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Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schalter nach dem Patentanspruch 1.
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Solche in der Art eines Mikro- und/oder Schnappschalters ausgestaltete Schalter finden vielfältige Einsatzmöglichkeiten. Beispielsweise können diese Schalter für verschiedene Anwendungen in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden.
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Aus der
DE 195 12 277 A1 ist ein als Schnappschalter ausgebildeter elektrischer Schalter bekannt. Der Schalter besitzt ein in der Art eines Sprungkontaktsystems ausgestaltetes Kontaktsystem, das aus einem bewegbaren Schaltkontakt und wenigstens einem Festkontakt besteht. Ein bewegliches Betätigungsorgan dient zum Schalten des Kontaktsystems. Es hat sich herausgestellt, daß es beim Betrieb des Schalters zum Verkleben und/oder Verschweißen des Schaltkontakts mit dem Festkontakt kommen kann. In einem solchen Fall einer verklebten und/oder verschweißten Kontaktpaarung ist der Schalter nicht mehr funktionstüchtig.
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Weiter ist aus der
DE 698 27 512 T2 ein elektrischer Schalter bekannt, bei dem ein Trennelement mit dem Schaltkontakt zusammenwirkt. Das Betätigungsorgan ist bei dessen Bewegung zum Umschalten des Kontaktsystems mit dem Trennelement in Wirkverbindung bringbar, derart daß im Falle des mit dem Festkontakt verschweißten Schaltkontakts das Trennelement in der Art eines Zwangstrenners den Schaltkontakt vom Festkontakt löst.
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Ein weiterer elektrischer Schalter, bei dem eine Zwangstrennung von Schaltkontakt und Festkontakt vorgesehen ist, ist in der
DE 35 11 898 A1 beschrieben.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den elektrischen Schalter im Hinblick auf die Zwangstrennung weiterzuentwickeln, derart daß die Funktionstüchtigkeit auch bei einer verklebten und/oder verschweißten Kontaktpaarung hergestellt ist. Insbesondere soll dies auch für den Fall sichergestellt sein, daß die durch das Sprungkontaktsystem eingeleitete Kraft auf den beweglichen Kontaktträger als Schaltkontakt nicht mehr zum Abheben vom Festkontaktträger ausreicht.
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Diese Aufgabe wird durch einen elektrischen Schalter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Beim erfindungsgemäßen Schalter besteht in konstruktiv einfacher Ausgestaltung das Trennelement aus einem mechanischen Hebel, und zwar bevorzugterweise aus einem einarmigen Hebel. Der Hebel weist eine Welle zur verschwenkbaren Lagerung auf, wobei die Welle an dem einen zum Festkontakt führenden elektrischen Anschluß beziehungsweise Anschlußkontakt (NC-Kontakt) gelagert ist. Ein solcherart ausgestaltetes Trennelement ist durch Zusammenwirkung mit dem Deckel dann seitlich in seiner Position fixiert, woraus sich ein rotatorischer Freiheitsgrad für die Bewegung zur Zwangstrennung ergibt. Vorteilhafterweise ist dadurch trotz der einfachen Ausgestaltung ein funktionssicher arbeitendes Trennelement geschaffen. Insbesondere ist durch die Erfindung ein Zwangstrenner für einen Schnappschalter geschaffen, derart daß ein mechanisches Auftrennen einer verklebten und/oder verschweißten Kontaktpaarung erfolgt. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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In herkömmlicher Weise weist der Schalter ein Gehäuse auf, wobei das Gehäuse einen Sockel und einen Deckel umfaßt. Elektrische Anschlüsse für den Festkontakt sowie für den Schaltkontakt führen am Sockel in das Gehäuse. Zweckmäßigerweise ist der Schaltkontakt an dem einen elektrischen Anschluß beweglich gelagert. Hierzu umfaßt der Schaltkontakt eine Schaltzunge, die an einem Schneidenlager des elektrischen Anschlusses beweglich gelagert ist. Der Schaltkontakt kann mit einem elastischen Element in der Art eines Schnappschaltsystems zusammenwirken. Es bietet sich dann der Einfachheit halber an, daß das Betätigungsorgan auf das elastische Element zum schnappenden Umschalten des Kontaktsystems einwirkt. Hierzu kann am Betätigungsorgan eine Gabel angeordnet sein, die bei Bewegung des Betätigungsorgans dementsprechend auf das elastische Element einwirkt.
