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Die
Erfindung betrifft ein Leistungsschalterauslösesystem mit einem Festkontakt
und einem beweglichen Kontakt, der derart in einem Joch eines Slotmotors
angeordnet ist, dass dessen magnetisches Feld bei Beaufschlagung
mit Strom über
einen bestimmten Grenzwert eine kontaktabhebende Kraft auf den beweglichen
Kontakt bewirkt.
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Es
bestehen hohe Anforderungen an Schaltschlösser von Leistungsschaltern
im Kurzschlussfall, insbesondere hinsichtlich der Selektivität und der
Genauigkeit des Auslösezeitpunktes
und der Abstimmung der Auslösezeitketten.
Es ist zum Beispiel erforderlich, dass bei in Reihe angeordneten
Leistungsschaltern bei bestimmten überhöhten Strömen nur ganz bestimmte Leistungsschalter
ausgelöst werden.
Außerdem
besteht an das Schaltschloss eines Leistungsschalters die Anforderung,
bei Auftreten eines Kurzschlussstromes diesen sehr schnell zu erkennen
und unverzögert
eine Auslösung
zu realisieren.
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Um
diese Anforderung zu erfüllen,
werden in herkömmlichen
mechanischen Schaltgeräten
in der Regel magnetische oder magnetisch-hydraulische Auslösersysteme
zur Kurzschlusserkennung und Auslösung eingesetzt. Diese sind üblicherweise
im Strompfad vor dem Kontaktsystem angeordnet. Alternativ dazu werden
auch elektronische Varianten realisiert, die den Strom über Stromwandler
messen und dann bei Überhöhung des
Stroms ein Signal zur magnetischen Auslösung des Schaltschlosses generieren.
Es hat sich allerdings dabei gezeigt, dass es notwendig ist, um
höhere
Selektivitätsgrenzen
zu erreichen, noch ein weiteres schnelleres unverzögertes Auslösesystem
im Leistungsschalter zu integrieren und in die Zeitkette einzupassen.
Dazu werden mit den bekannten beschriebenen Auslösern Druckauslöser kombiniert,
die auf der Basis von Druckerhöhung
funktionieren, die durch die vom Lichtbogen erzeugten Schaltgase
erzeugt wird. Ein solcher Druckauslöser kann in herkömm licher
Weise auch mit einem mechanischen Kurzschlussauslöser kombiniert sein.
Des Weiteren werden elektronische oder mechanische Kurzschlussauslöser auch
mit einem zusätzlichen
magnetischen Auslöser,
der in Form eines Klappankers ausgeführt ist, realisiert, um eine
noch schnellere Auslösung
zu ermöglichen.
Insbesondere hinsichtlich der unverzögerten Auslösung ist der Einsatz eines
magnetischen Auslösers
vorteilhaft. Es hat sich allerdings herausgestellt, dass die genannten
Auslöser
beziehungsweise deren Kombinationen miteinander noch nicht den gewünschten
Selektivitätsanforderungen
entsprechen und noch immer eine gewisse Verzögerung bei der Auslösung aufweisen.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Auslösesystem
für einen
Leistungsschalter zur Verfügung
zu stellen, welches bei schneller Erkennung der Überschreitung eines genau definierten
Stromstärkewertes
im Leistungsschalter die unverzügliche
Auslösung
garantiert.
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Diese
Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
Anspruch 12 ist auf ein Leistungsschaltersystem gerichtet, welches
mindestens ein in den vorhergehenden Ansprüchen beanspruchtes Leistungsschalterauslösesystem
umfasst.
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Es
wird ein Leistungsschalterauslösesystem zur
Verfügung
gestellt, welches einen Festkontakt und einen beweglichen Kontakt
umfasst, der derart in einem Joch eines Slotmotors angeordnet ist,
dass dessen magnetisches Feld bei Beaufschlagung mit Strom über einen
bestimmten Grenzwert eine kontaktabhebende Kraft auf den beweglichen
Kontakt bewirkt, wobei das Leistungsschalterauslösesystem des Weiteren ein Klappankersystem
aufweist, welches dem magnetischen Feld des Jochs bei Beaufschlagung
mit Strom über
einen bestimmten Grenzwert derart ausgesetzt ist, dass der Klappanker
beschleunigt wird, wobei die Beschleunigung des Klappankers eine
kontaktabhebende Kraft auf den beweglichen Kontakt auslöst. Der
Vorteil dieser Erfindung besteht dabei darin, dass auf dem beweglichen Kontakt
im Falle eines Kurzschlussstromes zwei Kräfte abhebend wirken, nämlich die
direkt durch den Slotmotor bewirkte magnetische Kraft und die durch den
Klappanker auf den beweglichen Kontakt bewirkte Kraft. Somit kann
ohne Zeitverzug direkt auf einen Kurzschlussfall reagiert werden.
