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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Schalteranordnung für eine Schaltanlage
der im Oberbegriff von Patentanspruch 1 angegebenen Art.
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Eine
derartige Schalteranordnung ist aus der
EP 0070794 A2 bereits als
bekannt zu entnehmen. Die Vakuumschaltröhre und der Bewegkontakt des Trennschalters
sind bei einer Ausführung
der Schalteranordnung vereinigt, wobei das freie Ende des beweglichen
Röhrenbolzens
als kegelstumpfförmiger Eindringkontakt
ausgebildet ist. Dieser Eindringkontakt wirkt nach dem Schließen des
Trennschalters mit einem Aufnahmekontakt am zugeordneten Anschlussteil
zusammen. Bei einer zweiten Ausführung der
Schalteranordnung ist die Vakuumschaltröhre über ihren unbeweglichen Röhrenbolzen
fest mit einem der Anschlussteile verbunden. Das freie Ende des
beweglichen Röhrenbolzens
ist auch bei dieser Variante als Einschlagkontakt mit einer kegelstumpfförmigen Verjüngung versehen.
Mit diesem Einschlagkontakt wirkt bei geschlossenem Trennschalter
ein zugehöriger
Aufnahmekontakt zusammen, der den Bewegkontakt des Trennschalters
bildet. Damit beim die Trennstrecke überbrückenden Vorschub des Bewegkontaktes
eine leitende Verbindung zum zugehörigen Anschlussteil bestehen
bleibt, weist die den Bewegkontakt tragende Baueinheit beider Ausführungsformen
eine stabförmige
Schmelzsicherung auf, die eine mit Schleifringkontakten versehene Durchtrittsöffnung im
Anschlussteil durchsetzt. Bei geöffnetem
Trennschalter steht dieser die Schmelzsicherung bildende Stab folglich
mit seiner überwiegenden
Länge und
entsprechendem Platzbedarf aus dem Anschlussteil heraus, was bei
manchen Anwendungsfällen
solcher Schalteranordnungen unerwünscht sein kann. Als Nachteil
kann bei der bekannten Schalteranordnung auch der Umstand angesehen
werden, dass Vakuumschaltröhre
und Trennschalter über
einen gemeinsamen Antrieb ein- oder ausgeschaltet werden. Der Antrieb
muss folglich schon aufgrund der Anforderungen der Vakuumschaltröhre hochdynamisch
ausgelegt sein, was im Hinblick auf die technischen Anforderungen
an den Trennschalter antrieb nachteilig sein kann.
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Aus
der
DE 10 2006
033 209 B3 ist eine Trennschalteranordnung bekannt, bei
der eine Trennstrecke zwischen zwei Kontaktbolzen mittels einer
Kontakthülse überbrückbar ist,
wobei einer der Kontaktbolzen als Linearführung für die Kontakthülse dient.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Schalteranordnung für eine Schaltanlage nach dem
Oberbegriff von Patentanspruch 1 anzugeben, die eine besonders kompakte
Bauweise der Schalteranordnung ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch
die Merkmale von Patentanspruch 1 gelöst.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen
und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die
Schalteranordnung umfasst eine Vakuumschaltröhre sowie einen Trennschalter,
die in einem Strompfad zwischen zwei in konstantem Abstand voneinander
gehaltenen Anschlussteilen der Schaltanlage in Reihe angeordnet
sind. Dabei ist die Vakuumschaltröhre an einem der beiden Anschlussteile
axial abgestützt.
Die Schalteranordnung weist darüber
hinaus ein koaxial von der Vakuumschaltröhre abstehenden, länglichen
Führungskörper des Trennschalters,
der über
wenigstens einen Schleifkontakt leitend mit einem den Führungskörper umschließenden Hülsenkörper in
Verbindung steht, und einen die Trennstrecke zum gegenüberliegenden Kontakt überbrückenden
Vorschub des Bewegkontaktes im Zuge der Schaltbetätigung des
Trennschalters auf, der mit einer entsprechenden Linearverschiebung
zwischen Führungskörper und
Hülsenkörper einhergeht.
Erfindungsgemäß ist der
vom zugeordneten Ende der Vakuumschaltröhre abstehende Führungskörper ein
Trennerbolzen, dessen Ende ständig
in einem mindestens der vorgesehenen Trennstrecke entsprechenden
Abstand zum Kontakt des anderen Anschlussteils gehalten ist, wobei
der Trennerbolzen als Linearführung
für eine
den Bewegkontakt des Trennschalters tragende Trennerhülse ausgebildet
ist.
