite des Kipp-Punktes EIN. Aus dieser Stellung heraus kann der Schalter eingeschaltet werden, wobei der Bestätigungsgriff (Handhabe 41) nach rechts bewegt wird. Die Anschlagnase 42 an der Schaltkulisse 40 gibt das Segment 50 frei, welches von der Feder 54 an den Anschlag 124 heran bewegt wird. Die Schaltwelle kann ohne Berührung mit dem Segment in Stellung EIN schwenken.
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3 zeigt die Stellung EIN des Schalters. Der Kontakt ist geschlossen, die Segmentkante 55 liegt am Anschlag 124 an. Zum AUS-Schalten muss die Schaltkulisse nach links bewegt werden. Die Stellung von Schaltwelle und Segment bleibt solange erhalten, bis der Schalter die Kipp-Punkt-Linie KPLA überschreitet. Nach Überschreiten des Kipp-Punktes AUS springen das Schaltschloss und die Handhabe ungehindert in die AUS-Stellung. Bei diesem Schwenk bewegt sich der Schaltwellennocken 16 von der zweiten Segmentecke 58 weg (siehe Pfeil F). Der Schwenk der Schaltwelle 16 findet ungehindert statt.
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In 4 ist die Situation dargestellt, in der die Kontakte 11, 11' haften und das Schaltschloss ausgelöst hat und der Schalter manuell AUS geschaltet werden soll. Die Schaltkulisse ist wird hierfür nach links bewegt. Eine ähnliche Situation liegt vor, wenn bei dem Schalter keine Auslösung stattgefunden hat und der Schalter manuell AUS geschaltet werden soll.
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Durch die Bewegung der Schaltkulisse nach links könnte die Schaltkulisse in die AUS-Stellung bewegt werden, wenn nicht der Sperrmechanismus zur Wirkung kommt.
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Es liegt eine unkorrekte Schalterstellung AUS vor, die durch die undefinierte Zwischenstellung des Betätigungsgriffs angezeigt wird. In dieser Situation wird vom Bediener ein Prüfvorgang ausgeführt, zu dem von einer Vorschrift vorgeschlagen wird, für 10 Sekunden den Betätigungsgriff 41 mit einem von der Gerätegröße abhängigen Kraftaufwand von beispielsweise 150 N in die AUS-Stellung zu drücken. Bei einem solchen Vorgang lässt sich bei der vorliegenden Anordnung der Betätigungsgriff um etwa 10° bis 15° gegen ein von der Schlossfeder aufgebrachtes Drehmoment nach links bewegen. Die Größe des rechtsdrehenden Drehmoments ist gleich der Federkraft der Schlossfeder multipliziert mit dem Abstand der Punkte 33–28 (Hebelarm des Drehmoments). Die Prüfbewegung lässt sich fortsetzen, bis die Anschlagnase 42 der Schaltkulisse 40 auf die erste Segmentecke 56 des Segments trifft. Dort wird das Segment linksdrehend (in Ansicht der Figur) beaufschlagt. Es kommt dabei zu einem kraftschlüssigen Kontakt der zweiten Segmentecke 58 mit dem Schaltwellennocken 16. Die Schaltwelle wird über den Durchhubwinkel DW (siehe 3) gegen das festsitzende Schaltstück gedreht, bis das Drehmoment auf den Bewegtkontakt 11 übermittelt wird. Der Anschlag des Schaltstücks nach Durchhub ist mit Bezugszeichen 17 eingetragen. Der anhaltende Kraftaufwand auf den Betätigungsgriff wird 1:1 an die Schaltwelle 13 übermittelt. Wegen des haftenden Bewegtkontakts wird ein Haltepunkt erreicht und für den Bediener ist eine fühlbare Sperre vorhanden.
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Sollten die Kontakte nur leicht haften, kann der Kraftaufwand ausreichen, die Haftung der Kontakte zu überwinden und den Bewegtkontakt 11 vom Festkontakt 11' zu lösen. Bei stark haftenden (verschweißten) Kontakten reicht das Drehmoment hierfür nicht aus. Bei Nachlassen oder Beendigung des Kraftaufwandes bewegt sich die Schaltkulisse (durch die Rückstellkraft der Schlossfeder) zurück. Die danach eingenommene Stellung der Schaltkulisse ist wieder die Stellung EIN. Somit dieselbe Stellung, wie sie auch bei korrekter Stellung EIN des Schalters eingenommen wird.
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Die eindeutige Stellung des Betätigungsgriffs (bei haftenden Kontakten) nach dem Prüfvorgang ist die Stellung EIN der Schaltkulisse und eine stabile Lage, unabhängig von Toleranzen der Bauteile der Schaltermechanik. Der Prüfvorgang vermittelt dem Bediener die eindeutige Anzeige, dass der Schalter nicht korrekt ausgeschaltet ist.
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Bezugszeichenliste
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- 122
- Trägergehäuse für Schaltermechanik
- 124
- Anschlag im Trägergehäuse
- 10
- Kontakt
- 11 11'
- Bewegtkontakt, Festkontakt
- 12
- Schaltstück
- 13
- Schaltwelle
- 14
- Drehpunkt Schaltwelle (gehäusefest)
- 15
- Drehpunkt Schaltstück an Schaltwelle
- 16
- Nocken an Schaltwelle
- 17
- Anschlag in Schaltwelle
- 20
- Stromschiene
- 22
- Kniehebelblech
- 23
- Drehpunkt Kniehebelblech
- 24
- Kniehebelteil (Lasche)
- 26
- Drehachse Kniehebelblech an Stützhebel
- 28
- Drehachse Kniehebelblech an Kniehebelteil
- 30
- Drehachse Kniehebelteil an Schaltwelle
- 33
- Drehachse Schaltkulisse-Kipphebelhalter (gehäusefest)
- 34
- Schlossfeder
- 34'' 34'
- Federaufhängung oben, unten
- 35
- Stützhebel
- 36
- Klink-Kante
- 37
- Klinke
- 38
- Klinkhebel
- 39
- Achse (gehäusefest) für Klinke
- 40
- Schaltkulisse
- 41
- Betätigungsgriff
- 42
- Anschlagnase an Schaltkulisse
- 45
- Niet
- 46
- gehäusefester Anschlag
- 50
- Segment
- 52
- Drehachse Segment
- 54
- Rückstellfeder
- 55
- Segmentkante für Anschlag 124
- 56
- erste Segmentecke
- 58
- zweite Segmentecke
- KPLE
- Kipp-Punkt-Linie EIN
- KPLA
- Kipp-Punkt-Linie AUS
- DW
- Durchhubwinkel
- E
- Schaltbewegung EIN
- P
- Prüfvorgang
