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Die Erfindung betrifft eine Betätigungseinrichtung zur Betätigung der Handhabe eines elektrischen Leistungsschalters mit einer auf die Handhabe mechanisch wirkbaren Verstelleinrichtung und mindestens einer Verklinkungseinrichtung, mit der die Verstelleinrichtung fixierbar ist.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Leistungsschalter, der die erfindungsgemäße Betätigungseinrichtung umfasst. Außerdem ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zur Schaltung eines mit der erfindungsgemäßen Betätigungseinrichtung ausgestalteten Leistungsschalters.
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Bekannt sind bisher Leistungsschalter, die Fernantriebe aufweisen, welche mit gleichmäßiger Geschwindigkeit ein- und ausschalten können. Die Fernantriebe bestehen in diesen Ausführungsformen meist aus einem Motorantrieb mit Kurbeltrieb. Bedingt durch träges Anlaufverhalten, durch Übersetzungen im Getriebe und durch Getriebespiel entstehen relativ lange Schaltzeiten. In abgewandelten Ausführungsformen können in derartigen Antrieben auch sehr kurze Einschaltzeiten, zum Beispiel bei Verwendung eines Federspeichers, im Schaltprozess realisiert werden, jedoch weisen sie beim Ausschaltprozess, bedingt durch Verwendung von Motor und Getriebe, noch eine relativ lange Ausschaltzeit auf. Ebenfalls im Stand der Technik verwendete Fernantriebs-Lösungen mit Magnetantrieben oder Spindelantrieben weisen ähnlich lange Schaltzeiten auf.
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Aus der
DE 915 361 ist ein Antrieb für einen schnell auslösenden Schalter bekannt, bei dem eine Auslösung eines Schaltelementes dann stattfindet, wenn eine Verstelleinrichtung eine Verklinkungseinrichtung auslöst. Dazu ist es erforderlich, dass ein Drehantrieb betätigt wird, der eine lineare Vorschubbewegung der Verstelleinrichtung realisiert. In dieser Ausführungsform ist somit ebenfalls zum Ein- oder Ausschalten jeweils die Betätigung eines Drehantriebes erforderlich.
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Ein ähnliches Prinzip ist in der
DE 913 665 dargestellt.
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Die
US 3,811,022 stellt einen Verfahrmechanismus zum Öffnen und Schließen der Kontakte eines Schalters dar. Dieser Verfahrmechanismus umfasst eine Verstelleinrichtung, die auf ein Betätigungselement zur Schließung der Kontakte des Schalters wirkt. Dieses Betätigungselement ist beidseitig federkraftbeaufschlagt. Eine Auslösung der Bewegung des Betätigungselementes in eine der beiden möglichen geführten Bewegungsrichtungen findet dann statt, wenn ein an die Verstelleinrichtung gekoppeltes Entsperrelement in einer bestimmten Position der Verstelleinrichtung eine Verklinkung des Betätigungselementes aufhebt. Es ist somit in dieser Ausführungsform notwendig, zum Zweck der Auslösung des Betätigungselementes die Verstelleinrichtung selbst zu bewegen. Diese Bewegung und Umsetzung dieser Bewegung in eine Entsperrung des Betätigungselementes erfordert eine relativ lange Zeit im Schaltprozess beim Öffnen oder Schließen der Kontakte des Schalters.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Betätigungseinrichtung für einen Leistungsschalter zur Verfügung zu stellen, der bei einfacher und kostengünstiger Konstruktion kurze Ein- und Ausschaltzeiten des Leistungsschalters realisieren kann. Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein dementsprechend ausgestalteter Leistungsschalter und ein Verfahren zum Schalten des Leistungsschalters.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 beanspruchte Betätigungseinrichtung, durch den in Anspruch 8 beanspruchten, eine erfindungsgemäße Betätigungseinrichtung umfassenden Leistungsschalter und ein im Anspruch 11 beanspruchtes Verfahren zur Schaltung eines solchen Leistungsschalters mit den genannten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