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Der
Grundgedanke der Erfindung basiert auf der Überlegung, dass lediglich der
zwischen den Anschlussteilen liegende Raum für die Schalteranordnung genutzt
werden soll, indem eine den Bewegkontakt tragende Trennerhülse entlang
einem zugehörigen
Trennerbolzen schiebegeführt
ist. Durch das teleskopartige Zusammenwirken von Trennerhülse und
Trennerbolzen kann auf einfache Weise eine kompakte Bauweise der
Schalteranordnung erreicht werden. Auch bleibt der axiale Vorschub
des Trennerbolzens gegenüber
der Trennerhülse
möglich,
der für
den Hub der Vakuumschaltröhre
erforderlich ist.
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Eine
stabile Befestigung der den Trennerbolzen tragenden Vakuumschaltröhre wird
erleichtert, wenn sie auf der Seite des unbeweglichen Röhrenbolzens
am Anschlussteil angebracht und ihr bewegliche Röhrenbolzen mit dem Trennerbolzen
verbunden ist.
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Ist
im Verbindungsbereich zwischen Röhrenbolzen
und Trennerbolzen ein Kraftangriffselement, insbesondere ein Antriebselement,
für den
Verschiebeantrieb des Röhrenbolzens
angeordnet, so kann diese passgenau eingefügt und über das Verbindungsmittel von
Röhrenbolzen
und Trennerbolzen mitbefestigt sein. Außerdem kann über das
Kraftangriffselement eine radiale Zwischenabstützung des Trennerbolzens erfolgen.
Das Kraftangriffselement kennzeichnet dabei den Kraftangriffspunkt
für den Antrieb
und kann in geeigneter Art und Weise als ein Antriebselement ausgebildet
sein.
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Ein
funktionssicherer Schleifkontakt zwischen Trennerbolzen und Trennerhülse wird
mittels wenigstens eines Ringfederkontaktes zwischen dem Außenumfang
des Trennerbolzens und dem Innenumfang der Trennerhülse erreicht.
Wird die Trennerhülse über mehrere,
axial versetzte Ringfederkontakte mit radialer Vorspannung abgestützt, können diese beim
axialen Vorschub als alleinige Reib- bzw. Gleitflächen der
Trennerhülse
dienen. Eine für
den Ringfederkontakt besonders geeignete Gestaltung liegt vor, wenn
diese eine umlaufende Schraubenfederwicklung in Form eines Volltorus
aufweist.
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Um
einen selbsttätigen
Toleranzausgleich in axialer Richtung zu ermöglichen, ist der Endbereich der
Trennerhülse
rohrförmig
ausgebildet und trägt
an seinem Innenumfang einen radial federnden Kontaktring, der bei
geschlossenem Trennschalter eine zylindrische Umfangsfläche des
Gegenkontaktes am Anschlussteil umschließt. Als besonders für die auftretenden
Belastungen geeignet hat sich dabei ein Lamellenkontaktring mit
verengtem, federnd nachgiebigem Mittelbereich oder ein Ringfederkontakt
als umlaufende Schraubenfederwicklung in Form eines Volltorus erwiesen.
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Falls
der Trennerbolzen ausreichend lang bemessen werden kann, lässt sich
bei der Schalteranordnung zusätzlich
eine Erdungsposition der Trennerhülse auf dem Trennerbolzen vorsehen.
Hierbei kann zweckmäßig in einem
radialen Abstand zum Trennerbolzen ein Erdkontaktring angeordnet
sein, der in der Erdungsposition mit einem korrespondierenden Kontaktring
der Trennerhülse
zusammenwirkt. Der Kontaktring der Trennerhülse lässt sich dabei vorzugsweise
am Umfang eines radial von der Trennerhülse abstehenden Ringbundes
anbringen.
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Um
den Trennschalter oder Erdungsschalter mittels eines relativ langsamen
aber z. B. hinsichtlich der Dauerhaltbarkeit vorteilhaften "Schleichantriebes" betätigen zu
können,
kann der Trennerhülse
ein vom Schaltantrieb der Vakuumschaltröhre unabhängiger Antrieb zugeordnet sein.
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Die
erfindungsgemäße Schalteranordnung ist
in besonderem Maße
für eine
Integration in Schaltschränke,
Gehäusen,
Behälter
oder dgl. geeignet, da alle beweglichen Bauelemente der Schalteranordnung
zwischen den endseitigen Anschlussteilen liegen. Somit kann für die Anschlussteile
jeweils eine stützende
Wanddurchführung
oder ähnliches
vorgesehen werden. Aufgrund der guten Integrationsfähigkeit
lassen Behälter
mit der Schalteranordnung leicht und zuverlässig abdichten, so dass sie
auch in hohem Maße
für als
solche bekannte, gasisolierte Behälter geeignet sind.