Es ist dabei also möglich,
bei kürzeren
Reaktionszeiten außerdem eine
feinere Abstufung der Auslösung
zu realisieren. Dabei ist ein nur geringes Bauvolumen des Auslösesystems
beziehungsweise des Leistungsschalters erforderlich, weil das Joch
des Slotmotors zwei Zwecken gleichzeitig dient, nämlich der
Betätigung
des beweglichen Kontakts und der Betätigung des Klappankers. Somit
wird der beengte Bauraum im Leistungsschalter optimal ausgenutzt.
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In
vorteilhafter Weise ist das Leistungsschalterauslösesystem
derart ausgestaltet, dass der Klappanker bei dessen Beschleunigung
mechanisch auf einen Verklinkungsmechanismus wirkt, der bei Betätigung die
Freigabe einer gespeicherten Antriebsenergie auf den beweglichen
Kontakt bewirkt.
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Somit
wird ein wird ein Leistungsschalterauslösesystem zur Verfügung gestellt,
welches einen Festkontakt und einen beweglichen Kontakt umfasst, der
derart in einem Joch eines Slotmotors angeordnet ist, dass dessen
magnetisches Feld bei Beaufschlagung mit Strom über einen bestimmten Grenzwert
eine kontaktabhebende Kraft auf den beweglichen Kontakt bewirkt,
wobei das Leistungsschalterauslösesystem
des Weiteren ein Klappankersystem aufweist, welches dem magnetischen
Feld des Jochs bei Beaufschlagung mit Strom über einen bestimmten Grenzwert
derart ausgesetzt ist, dass der Klappanker beschleunigt wird, wobei
die Beschleunigung des Klappankers eine kontaktabhebende Kraft auf
den beweglichen Kontakt auslöst,
wobei das Leistungsschalterauslösesystem
derart ausgestaltet ist, dass der Klappanker bei dessen Beschleunigung mechanisch
auf einen Verklinkungsmechanismus wirkt, der bei Betätigung die
Freigabe einer gespeicherten Antriebsenergie auf den beweglichen
Kontakt bewirkt.
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Ein
solcher Verklinkungsmechanismus, wie zum Beispiel ein Schaltschloss,
wird durch die Bewegung des Klappankers ausgelöst, wobei die gespeicherte
Energie in Form einer Kraft oder eines Momentes auf dem beweglichen
Kontakt schlagartig freigesetzt wird. Durch diesen Impuls wird der
bewegliche Kontakt innerhalb kürzester
Zeit vom Festkontakt abgehoben. Bei weiterhin wirkender Kraft bleibt
der bewegliche Kontakt dauerhaft geöffnet. Somit ist es möglich, trotz
eines geringen vom Klappanker selbst zurückgelegten Weges eine weite
Abhebung des beweglichen Kontaktes vom Festkontakt zu erreichen.
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In
einfacher Bauweise und für
eine platzsparende Anordnung ist vorgesehen, dass der bewegliche
Kontakt ein drehbar gelagerter Kontaktarm ist.
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Vorteilhafterweise
ist vorgesehen, dass die Antriebsenergie für den beweglichen Kontakt in
einer vorgespannten Feder gespeichert ist. Das heißt, dass
nach Auslösung
des Verklinkungsmechanismus durch die Bewegung des Klappankers die
Bewegung des Verklinkungsmechanismus beziehungsweise des Schaltschlosses
auf eine Einrichtung übertragen wird,
mit der die Entsperrung einer vorgespannten Feder vorgenommen wird.
Die entsperrte Feder wirkt schlagartig auf den beweglichen Kontakt
und hebt diesen vom Festkontakt ab.