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Es wird eine Betätigungseinrichtung zur Betätigung der Handhabe eines elektrischen Leistungsschalters mit einer auf die Handhabe mechanisch wirkbaren Verstelleinrichtung und mindestens einer Verklinkungseinrichtung, mit der die Verstelleinrichtung fixierbar ist, zur Verfügung gestellt. Die Verstelleinrichtung umfasst dabei zwei Druckstücke zur unmittelbaren mechanischen Einwirkung auf die Handhabe, die auf zwei zueinander parallel angeordneten Führungsbahnen in ihrem Abstand zueinander verschiebbar sind, wobei ein jedes der Druckstücke mit einer ständig wirkenden Kraft beaufschlagt ist, die entlang der Führungsbahn des jeweils beaufschlagten Druckstückes in Richtung des anderen Druckstückes gerichtet ist. In einfacher konstruktiver Ausgestaltung werden die dabei ständig auf die Druckstücke wirkenden Kräfte durch jeweils eine Feder, die an jeweils ein Druckstück gekoppelt ist, bewirkt. Die erfindungsgemäße Betätigungseinrichtung ist derart mit einem Leistungsschalter koppelbar, dass die Handhabe zwischen den Druckstücken angeordnet ist, so dass die Handhabe in einem der Schalterzustände EIN oder AUS ständig an einem der Druckstücke anliegt oder sich in dessen unmittelbarer Nähe befindet. Bei Auslösung eines der Druckstücke aus der jeweiligen Verklinkungseinrichtung kann dieses Druckstück federkraftbeaufschlagt gegen die Handhabe schlagen beziehungsweise drücken und diese in die entgegengesetzte Richtung, also in einen anderen Schalterzustand des Schalters verschieben. Der Leistungsschalter wird dabei entweder vom Schaltzustand EIN in den Schaltzustand AUS oder vom Schaltzustand AUS in den Schaltzustand EIN verfahren, je nachdem welches der beiden Druckstücke ausgelöst wurde. Die Druckstücke können sich auf zwei zueinander parallel angeordneten Führungsbahnen bewegen, wobei dieser Abstand zwischen den Führungsbahnen 0 betragen kann. In dieser Ausgestaltung bewegen sich beide Druckstücke auf derselben Führungsbahn, allerdings nach Auslösung in entgegengesetzten Richtungen. Mit der erfindungsgemäßen Betätigungseinrichtung lassen sich somit bei einfachem Aufbau der Einrichtung, bedingt durch die schlagartige Freigabe einer Betätigungskraft auf die Handhabe, sehr kurze Ein- und Ausschaltzeiten eines Leistungsschalters realisieren.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass jedem der Druckstücke an einem Ende seiner jeweiligen Führungsbahn in Positionen, in denen die Druckstücke zueinander maximal beabstandet sind, eine als Verklinkungseinrichtung ausgebildete Sperre zugeordnet ist, die derart ausgestaltet ist, dass mit ihr das Druckstück fixierbar und freigebbar ist.
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Es wird somit eine Betätigungseinrichtung zur Betätigung der Handhabe eines elektrischen Leistungsschalters mit einer auf die Handhabe mechanisch wirkbaren Verstelleinrichtung und mindestens einer Verklinkungseinrichtung, mit der die Verstelleinrichtung fixierbar ist, zur Verfügung gestellt. Die Verstelleinrichtung umfasst dabei zwei Druckstücke zur unmittelbaren mechanischen Einwirkung auf die Handhabe, die auf zwei zueinander parallel angeordneten Führungsbahnen in ihrem Abstand zueinander verschiebbar sind, wobei ein jedes der Druckstücke mit einer ständig wirkenden Kraft beaufschlagt ist, die entlang der Führungsbahn des jeweils beaufschlagten Druckstückes in Richtung des anderen Druckstückes gerichtet ist. Dabei ist jedem der Druckstücke an einem Ende seiner jeweiligen Führungsbahn in Positionen, in denen die Druckstücke zueinander maximal beabstandet sind, eine als Verklinkungseinrichtung ausgebildete Sperre zugeordnet, die derart ausgestaltet ist, dass mit ihr das Druckstück fixierbar und freigebbar ist.