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In einfacher Art und Weise kann das Trennelement am beweglichen Schaltkontakt mit einer Auflagefläche anliegen. Falls das Trennelement als Hebel ausgestaltet ist, kann dieser lagerseitig, und zwar dem Schneidenlager zugewandt, auf dem beweglichen Schaltkontakt beziehungsweise der Schaltzunge aufliegen. Ist zudem die Auflagefläche des Trennelements asymmetrisch im Hinblick auf die Breitseite der Schaltzunge geformt, so tritt vorteilhafterweise eine Art von Walkbewegung zwischen dem Schaltkontakt und dem Festkontakt bei der Trennung auf, was ebenfalls einem Verschweißen der Kontakte entgegenwirkt sowie Verschmutzungen auf den Kontakten löst.
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In kompakter Art kann am Betätigungsorgan ein Vorsprung zur Herstellung der Wirkverbindung mit dem Trennelement angeordnet sein. Der Vorsprung ist zweckmäßigerweise in Richtung auf das Trennelement auskragend an der Gabel am Betätigungsorgan angeordnet. Es bietet sich dann an, daß das Trennelement an der Oberseite eine Führungsfläche besitzt, auf die der Vorsprung einwirkt. Auf diese Führungsfläche wird durch den am Betätiger angebrachten Vorsprung, und zwar beispielsweise mittels einer weiteren Führungsfläche am Vorsprung, kurzzeitig eine Kraft auf den Hebel ausgeübt. Die Krafteinleitung erfolgt aufgrund der drehbaren Lagerung des Hebels nur dann, wenn der Schalter seinen Schaltpunkt bereits überschritten hat und die Kontakte tatsächlich verklebt und/oder verschweißt sind.
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Zwecks guter Kraftübertragung für die Zwangstrennung kann die Führungsfläche am Hebel stufenartig ausgestaltet sein. Desweiteren ist die Führungsfläche an dem der Welle abgewandten Ende des Hebels angeordnet. Ebenso bietet es sich an, daß die weitere Führungsfläche am Vorsprung absatzartig ausgestaltet ist. Die weitere Führungsfläche ist an dem der Gabel abgewandten Ende des Vorsprungs angeordnet. Zwecks Steigerung der Funktionssicherheit können das Trennelement und/oder der Vorsprung aus einem wärmestabilen Kunststoff gefertigt sein.
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Für einen rauhen Einsatz, beispielsweise in Kraftfahrzeugen, kann das Gehäuse des Schalters abgedichtet sein, um ein Eindringen von Schadstoffen in den Schalter weitgehend zu verhindern. Zu diesem Zweck bietet es sich an, den Deckel mit dem Sockel nach Montage des Schalters mediendicht zu verkleben. Hierfür kann der Sockel eine umlaufende Dosierfläche zum Aufbringen von Klebstoff aufweisen, so daß der Klebstoff in einfacher Art mittels einer Dosiervorrichtung bei der Montage des Schalters automatisiert aufgebracht werden kann.
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Für eine besonders bevorzugte Ausgestaltung ist nachfolgendes festzustellen. Der Zwangstrenner besteht aus einem mechanischen Hebel, welcher mit einer Welle versehen ist. Der Zwangstrenner ist vorzugsweise aus einem wärmestabilen Kunststoff gefertigt. Die Welle ist an dem Anschlusskontakt NC gelagert und fixiert den Zwangstrenner gleichzeitig seitlich in seiner Position. Daraus ergibt sich ein rotatorischer Freiheitsgrad. Der Hebel liegt lagerseitig auf der beweglichen Schaltzunge. Die Auflagefläche ist asymmetrisch geformt. Weiterhin besitzt der Trenner an der Oberseite Führungsflächen. Auf diese Führungsflächen wird durch am Betätiger ebenfalls angebrachte Führungsflächen des Schalters kurzzeitig eine Kraft auf den Hebel ausgeübt. Die Krafteinleitung erfolgt aufgrund der drehbaren Lagerung nur dann, wenn der Schalter seinen Schaltpunkt bereits überschritten hat und die Kontakte tatsächlich verklebt bzw. verschweißt sind.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß ein erweitertes Einsatzgebiet für den Schalter geschaffen ist. Dies gilt insbesondere bei Schaltern, die nach längerer Lagerung unter Führung ihres Nennstromes zuverlässig den Strompfad trennen müssen. Bei Schaltern, die aufgrund ihrer Einsatzgebiete, beispielsweise beim Schalten von Lampenlasten, zum Verschweißen und/oder Verkleben neigen, ist eine verlängerte Lebensdauer zu erwarten.