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Mehrpolige
Schaltanlagen können
dabei über
mehrere Schalteranordnungen verfügen,
die gemeinsam in einem Isoliergasbehälter untergebracht sind. Bei
Mittelspannungsschaltanlagen mit solchen Schalteranordnungen kann
der Isoliergasbehälter
vorteilhaft mit Schwefelhexafluorid (SF6) als Isoliergas befüllt sein.
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Weitere
zweckmäßige Ausgestaltungen
und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
eines Ausführungsbeispiels unter
Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnungen, wobei einander entsprechende
Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.
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In
den Zeichnungen zeigen:
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1 einen
Mittellängsschnitt
durch eine Schalteranordnung in schematischer Prinzipdarstellung,
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2 eine
perspektivische Einzelansicht eines Ringfederkontaktes der Schalteranordnung,
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3 eine
perspektivische Einzelansicht eines Lamellenkontaktringes und
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4 eine
perspektivische Schrägansicht auf
eine mehrpolige Schalteranordnung einer gasisolierten Mittelspannungsschaltanlage.
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Eine
in 1 sichtbare Schalteranordnung 1, insbesondere
für Schaltanlagen,
umfasst als Hauptbestandteile eine Vakuumschaltröhre 2 und einen Trennschalter 3 in
direkter linearer Anordnung, die koaxial zwischen zwei rotationssymmetrischen Anschlussteilen 4 und 5 gehalten
sind. Die konsequente lineare Anordnung ist aufgrund der eingezeichneten
Mittellängsachse 6 deutlich
zu erkennen. Beide Anschlussteile 4 bzw. 5 durchsetzen
eine zugeordnete Aussparung in einer angedeuteten Deckenplatte 7 bzw.
Bodenplatte 8 eines Behälters 9 und
sind über
konische Schraubhülsen/Durchführungen
oder dgl. am die Durchtrittsöffnung
begrenzenden Randbereich der Deckenplatte 7 bzw. Bodenplatte 8 axial
verspannt oder verschweißt.
Dadurch sind die Anschlussteile 4 und 5 unbeweglich
in dem gezeigten Abstand voneinander befestigt und bilden die Durchführung vom
Innenraum des Behälters 9 nach
außen.
Zu den Anschlussteilen 4 und 5 gehört auch
jeweils eine zentral innerhalb derselben verlaufende Elektrode,
wobei die Elektrode des Anschlussteils 4 zum Anschluss
an eine übliche
Stromsammelschiene und die des Anschlussteils 5 für einen üblichen
Kabelanschluss vorgesehen ist. Die Elektrode des Anschlussteils 4 steht
nach unten aus der unteren Schraubhülse heraus und ist zu einem
pilzkopfähnlichen
Kontakt 10 geformt, dessen Kopf bei Abrundung der stirnseitigen
Umfangskanten eine etwa zylindrische Umfangsfläche aufweist.
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Die
gegenüberliegende
Elektrode des Anschlussteils 5 steht demgegenüber nur
wenig aus der Schraubhülse
heraus, liegt mit ihrer Festkontaktstirnseite flächig auf der gegenüberliegenden
Stirnseite der Vakuumschaltröhre 2 an
und ist fest und möglichst
unlösbar
mit dem feststehenden Röhrenbolzen 11 derselben
verbunden. Auf der nach oben gewandten Bewegkontaktseite steht der
bewegliche Röhrenbolzen 12 aus
der Vakuumschaltröhre 2 heraus
und greift mit einem zylindrischen Endbereich passgenau in eine
Bohrung ein, die als Sacklochbohrung aus dem Endbereich eines zylindrischen
Trennerbolzens 13 ausgespart ist. In einem Abstand hierzu
weist der Trennerbolzen 13 infolge einer Vergrößerung seines Durchmessers
einen stufigen Absatz auf, an dessen Ringstirnfläche ein passgenau auf den Trennerbolzen 13 aufgeschobenes
Kraftangriffselement, insbesondere ein Antriebselement 14,
axial abgestützt
ist. Auf der entgegengesetzten Stirnseite ist das Kraftangriffselement 14 mittels
eines Sicherungsringes 15 axial abgestützt. Der Sicherungsring 15 selbst
ist mittels eines Spannstiftes 16 oder Nietes axial lagegesichert,
da vom Spannstift 16 zueinander fluchtende Passbohrungen
im Sicherungsring 15, im Trennerbolzen 13 und
im Röhrenbolzen 12 durchsetzt
sind. Über
den Spannstift 16 samt Sicherungsring 15 ist somit
der bewegliche Röhrenbolzen 12 fest
mit dem Trennerbolzen 13 verbunden und das Kraftangriffselement 14 auf
dem Trennerbolzen 13 lagegesichert. Somit lassen sich die
Vakuumschaltröhre 2 über den axialen
Vorschub des von dem Kraftangriffselement 14 bewegten Trennerbolzens 13 schalten,
wozu eine nicht gezeigte Antriebskinematik üblicher Bauart wie z. B. ein
Kurbelantrieb mit Stellmotor vorgesehen werden kann. Der eingezeichnete
Vorschubweg SV des Röhrenbolzens 12 entspricht
dabei dem maximalen Abstand der Kontakte der Vakuumschaltröhre 2.