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Bei Verwendung nur einer Führungsbahn für beide Druckstücke sind somit die Sperren an den jeweiligen Enden der Führungsbahn angeordnet. Die Fixierung der Druckstücke durch die Sperren kann mittels Kraft- und/oder Formschluss erfolgen. Die Verklinkung beziehungsweise Fixierung eines Druckstückes wird somit durch ein Zusammenwirken einer Sperre, die das Verfahren des Druckstückes in Richtung des anderen Druckstückes verhindert, und zum Beispiel durch eine Feder, die eine ständig in Richtung des anderen Druckstückes wirkende Kraft auf ein Druckstück aufbringt, realisiert. Dem Druckstück ist somit bei Verklinkung der einzige Freiheitsgrad entlang der Führungsrichtung genommen.
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Vorteilhafterweise weist die erfindungsgemäße Betätigungseinrichtung des Weiteren Entriegelungseinrichtungen auf, von denen jeweils eine einer Verklinkungseinrichtung zugeordnet ist, wobei die Entriegelungseinrichtungen derart ausgestaltet sind, dass mit ihnen die jeweiligen Verklinkungseinrichtungen zum Zweck der Fixierung und Freigabe der Druckstücke antreibbar sind. Das heißt, dass mittels der Entriegelungseinrichtungen die Energie zum Verfahren der die Druckstücke verklinkenden Sperren in diese eingeleitet wird. Dabei kann eine jede der Entriegelungseinrichtungen entweder einen spulenbetätigten Mechanismus und/oder einen handbetätigbaren Mechanismus zur Betätigung der Verklinkungseinrichtungen umfassen. Der spulenbetätigte Mechanismus ist dabei eine Spule, bei der ein Kern im Inneren durch Änderung des magnetischen Feldes verfahrbar ist und somit bei Kopplung an die Verklinkungseinrichtung diese bewegen kann.
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Vorteilhafterweise ist dabei vorgesehen, dass bei Verwendung eines spulenbetätigten Mechanismus als Entriegelungseinrichtung für die Verklinkungseinrichtung des Druckstückes, mit welchem nach Freigabe die Handhabe des Schalters in die AUS-Position bringbar ist, diese in ihrem Verstellweg entsprechend dem Wert eines Steuersignals zweistufig verfahrbar ausgeführt ist. Mit dieser Ausgestaltung wird es ermöglicht, bei Betrieb der Spule in einer ersten Stufe einen push-to-trip-Schalter am Leistungsschalter zu bedienen, der den Schalter tripped.
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Bei Erhöhung des Steuersignal-Wertes, zum Beispiel bei weiterer Stromstärke-Erhöhung, wird die Spule in die zweite Stufe verstellt und bewegt dadurch die Sperre derart, dass diese das Druckstück freigibt und dieses wiederum die Handhabe in die AUS-Schalterposition schiebt. Es ist somit möglich, den Schalter bei Erfassung eines geringeren überhöhten Stromwertes in die Tripped-Schaltstellung zu bringen, und bei Erfassung eines stark überhöhten Stromwertes den Schalter auszulösen.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Betätigungseinrichtung umfasst diese des Weiteren mindestens einen Spannmechanismus zur Realisierung von Rückholbewegungen der Druckstücke nach Freigabe der Druckstücke und Verfahren der Druckstücke.
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Die Rückführung des Druckstückes in seine Ausgangsposition, also in seine Position, in der er in der Verklinkungseinrichtung fixiert ist, soll vorteilhafterweise direkt unmittelbar nach dem Verfahren zur Bewegung der Handhabe des Leistungsschalters erfolgen. Dadurch ist, insbesondere bei Verwendung nur einer Führungsbahn für beide Druckstücke, die erneute Bewegung der Schalterhandhabe in die entgegengesetzte Richtung, durch Betätigung des anderen Druckstückes, möglich. Die mechanische Spanneinrichtung kann dabei ein elektromotorisch betriebener Hebel sein, wobei zur Rückführung des jeweiligen Druckstückes in dessen Verklinkungsposition die Drehrichtung des Motors geändert werden kann.