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Aufgrund der nur bei tatsächlich verklebten und/oder verschweißten Kontakten erfolgenden Zwangstrennung, so daß keine dauerhafte Niederhaltung der Kontaktbrücke erfolgt, ergibt sich eine Verlängerung der Lebensdauer des Schalters. Besonders während einer Langzeitlagerung im geschlossenen Zustand bei hohen Umgebungstemperaturen ist keine plastische Verformung durch Fließvorgänge der Materialien zu erwarten, welche ansonsten auftreten können. Die asymmetrische Auflagefläche des Zwangstrenners auf die Schaltzunge des Systems erlaubt weiterhin eine minimale elastische Verformung der Schaltzunge und damit eine Walkbewegung der Kontakte zueinander.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit verschiedenen Weiterbildungen und Ausgestaltungen ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen
- 1 einen elektrischen Schalter in perspektivischer Ansicht mit aufgeschnitten dargestelltem Gehäuse,
- 2 den Schalter aus 1 mit geöffnetem Gehäuse aus der Richtung II gesehen,
- 3 den Schalter aus 1 mit geöffnetem Gehäuse aus der Richtung III gesehen,
- 4 den Schalter im Halbschnitt, wobei das Kontaktsystem in der Ruhestellung befindlich ist,
- 5 den Schalter im Halbschnitt, wobei das Kontaktsystem in der Schaltstellung befindlich ist,
- 6 den Schalter im Halbschnitt, wobei die Kontakte des Kontaktsystems verschweißt sind,
- 7 den Schalter im Halbschnitt, wobei die verschweißten Kontakte des Kontaktsystems aufgetrennt werden,
- 8 den Schalter im Halbschnitt, wobei das Betätigungsorgan nach dem Auftrennen der verschweißten Kontakte in Endstellung befindlich ist,
- 9 eine Detailansicht des Kontaktsystems des Schalters und
- 10 eine schematische Darstellung der Walkbewegung der Kontakte beim Zwangstrennen einer verschweißten Kontaktpaarung.
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In 1 ist ein elektrischer Schalter 1 zu sehen, der in der Art eines Mikro- und/oder Schnappschalters ausgestaltet ist. Der Schalter 1 besitzt ein Gehäuse 2, das einen Sockel 3 und einen Deckel 4 umfaßt. Im Inneren des Gehäuses 2 befindet sich ein Kontaktsystem 5, das aus einem bewegbaren Schaltkontakt 6 und wenigstens einem Festkontakt 7 besteht. Vorliegend ist der Schalter 1 als Umschalter ausgestaltet, wobei das Kontaktsystem 5 noch einen weiteren Festkontakt 8 (siehe 8) aufweist, so daß der Schaltkontakt 6 zwischen den beiden Festkontakten 7, 8 umschaltet. Zum Schalten des Kontaktsystems 5 dient ein bewegliches, aus den Deckel 4 herausragendes, in der Art eines Drückers ausgestaltetes Betätigungsorgan 9, an dem ein rolliert am Gehäuse 2 befestigter Dichtbalg 15 zur Abdichtung angebracht ist. Mit dem Schaltkontakt 6 wirkt ein Trennelement 10 zusammen. Das Betätigungsorgan 9 ist bei dessen Bewegung zum Umschalten des Kontaktsystems 5 mit dem Trennelement 10 in Wirkverbindung bringbar. Im Falle des mit dem Festkontakt 8 verschweißten Schaltkontakts 6 löst dadurch das Trennelement 10 in der Art eines Zwangstrenners den Schaltkontakt 6 vom Festkontakt 8.
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Wie bereits erwähnt, weist der Schalter 1 ein Gehäuse 2 auf. Das Gehäuse 2 umfaßt wiederum einen Sockel 3 und einen Deckel 4, wobei der Sockel 3 und der Deckel 4 in der Trennebene 26 vorverrastet und geklebt sind, um auch hier eine sichere Abdichtung des Gehäuses 2 zu gewährleisten. Hierzu besitzt der Sockel 3 eine in 2 sichtbare, umlaufende Dosierfläche 27 zum Aufbringen von Klebstoff. Am Sockel 3 führen elektrische Anschlüsse 12, 13, 14 für den Schaltkontakt 6 sowie für den Festkontakt 7, 8 in das Gehäuse 2. Die Anschlüsse 12, 13, 14 sind von oben in den Sockel 3 eingesteckt und seitlich verrastet. Zur Abdichtung der Anschlüsse 12, 13, 14 in das Innere des Gehäuses 2 kann eine Preßpassung der Durchführung, ein elastischer Kleber o. dgl. dienen.