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Außerdem ist
in einer günstigen
Ausgestaltung vorgesehen, dass auf den Verklinkungsmechanismus eine
Federkraft entgegen der durch den Klappanker bewirkten Bewegungsrichtung
zur Betätigung
des beweglichen Kontaktes wirkt. Damit wird eine unbeabsichtigte
Betätigung
des Verklinkungsmechanismus zum Beispiel aufgrund von Erschütterungen
vermieden. Das heißt,
dass erst ein bestimmter Grenzwert der vom Klappanker auf den Verklinkungsmechanismus
wirkenden Kraft erreicht werden muss, bevor der Verklinkungsmechanismus
die Auslösung
bewirkt. Bei entsprechend geringer Federrate reicht somit eine nur
geringe vom Klappanker auf den Verriegelungsmechanismus bewirkte
Kraft aus, um diesen Verriegelungsmechanismus zu betätigen und dabei
eine größere Menge
von Energie zum Antrieb des beweglichen Kontaktes freizugeben.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass auf den Klappanker
mindestens eine Federkraft entgegen der Bewegungsrichtung zur Öffnung des
beweglichen Kontaktes wirkt. Diese Federkraft dient ebenfalls dem
Zweck der Vermeidung der unbeabsichtigten Auslösung des Leistungsschalters zum
Beispiel bei Erschütterungen
oder anderen geringfügigen
Impulsen.
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Zur
besseren Anpassung an die Selektivitätsanforderungen ist des Weiteren
vorgesehen, dass die auf den Klappanker wirkende Kraft oder die Federkraft
im Verklinkungsmechanismus oder die die Antriebsenergie für den beweglichen
Kontakt zur Verfügung
stellende Federkraft oder auch alle diese Federkräfte einstellbar
sind. Des Weiteren kann das Leistungsschalterauslösesystem
derart ausgestaltet sein, dass die Position der Lagerung des Kontakthebels
oder der Lagerung des Klappankers oder der Federn einstellbar ist.
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Ein
vorteilhaftes Leistungsschalterauslösesystem ist derart ausgestaltet,
dass es mit weiteren Auslösesystemen
parallel koppelbar ist. Mit einer solchen, mehrere Leistungsschalterauslösesysteme umfassenden
Einheit können
Kaskaden von Auslösesignalen
bewirkt werden. So können
sie Systeme zum Beispiel in Reihe miteinander gekoppelt sein, so dass
die Bewegung eines Klappankers eines Leistungsschalterauslösesystems
genutzt wird, um über weitere
Auslösesysteme
die Kontakthebel weiterer Schalterauslösesysteme auszulösen.
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Somit
wird ein wird ein Leistungsschalterauslösesystem zur Verfügung gestellt,
welches einen Festkontakt und einen beweglichen Kontakt umfasst, der
derart in einem Joch eines Slotmotors angeordnet ist, dass dessen
magnetisches Feld bei Beaufschlagung mit Strom über einen bestimmten Grenzwert
eine kontaktabhebende Kraft auf den beweglichen Kontakt bewirkt,
wobei das Leistungsschalterauslösesystem
des Weiteren ein Klappankersystem aufweist, welches dem magnetischen
Feld des Jochs bei Beaufschlagung mit Strom über einen bestimmten Grenzwert
derart ausgesetzt ist, dass der Klappanker beschleunigt wird, wobei
die Beschleunigung des Klappankers eine kontaktabhebende Kraft auf
den beweglichen Kontakt auslöst,
wobei das Leistungsschalterauslösesystem
derart ausgestaltet ist, dass der Klappanker bei dessen Beschleunigung mechanisch
auf einen Verklinkungsmechanismus wirkt, der bei Betätigung die
Freigabe einer gespeicherten Antriebsenergie auf den beweglichen
Kontakt bewirkt, und dass es mit weiteren Auslösesystemen parallel koppelbar
ist.