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Es wird somit eine Betätigungseinrichtung zur Betätigung der Handhabe eines elektrischen Leistungsschalters mit einer auf die Handhabe mechanisch wirkbaren Verstelleinrichtung und mindestens einer Verklinkungseinrichtung, mit der die Verstelleinrichtung fixierbar ist, zur Verfügung gestellt. Die Verstelleinrichtung umfasst dabei zwei Druckstücke zur unmittelbaren mechanischen Einwirkung auf die Handhabe, die auf zwei zueinander parallel angeordneten Führungsbahnen in ihrem Abstand zueinander verschiebbar sind, wobei ein jedes der Druckstücke mit einer ständig wirkenden Kraft beaufschlagt ist, die entlang der Führungsbahn des jeweils beaufschlagten Druckstückes in Richtung des anderen Druckstückes gerichtet ist. Die Betätigungseinrichtung ist derart ausgestaltet, dass sie einen Spannmechanismus umfasst, der sich nach Rückführung eines Druckstückes in dessen Verklinkungsposition außerhalb des Fahrbereiches dieses Druckstückes befindet.
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Diese Maßnahme ist deswegen erforderlich, weil ansonsten bei Auslösung des Druckstückes, welches durch den Spannmechanismus zuvor zurückverfahren wurde, der Spannmechanismus weiterhin in dessen Fahrbereich liegen würde und bei erneuter Auslösung des Druckstückes ebenfalls mitbewegt werden müsste beziehungsweise die Bewegung des Druckstückes behindern würde. Die Trägheitskraft beziehungsweise das Trägheitsmoment des Hebels der Spanneinrichtung würde damit einer schnellen Auslösung entgegenwirken. Ein Herausfahren des Spannmechanismus beziehungsweise dessen Hebels aus dem Fahrbereich des Druckstückes kann zum Beispiel durch ein Getriebe, wie zum Beispiel ein kurvengesteuertes Getriebe, für den Hebel des Spannmechanismus realisiert werden.
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Erfindungsgemäß wird des Weiteren ein Leistungsschalter zur Verfügung gestellt, der eine erfindungsgemäße Betätigungseinrichtung umfasst. Ein solcher Leistungsschalter kann dabei vorteilhafterweise einen push-to-trip-Schalter aufweisen, mittels dessen der Leistungsschalter in die TRIPPED-Stellung schaltbar ist, wobei der push-to-trip-Schalter durch Verfahren des spulenbetätigten Mechanismus in eine erste Stufe betätigbar ist. Wie oben bezüglich der zweistufigen Betätigung des spulenbetätigten Mechanismus beschrieben, lässt sich somit bei Betätigung des spulenbetätigten Mechanismus in eine erste Stufe der push-to-trip-Schalter betätigen, so dass im Inneren des Leistungsschalters die Auslösung vom EIN-Schaltzustand in den TRIPPED-Schaltzustand erfolgt.
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In vorteilhafter Weise ist der erfindungsgemäße Leistungsschalter derart ausgestaltet, dass er eine Schaltstellungsanzeige aufweist, die mit der Betätigungseinrichtung mechanisch gekoppelt ist. Dies lässt sich zum Beispiel leicht dadurch realisieren, dass die Druckstücke beim Verschieben der Handhabe des Leistungsschalters mit der Schaltstellungsanzeige gekoppelt sind, so dass durch die Schaltstellungsanzeige nach außen hin ersichtlich ist, in welchem Schaltzustand sich der Leistungsschalter befindet.