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Der
Trennerbolzen 13 erstreckt sich von dem Kraftangriffselement 14 ausgehend
mit konstantem Durchmesser unter koaxialem Verlauf auf den Kontakt 10 zu
und endet in einem der vorgesehenen Trennstrecke entsprechenden
Abstand zum Kontakt 10, wobei der Vorschubweg SV der Vakuumschaltröhre 2 berücksichtigt
werden muss. Um den Strompfad zwischen den Anschlussteilen 4 und 5 schließen zu können, ist
auf dem Trennerbolzen 13 eine Trennerhülse 17 schiebegeführt, mit
der sich eine leitende Verbindung zwischen Trennerbolzen 13 und
Kontakt 10 herstellen lässt.
Die Trennerhülse 17 ist
als Rohrhülse
ausgeführt
und weist unten daran anschließend
einen radial abstehenden Ringbund 18 als Endbereich auf.
Am den Trennerbolzen 13 umschließenden Innenumfang ist der
untere Endbereich der Trennerhülse 17 über zwei
in Axialrichtung etwas gegeneinander versetzt angeordnete Ringfederkontakte 19 schiebegeführt, die
jeweils in einer umlaufenden Ringnut der Trennerhülse 17 liegen
und dadurch axial an der Trennerhülse 17 abgestützt sind.
In gleicher Weise ist aus der Außenumfangsfläche des
Ringbundes 18 eine Ringnut ausgespart, in welcher ein gleichartiger
Ringfederkontakt 19' mit
entsprechend größerem Durchmesser
gehalten ist.
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Wie
in Verbindung mit 2 zu erkennen ist, besteht der
Ringfederkontakt 19 bzw. 19' aus einem Federdraht mit Rundquerschnitt,
der ähnlich
einer Schraubenfeder gewickelt ist und deren Federenden zu einem
Endlosdraht miteinander verbunden sind. Die Wickelachse verläuft dabei
kreisrund und der Durchmesser der Federwicklung ist konstant. In
der Einzeldarstellung ist zu sehen, dass die Federwicklung im entspannten
Zustand überall
entlang einer Kreisbahn gebogen ist. Die von der Federwicklung umrissene
Hüllkurve
entspricht somit der eines Volltorus. Der Durchmesser des Ringfederkontaktes 19 bzw. 19' wird aber so
bemessen, dass die Federwicklung unter radialer Vorspannung in der
zugehörigen Ringnut
liegt. Hierdurch ergibt sich im Einbauzustand eine abgeplattete
eher ovale Querschnittsform der Federwicklung bei den Ringfederkontakten 19 bzw. 19'. An ihrem oberen
Endbereich weist die Trennerhülse 17 eine
Rohrform auf, wobei am Innenumfang ein Lamellenkontaktring 20 an
der Trennerhülse 17 befestigt
ist. Bei geschlossenem Trennschalter 3 ist der Endbereich
auf den Kontakt 10 aufgeschoben, wonach er den Umfang des
Kontaktes 10 unter radialer federnder Abstützung über den
Lamellenkontaktring 20 umschließt.
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In
Verbindung mit der Einzeldarstellung gemäß 3 ist zu
erkennen, wie der Lamellenkontaktring 20 aufgebaut ist.