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Der Schaltkontakt 6 ist mit einer Schaltzunge 19 als Kontaktträger an einem Schneidenlager 16 an dem einen elektrischen Anschluß 12 beweglich gelagert. Weiter wirkt der Schaltkontakt 6 mit einem elastischen Element 17, bei dem es sich vorliegend um eine Zugfeder handelt, zusammen. Die Zugfeder 17 ist dabei einerseits an einem Ösenelement 11 und andererseits an der Schaltzunge 19 eingehängt. Das Betätigungsorgan 9 wirkt wiederum auf das elastische Element 17 mittels einer in 3 deutlich sichtbaren Gabel 22 zum schnappenden Umschalten des Kontaktsystems 5 ein, so daß das Kontaktsystem 5 in der Art eines Schnappschaltsystems arbeitet.
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Das Trennelement 10 besteht aus einem mechanischen Hebel, und zwar einem einarmigen Hebel. Der Hebel 10 weist eine Welle 18 zur verschwenkbaren Lagerung auf. Die Welle 18 ist an dem einen, zum Festkontakt 8 führenden Anschluß 14 drehbar gelagert, wie besonders deutlich anhand von 2 oder 3 hervorgeht. In Zusammenwirkung mit dem Deckel 4 ist das Trennelement 10 dann auch seitlich in seiner Position fixiert, und zwar im Hinblick auf die Umschaltrichtung des Schaltkontakts 6, woraus sich ein rotatorischer Freiheitsgrad für den Hebel 10 ergibt.
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Wie man weiter der 3 entnimmt, liegt das Trennelement 10 am Schaltkontakt 6, und zwar genauer an der Schaltzunge 19 des Schaltkontakts 6, mit einer Auflagefläche 20 an. Hierzu ist der Hebel 10 gabelartig zur Umfassung des Festkontakts 8 ausgebildet und liegt lagerseitig, und zwar dem Schneidenlager 16 zugewandt, auf der beweglichen Schaltzunge 19 auf. Am Betätigungsorgan 9, und zwar in Richtung auf das Trennelement 10 auskragend an der Gabel 22, ist ein Vorsprung 21 zur Herstellung der Wirkverbindung des Betätigungsorgans 9 mit dem Trennelement 10 angeordnet. Hierzu besitzt das Trennelement 10 an der Oberseite eine Führungsfläche 23, auf die der Vorsprung 21 mit einer weiteren Führungsfläche 24 einwirkt. Die Führungsfläche 23 ist stufenartig an dem der Welle 18 abgewandten Ende des Hebels 10 angeordnet und die weitere Führungsfläche 24 ist an dem der Gabel 22 abgewandten Ende des Vorsprungs 21 absatzartig ausgestaltet. Über diese Führungsflächen 23, 24 wird dann kurzzeitig eine Kraft auf den Hebel 10 ausgeübt, und zwar erfolgt die Krafteinleitung aufgrund der drehbaren Lagerung mittels der Welle 18 nur dann, wenn das Kontaktsystem 5 seinen Schaltpunkt bereits überschritten hat und die Kontakte 6, 8 tatsächlich verklebt und/oder verschweißt sind. Das Trennelement 10 und/oder der Vorsprung 21 sind aus einem wärmestabilen Kunststoff hergestellt, um deren Langlebigkeit und/oder Maßhaltigkeit sicherzustellen.
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Nachfolgend soll der Funktionsablauf für den Schalter 1 näher dargestellt werden.
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In 4 ist die Ruhestellung für das Kontaktsystem 5 zu sehen. Der Drücker 9 befindet sich in der Ruheposition. Der Zwangstrenner 10 ist im Anschluß 14 (NC) gelagert. Die Lagerung erlaubt einen rotatorischen Freiheitsgrad. Der Zwangstrenner 10 liegt auf dem beweglichen Kontaktträger 19 auf.
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Weiter ist in 5 die Schaltstellung für das Kontaktsystem 5 im Normalfall zu sehen, wobei die Kontaktpaarung 6, 8 nicht verschweißt ist. Dabei ist die Zugfeder 17 aufgrund der Bewegung des Betätigungsorgans 9 durchgebogen. Der Drücker 9 ist bis zum Nennschaltpunkt betätigt. Der bewegliche Kontaktträger 19 schnappt in die untere Schaltposition um, so daß die Kontakte 6, 7 aneinander anliegen. Der Zwangstrenner 10 liegt ohne äußere Krafteinwirkung immer noch auf dem Kontaktträger 19 auf. Vorteilhafterweise steht bei Wärmelagerung der Zwangstrenner 10 nicht unter Spannung, so daß ein zur Zerstörung führendes plastisches Fließen ausgeschlossen ist.