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Erfindungsgemäß wird des Weiteren ein Verfahren zur Schaltung eines eine erfindungsgemäße Betätigungseinrichtung umfassenden Leistungsschalters zur Verfügung gestellt, bei dem in Abhängigkeit eines Eingangssignals an einer der Entriegelungseinrichtungen diese die ihr zugeordnete Verklinkungseinrichtung derart bewegt, dass die Verklinkungseinrichtung das von ihr fixierte Druckstück freigibt, so dass dieses auf Grund der Beaufschlagung durch die ständig in Richtung des anderen Druckstückes wirkende Kraft in diese Richtung geführt verfährt und somit die Handhabe aus der Stellung eines Schaltzustandes des Leistungsschalters in die Stellung des anderen Schaltzustandes bewegt und anschließend ein Spannmechanismus das bewegte Druckstück wieder in dessen verklinkte Ausgangsposition zurückfährt. Somit ist es möglich, durch Betätigung einer Entriegelungseinrichtung innerhalb kürzester Zeit die Verklinkung eines Druckstückes aufzuheben, so dass dieses schlagartig unter der ständig wirkenden Kraft in Richtung des jeweils anderen Druckstückes verfahren wird und dabei die Handhabe des Leistungsschalters in die andere Schalterstellung fährt. Auf Grund der Anordnung von zwei Druckstücken ist dieses Verfahren sowohl für den Ein- als auch für den AusSchaltvorgang anwendbar. Somit kann der Leistungsschalter innerhalb kürzester Zeit eingeschaltet oder auch ausgeschaltet werden. Durch die verkürzte Reaktionszeit in beiden Schaltvorgängen erfüllt der erfindungsgemäß ausgestaltete Leistungsschalter somit mehr Sicherheitskriterien als ein Leistungsschalter, bei dem kurze Schaltzeiten nur bei einem der Schaltvorgänge realisiert werden können.
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Die Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnung beschrieben. Es zeigt dabei die einzige 1 den Aufbau einer an einen Leistungsschalter gekoppelten erfindungsgemäßen Betätigungseinrichtung.
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Es ist ein Leistungsschalter 100 dargestellt, in dem verschwenkbar eine Handhabe 101 angeordnet ist. Die Handhabe 101 ist in der Ein-Schaltstellung des Leistungsschalters 100 dargestellt. Die punktiert dargestellten Positionen der Handhabe 101 entsprechen der TRIP-Stellung (in der Mitte) und der AUS-Schaltstellung (rechts). Am Leistungsschalter 100 ist des Weiteren ein push-to-trip-Knopf 102 angeordnet. Die erfindungsgemäße Betätigungseinrichtung umfasst zwei Verstelleinrichtungen 10, die im Wesentlichen symmetrisch außen neben der Handhabe 101 angeordnet sind. Die Verstelleinrichtungen 10 umfassen jeweils ein Druckstück 11, an welchem eine Zugfeder 40 derart angebracht ist, dass sie das Druckstück 11 in die Richtung des jeweils anderen Druckstückes zieht. In der dargestellten Schaltstellung des Leistungsschalters 100 liegt die Handhabe 101 in EIN-Schaltstellung am linken Druckstück 11 an. Die Position des Druckstückes 11 ist durch eine Verklinkungseinrichtung 20 fixiert. Die Verklinkungseinrichtung 20 umfasst eine Sperre 21. Diese Sperre 21 verhindert formschlüssig ein Verfahren des Druckstückes 11 entlang der für beide Druckstücke 11 gemeinsamen Führung 30 in Richtung des jeweils anderen Druckstückes. Auf die Verklinkungseinrichtung 20 wirkt die Kraft einer aus Spule 51 und darin befindlichen Kern 52 aufgebauten Entriegelungseinrichtung 50. Bei Stromfluss in der Spule 51 wird durch Änderung des elektromagnetischen Feldes der Kern 52 in der Spule derart bewegt, dass er bei Kopplung an die Sperre 21 diese in vertikaler Richtung bewegt. Dadurch lässt sich beim Absenken der Sperre 21 das Druckstück 11 freigeben, so dass dieses auf Grund der Kraft der Zugfeder 40 in Richtung des anderen Druckstückes verfährt und dabei derart die Handhabe 101 des Leistungsschalters 100 verschiebt, dass der Leistungsschalter 100 von der EIN-Schaltstellung in die AUS-Schaltstellung geschaltet wird. Anstelle von Spule 51 und Kern 52 als Entriegelungseinrichtung lässt sich auch ein handbetätigter Mechanismus einsetzen, bei dem eine manuelle Kraft derart auf die Sperre 21 wirkt, dass diese ebenfalls die Freigabe des Druckstückes 11 realisieren kann.