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Zu
diesem Zweck sind die Wellen von nebeneinander drehbar angeordneten
Klappankern miteinander gekoppelt. Bei einer starren Kopplung der
Klappanker miteinander werden somit bei Auslösung in einem Leistungsschaler
die Klappanker der anderen Leistungsschalter ebenfalls betätigt, wodurch
bei Anordnung des erfindungsgemäßen Verklinkungsmechanismus
auch in diesen Leistungsschaltern der bewegliche Kontakt vom Festkontakt abgehoben
wird.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist des Weiteren vorgesehen, dass
das erfindungsgemäße Leistungsschalterauslösesystem
des Weiteren einen Anschlag aufweist, der den Weg des Klappankers
bei seiner die Öffnungsbewegung
des beweglichen Kontaktes bewirkenden Bewegung begrenzt. Somit ist ein
definierter Endpunkt der Klappankerbewegung einstellbar.
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Außerdem kann
vorgesehen sein, dass das erfindungsgemäße Leistungsschalterauslösesystem des
Weiteren eine Schottwand umfasst, durch welche das Joch des Slotmotors
hindurchgeführt
ist. Dabei ist günstigerweise
vorgesehen, dass die Schottwand derart dicht am Joch angeordnet
ist, dass sie das Joch abdichtet, womit ein Gasaustritt vermieden wird
und ein Schaltgasdruck im Inneren des Schaltraumes aufgebaut wird.
Die Schottwand ist damit als minimaler magnetischer Spalt ausgeführt. Die Schottwand
kann zumindest im Abdichtungsbereich als Folie ausgeführt sein.
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In
einer alternativen konstruktiven Ausführungsform des erfindungsgemäßen Leistungsschalterauslösesystems
wird die Beschleunigungsbewegung des Klappankers über ein
Getriebe auf den beweglichen Kontakt übertragen. Ein solches Getriebe zur
Bewegungsübertragung
kann zum Beispiel ein Gestänge
oder Seilzüge
oder eine Hydraulik oder ähnliches
sein. Der Vorteil dieser Ausführung
besteht darin, dass die Bewegung des Klappankers unmittelbar in
die Bewegung des beweglichen Kontaktes umgesetzt wird. Damit kann
ohne Zeitverzug auf einen Kurzschlussstrom reagiert werden. Das
heißt,
dass in dieser Ausführungsform
kein Verklinkungsmechanismus und keine Speicherung von Energie zur
Bewegung des beweglichen Kontaktes vorhanden ist.
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Es
wird des Weiteren ein Leistungsschaltersystem zur Verfügung gestellt,
bei dem eine Mehrzahl von Leistungsschalterauslösesystemen nach einem der Ansprüche 1 bis
11 im Bereich der Klappanker miteinander mechanisch gekoppelt sind.
Dabei müssen
die Auslösesysteme
nicht dieselben sein, sondern es kann vorgesehen sein, dass sie
innerhalb der erfindungsgemäßen Auslösesysteme
unterschiedliche Ausgestaltungen aufweisen. So kann zum Beispiel
insbesondere vorgesehen sein, dass sie unterschiedlichen Federkräften aufgrund
unterschiedlicher Einstellung der auf die einzelnen Auslösesystemglieder
wirkenden Federn ausgesetzt sind. Vorteilhafterweise sind dabei
die Wellenzapfen der Klappanker der einzelnen Auslösesysteme
miteinander starr mechanisch gekoppelt, so dass sich bei Bewegung
eines Klappankers diese Bewegung ebenfalls auf die gekoppelten anderen
Klappanker überträgt, wodurch
eine Auslösung
in allen miteinander gekoppelten Auslösesystemen erfolgt.
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Die
Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
Es zeigen dabei
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1 das
erfindungsgemäße Leistungsschalterauslösesystem
in Ansicht von der Seite im geschlossenen Zustand,
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2 das
Leistungsschalterauslösesystem aus 1 in
Ansicht von vorn,
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3 das
erfindungsgemäße Leistungsschalterauslösesystem
in Ansicht von der Seite im geöffneten
Zustand,
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4 das
Leistungsschalterauslösesystem aus 3 in
Ansicht von vorn,
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5 drei
erfindungsgemäße Leistungsschalterauslösesysteme
in miteinander gekoppeltem Zustand in der Ansicht von vorn,
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6 eine
weitere Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Leistungsschalterauslösesystems
in Ansicht von der Seite im geschlossenen Zustand,
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7 das
Leistungsschalterauslösesystem aus 6 in
Ansicht von vorn,
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8 ein
Slotmotor ohne Traverse und
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9 ein
Leistungsschalterauslösesystem mit
translatorisch bewegbaren Kontakten.