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Die 6 zeigt nun den Sonderfall der Schaltstellung für das Kontaktsystem 5, bei dem die Kontakte 6, 8 verschweißt sind. Der Drücker 9 ist bis zum Nennschaltpunkt betätigt. Aufgrund des Verschweißens des oberen Festkontakts 8 mit dem Schaltkontakt 6 auf dem beweglichen Kontaktträger 19 ist nun der Vorsprung 21 am Drücker 9 mit einem kleinen Abstand zum Zwangstrenner 10 angeordnet.
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Anhand der 7 ist nun das mechanische Auftrennen der Kontakte 6, 8 näher zu sehen. Der Drücker 9 wird weiter betätigt. Damit steigt auch die Kraft, welche von der Zugfeder 17 auf den Kontaktträger 19 aufgebracht wird. Dies ist noch die normale Funktion des Schalters 1. Nun kommt der Vorsprung 21 des Drückers 9 mit dem Zwangstrenner 10 in Eingriff. Es wirkt abzüglich von Reibverlusten und dem Gegenmoment der Zugfeder 17 die direkt über den Drücker 9 eingeleitete Kraft auf den Zwangstrenner 10 an der Stelle S1 ein. Dieser wiederum leitet diese Kraft kontaktnah auf den beweglichen Kontaktträger 19 an der Stelle S2 ein. Dies führt schließlich zu einem Auftrennen der Verschweißung an der Stelle S3.
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Schließlich ist in 8 die Endstellung des Drückers 9 gezeigt, in der der Drücker 9 mit seiner Gabel 22 komplett am inneren Anschlag am Sockel 3 befindlich ist. Der Zwangstrenner 10 liegt auf der Schaltzunge 19. Der Drücker 9 liegt mittels Führungsflächen an der Gabel 22 gerade an. Das Abkippen und Verkanten des Drückers 9 in seiner Führung ist vorteilhafterweise nicht möglich.
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Eine weitere Besonderheit stellt die unsymmetrische Auflagefläche 20 des Zwangstrenners 10 auf dem Kontaktträger 19 dar, welche in 9 zu sehen ist. Durch die asymmetrisch geformte Auflagefläche des Trennelements 10 in der Art eines Nockens 25 wird eine seitliche Walkbewegung des Kontaktträgers 19 und damit ein Abrollen der Kontakte 6, 8 zueinander erzeugt. Wirkt die durch den Drücker 9 eingebrachte Kraft auf den Zwangstrenner 10, so berührt dieser die bewegliche Schaltzunge 19 vorerst nur einseitig. Dadurch tendiert das elastische Zungenmaterial der Schaltzunge 19 zum leichten Kippen, was sich als eine Art von Walkbewegung zwischen dem Schaltkontakt 6 und dem Festkontakt 8 zueinander bemerkbar macht, wie in 10 schematisch dargestellt ist. Dies unterstützt zusätzlich das reine kraftbedingte Aufreißen der Verschweißung und dient damit zusätzlich dem vereinfachten Auftrennen der Verschweißung.
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So kann der beschriebene Zwangstrenner nicht nur bei Schnapp- und/oder Mikroschaltern sondern auch bei sonstigen elektrischen Schaltern, beispielsweise bei Geräteschaltern, Verwendung finden.
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Bezugszeichenliste
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- 1:
- (elektrischer) Schalter
- 2:
- Gehäuse
- 3:
- Sockel
- 4:
- Deckel
- 5:
- Kontaktsystem
- 6:
- Schaltkontakt
- 7,8:
- Festkontakt
- 9:
- Betätigungsorgan / Drücker
- 10:
- Trennelement / (einarmiger) Hebel / Zwangstrenner
- 11:
- Ösenelement
- 12,13,14:
- (elektrischer) Anschluß
- 15:
- Dichtbalg
- 16:
- Schneidenlager
- 17:
- elastisches Element / Zugfeder
- 18:
- Welle (am Trennelement)
- 19:
- Schaltzunge (von Schaltkontakt) / Kontaktträger
- 20:
- Auflagefläche (am Trennelement)
- 21:
- Vorsprung
- 22:
- Gabel
- 23:
- Führungsfläche (am Trennelement)
- 24:
- (weitere) Führungsfläche (am Vorsprung)
- 25:
- (asymmetrisch geformte) Auflagefläche / Nocken
- 26:
- Trennebene
- 27:
- Dosierfläche (am Sockel)