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Die erfindungsgemäße Betätigungseinrichtung umfasst des Weiteren eine mechanische Spannvorrichtung, bei der aus Gründen der Übersichtlichkeit nur ein Hebel zur Betätigung der Druckstücke dargestellt ist. Die Spanneinrichtung 60 dient dazu, ein ausgeklinktes und verfahrenes Druckstück 11, nachdem es die Handhabe 101 verschoben hat, wieder in dessen Ausgangsposition, also in den verklinkten Zustand in einem maximalen Abstand zum anderen Druckstück, zurückzufahren. Zu diesem Zweck wird zum Beispiel ein Drehantrieb des Spannmechanismus 60 betätigt, der den Hebel des Spannmechanismus 60 von der gestrichelt dargestellten Position rechts in die links dargestellte Position zurückschwenkt. Dabei ist vorgesehen, dass der Hebel des Spannmechanismus 60, nachdem das Druckstück 11 seine Verklinkungsposition erreicht hat, aus dem Fahrbereich des Druckstückes 11 herausfährt, um diesem den Weg bei erneuter Auslösung freizugeben. Zu diesem Zweck ist die Sperre 21 vorteilhaft derart ausgestaltet, dass sie bei Rückführung des Druckstückes 11 in seine Verklinkungsposition dieser Rückführung nicht hinderlich ist, da das Druckstück 11 an einer Schräge an der Sperre 21 entlanggleitet, bis es nach Erreichung des Endes der Schräge 22 auf Grund einer Kraft einer Druckfeder 23 in der Sperre 21 einrastet. Derselbe Vorgang lässt sich nicht nur wie im bereits beschriebenen AUS-Schaltprozess realisieren, sondern mit der erfindungsgemäßen Betätigungseinrichtung kann des Weiteren, bedingt durch den symmetrischen Aufbau der Betätigungseinrichtung, ebenfalls dieser Vorgang beim EIN-Schaltprozess des Leistungsschalters 100 realisiert werden. Dafür wird durch das rechts dargestellte Druckstück 11 eine in der AUS-Schaltstellung des Leistungsschalters 100 befindliche Handhabe 101 ebenfalls durch die Zugkraft einer Feder 40 derart entlang der Führung 30 bewegt, dass die Handhabe 101 von der AUS-Schaltstellung in die EIN-Schaltstellung geschoben wird. Auch nach Ausführung dieser Bewegung greift der Hebel des Spannmechanismus 60 an das verfahrene Druckstück 11 und schiebt es, vorteilhafterweise durch Veränderung der Drehrichtung des Drehantriebes des Spannmechanismus 60, wieder in dessen ursprüngliche Verklinkungsposition zurück.
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Die Entriegelungseinrichtung 50, die zur Entriegelung des Druckstückes 11 dient, welches die Handhabe 101 aus der EIN-Schaltstellung in die AUS-Schaltstellung schieben kann, kann zweistufig ausgeführt sein. Diese Ausführungsform dient dazu, dass bei Verfahren der Entriegelungseinrichtung 50 in die erste Stufe diese mittels der gestrichelt dargestellten Kopplung an den Push-to-trip-Knopf 102 des Leistungsschalters 100 diesen Knopf betätigen kann und somit eine TRIP-Operation des Leistungsschalters 100 bewirken kann. Bei Realisierung der zweiten Schaltstufe der Entriegelungseinrichtung 50 wird wie oben beschrieben die Freigabe des Druckstückes 11 bewirkt, so dass dieses die Auslösung des Leistungsschalters 100 realisiert. Diese derart ausgestaltete Entriegelungseinrichtung 50 erfüllt damit zwei Zwecke, nämlich die Realisierung der TRIP-Schaltstellung und die Realisierung der AUS-Schaltstellung des Leistungsschalters 100.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Verstelleinrichtung
- 11
- Druckstück
- 20
- Verklinkungseinrichtung
- 21
- Sperre
- 22
- Schräge
- 23
- Druckfeder
- 30
- Führungsbahn
- 40
- Feder
- 50
- Entriegelungseinrichtung
- 51
- Spule
- 52
- Kern
- 60
- Spannmechanismus
- 100
- Leistungsschalter
- 101
- Handhabe
- 102
- push-to-trip-Schalter