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Das
erfindungsgemäße Leistungsschalterauslösesystem
umfasst einen Festkontakt 10, der mit einer festen Stromschiene 11 verbunden
ist. Im geschlossenen Schalterzustand liegt am Festkontakt 10 der
bewegliche Kontakt 20 an. Der bewegliche Kontakt 20 ist
dabei, wie in den 1 und 3 ersichtlich,
vorteilhafterweise in Form eines drehbar gelagerten Kontaktarmes
ausgestaltet. Der bewegliche Kontakt 20 kann sich innerhalb
eines Jochs 31 eines Slotmotors 30, wie deutlich
in 2 und 4 dargestellt, bewegen. Das
Joch 31 des Slotmotors 30 ist dabei in üblicher
Weise im Wesentlichen u-förmig im
Querschnitt ausgestaltet. Nach oben hin ist das Joch 31 des
Slotmotors 30 durch eine Schottwand 70 abgedichtet.
Der Klappanker 40 ist in einer Drehlagerung 41 drehbar
ange ordnet. Diese Drehlagerung kann sich direkt auf der Schottwand 70 oder
an einem anderen Bauteil des Leistungsschalters, wie z. B. am Schaltschloss,
angeordnet sein. Im Normalzustand, das heißt, wenn kein Kurzschluss auftritt,
ist das der Drehlagerung gegenüberliegende
Ende des Klappankers in einem Verklinkungsmechanismus 50 abgestützt. Die
maximale Öffnungsposition
des Klappankers 40 wird durch einen Anschlag 60 begrenzt.
Am Klappanker 40 ist des Weiteren eine Zugfeder 42 angeordnet,
die an der Aufhängung 43 aufgehangen
ist. Am Verklinkungsmechanismus 50 ist des Weiteren eine
Druckfeder 51 angeordnet. Um den Öffnungsbereich des beweglichen
Kontaktes herum sind Lichtbogen-Löschbleche 80 angeordnet. Der
Verklingungsmechanismus 50 steht mit einer Entsperreinrichtung 23 mechanisch
in Verbindung, wie durch die gestrichelte Linie zwischen der Entsperreinrichtung 23 und
dem Verklingungsmechanismus 50 dargestellt. Im Normalbetrieb
des Leistungsschalters sperrt die Entsperreinrichtung 23 eine
vorgespannte Feder 21, deren Kraftwirkung in Richtung des
beweglichen Kontaktes 20 ausgerichtet ist.
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Bei
Auftreten eines Kurzschlussstromes wird, wie in 3 mit
dem Blitz angedeutet, ein Lichtbogen erzeugt, dessen Stromfluss
im Slotmotor ein derartiges magnetisches Feld erzeugt, welches nicht nur
den beweglichen Kontakt beschleunigt, sondern auch das Eisenmaterial
des Klappankers 40 so beeinflusst, dass dieser vom Joch 31 des
Slotmotors 30 angezogen wird. Durch die Anziehung des Klappankers 40 in
Richtung des Jochs 31 wird der Verklinkungsmechanismus 50 entgegen
der Kraft der Druckfeder 51 derart bewegt, dass diese über die
mit der gestrichelten Linie angedeuteten mechanischen Kopplung mit
der Entsperreinrichtung 23 diese zur Entsperrung der vorgespannten
Feder 21 veranlasst. Die vorgespannte Feder 21 wirkt
dabei schlagartig auf den beweglichen Kontakt 20, so dass
diese sich noch weiter vom Festkontakt 10 abhebt.
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Es
ist ersichtlich, dass das Joch 31 des Slotmotors 30 somit
zwei Funktionen ausfüllt,
nämlich
die Abhebung des bewegli chen Kontaktes 20 aufgrund einer
auf diesen beweglichen Kontakt 20 wirkenden magnetischen
Kraft als auch die Freigabe einer Federkraft auf den beweglichen
Kontakt 20 aufgrund der Entriegelung einer Entsperreinrichtung 23 mittels des
Verklinkungsmechanismus, auf den der vom Joch 31 aufgrund
magnetischer Kräfte
angezogene Klappanker 40 wirkt.