Auf seiner Außenumfangsseite besteht
er aus einer Vielzahl von Querlamellen geringer Breite aus parallelflachem
Bandmaterial, die über den
Umfang des Kontaktrings 20 verteilt angeordnet sind, wobei
ihre langen Schmalseiten nur einen geringen Abstand voneinander
aufweisen. In der Ringmittelebene dieser Querlamellen liegt auf
deren Innenumfangsseite eine schmale umlaufende Zentrallamelle auf,
die zu einer mittigen Verengung der Gliederbandstruktur führt. Dieser
von der Zentrallamelle gebildete Ring wird von einer Vielzahl von
ebenfalls aus dünnem
Bandmaterial bestehenden Querjochen überdeckt, die jeweils mit ihren
Enden an einer gegenüberliegenden
Querlamelle befestigt sind. Zwischen den befestigten Enden verlaufen
diese Querjoche jeweils in Pfeilform, wodurch sie sich über einen entsprechend
vergrößerten Umfangsabschnitt
des Lamellenkontaktringes 20 erstrecken. Durch diese Bauweise
des Lamellenkontaktringes 20 wird erreicht, dass aufgrund
der radialen Federcharakteristik eine dauerhaft zuverlässige Kontaktierung
zwischen Kontakt 10 und Trennerhülse 17 stattfindet, wenn
der Trennschalter 3 geschlossen wird.
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Aus
der oberen Endlage lässt
sich die Trennerhülse 17 mittels
eines nicht gezeigten richtungsumkehrbaren Stellantriebes bekannter
Bauart um einen Trennweg ST nach unten in die AUS-Stellung und umgekehrt
verfahren. Der dem Trennweg ST entsprechende Hub ist durch einen
Pfeil angedeutet. Nach dem Verschieben der Trennerhülse 17 in
die Ausstellung, die durch gestrichelte Linien angedeutet ist, liegt
die erforderliche Trennstrecke vor. Über die AUS-Stellung hinaus
ist in einem Abstand darunter noch eine Erdungsposition der Trennerhülse 17 vorgesehen,
wodurch die Sicherheit der Schalteranordnung 1 weiter verbessert
wird. Der Verschiebeweg SE bis in die Erdungsposition wird durch
einen Erdkontaktring 21 bestimmt, der in einem entsprechenden
Abstand zur AUS-Stellung unter Abstimmung auf den Durchmesser des
Ringfederkontaktes 19' konzentrisch
zum Trennerbolzen 13 angeordnet und geerdet ist. Wird die
Trennerhülse 17 über besagten Stellantrieb
in die mit strichpunktierten Linien eingezeichnete Erdungsposition
verfahren, dringt der Ringbund 18 in den Hohlquerschnitt
des Erdkontaktringes 21 ein, wonach über den Ringfederkontakt 19' die Erdeverbindung
hergestellt ist.
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Wie
in 4 gezeigt ist, können in einem Behälter 9 mehrere
im wesentlichen baugleiche Schalteranordnungen 1 z. B.
für drei
Schaltpole vorgesehen werden, die auch in der Gesamtanordnung kompakt
im Behälter 9 untergebracht
sind. In dieser Darstellung wird außerdem gezeigt, dass die Erdkontaktringe 21 auf
einfache Weise über
einen gemeinsamen Lochboden 22 auf entsprechender Höhe positioniert
sein können.
Außerdem
wird deutlich, dass der Behälter 9 selbst
kompakt gestaltet werden kann und sich aufgrund der Durchgänge der
Anschlussteile 4 und 5 problemlos hermetisch abdichten
lässt.
Somit ist der Behälter 9 auch
für die
Isoliergasbefüllung
mit flüchtigen
Isoliergasen wie SF6 in hohem Maße geeignet.
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- 1
- Schalteranordnung
- 2
- Vakuumschaltröhre
- 3
- Trennschalter
- 4
- Anschlussteil
oben
- 5
- Anschlussteil
unten
- 6
- Mittellängsachse
- 7
- Deckenplatte
- 8
- Bodenplatte
- 9
- Behälter
- 10
- Kontakt
- 11
- Röhrenbolzen
unbeweglich
- 12
- Röhrenbolzen
beweglich
- 13
- Trennerbolzen
- 14
- Kraftangriffselement
- 15
- Sicherungsring
- 16
- Spannstift
- 17
- Trennerhülse
- 18
- Ringbund
- 19
- Ringfederkontakt
(Schleif)
- 19'
- Ringfederkontakt
(Erdung)
- 20
- Lamellenkontaktring
- 21
- Erdkontaktring
- 22
- Lochboden
- SV
- Schaltweg
(Vakuumschaltröhre)
- ST
- Schaltweg
(EIN – AUS)
- SE
- Schaltweg
(Erdung)