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Eine
Einstellung der Auslösezeitpunkte
beziehungsweise der Auslösegenauigkeit
lässt sich
in einfacher Weise durch die Positionsänderung der jeweiligen Aufhängungsorte
bzw. Abstützungen
der auf die Auslösesystemglieder
wirkenden Federn einrichten.
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In 5 sind
drei erfindungsgemäße Auslösesysteme
nebeneinander angeordnet, wobei die Klappankerwellen 44 der
Klappanker 40 miteinander mechanisch verbunden sind. Es
ist ersichtlich, dass in dieser Ausführungsform zum Beispiel nur
eines der einzelnen Auslösesysteme
mit einer Zugfeder 42 verbunden sein muss, da die Wirkung
der Zugfeder 42 sich über
die starre mechanische Kopplung der Klappanker 40 ebenfalls
auf die verbundenen Auslösesysteme
erstreckt. Diese Ausführungsform
bietet sich insbesondere bei mehrpoligen Schaltern an, wobei die
miteinander gekoppelten Klappanker eine so genannte Klappankerbrücke oder
Klinkhebelbrücke ausbilden.
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Wie
in den 6 und 7 dargestellt, ist es auch möglich, das
Leistungsschalterauslösesystem
so einzurichten, dass sich der Slotmotor 30 über dem
Klappankersystem befindet. In dieser Ausführungsform wirkt der Slotmotor 30 als
magnetische Bremse, z. B. zum Zweck der Zuhaltung der Kontakte.
Das heißt,
dass vom Slotmotor 30 bei einem Überstrom eine magnetische Kraft
auf den beweglichen Kontakt derart ausgeübt wird, dass das Kontaktstück auf den
Festkontakt gedrückt
wird. Die magnetische Kraft des Slotmotors 30 wirkt somit
der durch das Klappankersystem bewirkten Kraft entgegen, womit eine
Feineinstellung des Auslösepunktes
ermöglicht wird.
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In
einer weiteren (nicht dargestellten) Ausführungsform ist realisiert,
dass ein drehbarer beweglicher Kontakt 20 nicht wie in
den 1 und 6 dargestellt als einfacher
Hebel, sondern als Wippe mit an beiden Enden angeordneten Kontaktstücken besteht.
Das heißt,
dass mittels diesen als Wippe ausgeführten beweglichen Kontaktes
gleichzeitig zwei Kontaktpaare öffnen
beziehungsweise schließen
lassen können.
Dabei müssen
nicht unbedingt auch zwei Entsperreinrichtungen und zwei Slotmotore
aus den beweglichen Kontakt wirken, sondern es reicht zum Öffnen und
Schließen
von beiden Kontaktpaaren auch die Betätigung nur eines Slotmotors
und einer Entsperreinrichtung aus.
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Durch
die Anordnung und der gleichzeitigen Bewegung von mehreren Kontaktstücken lässt sich somit
eine Kaskade von Auslösesignalen
erzeugen.
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8 zeit
eine besondere Ausführungsform des
Jochs, bei der das Joch keine die beiden Flanken verbindende Traverse
aufweist. Diese Ausführungsform
bietet sich insbesondere bei der Beaufschlagung des Leistungsschalterauslösesystems
mit hohen Strömen
an.
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In 9 ist
eine weitere besondere Ausführungsform
des Leistungsschalterauslösesystems dargestellt,
die zwei Festkontakte 10 aufweist, die von 2 Kontaktstücken an
einem beweglichen Kontakt 20 geschlossen sind. Der bewegliche
Kontakt 20 ist dabei im Wesentlichen translatorisch bewegbar.
Zu diesem Zweck können
noch Führungen
(nicht dargestellt) zur Führung
der translatorischen Bewegung des Kontaktes angeordnet sein. Wie
dargestellt, wirkt auch in dieser Ausführungsform nur die Kraft eines Jochs 31 auf
den beweglichen Kontakt 20, außerdem ist auch hier die Anordnung
nur eines Klappankersystems und einer Entsperreinrichtung möglich.
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Bei
Bewegung des beweglichen Kontakts 20 werden wie auch in
der Ausführungsform
als Wippe beide Kontaktpaare voneinander getrennt.