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Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Schalter, insbesondere einen Leistungsschalter, zum Schalten eines elektrischen Stromes, wobei der Schalter geeignet ist, in eine Schalteraufnahmeeinrichtung eingeführt zu werden.
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Bekanntermaßen werden Schalter, beispielsweise Leistungsschalter, in geeigneten Schalteraufnahmeeinrichtungen montiert, bei denen es sich beispielsweise um Einschubrahmen handeln kann. Das Einbringen der Schalter in solche Einschubrahmen kann beispielsweise durch ein ”Hereinkurbeln” erfolgen, und das Entnehmen der Schalter aus den Einschubrahmen kann beispielsweise durch ein ”Herauskurbeln” erfolgen.
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Während des Betriebs der Schalter innerhalb der Einschubrahmen kann es zu Überstromsituationen kommen, beispielsweise im Falle eines Kurzschlusses. Im Falle eines Überstromes entstehen relativ große magnetische Kräfte, die mechanisch auf den im Einschubrahmen befindlichen Schalter einwirken und diesen nach vorn aus dem Einschubrahmen herausbewegen wollen. Ein solches Herausbewegen der Schalter kann, auch wenn die Bewegungsstrecke nur gering ist, den Kontakt zwischen dem Schalter und dem Einschubrahmen unterbrechen, so dass ein Lichtbogen im Bereich der üblicherweise als Lamellenblöcke ausgeführten Kontakte zwischen Schalter und Einschubrahmen resultieren kann. Lichtbögen können wiederum zu eine irreversiblen Zerstörung des Schalters und der Schaltanlage insgesamt führen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schalter anzugeben, der in eine Schalteraufnahmeeinrichtung eingeführt werden kann und auch im Falle einer Überstromsituation dort sicher positioniert bleibt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Schalter mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Schalters sind in Unteransprüchen angegeben.
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Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Schalter eine Verriegelungseinrichtung aufweist, die im Falle eines Überstromes ein Verriegelungselement der Verriegelungseinrichtung in eine den Schalter in der Schalteraufnahmeeinrichtung mechanisch verriegelnde Stellung bewegt.
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Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Schalters ist darin zu sehen, dass dessen Verriegelungseinrichtung eine Montage des Schalters in der Schalteraufnahmeeinrichtung nicht behindert, da die erfindungsgemäß vorgesehene Verriegelungseinrichtung lediglich im Falle eines Überstromes ein Verriegelungselement in eine den Schalter in der Schalteraufnahmeeinrichtung mechanisch verriegelnde Stellung bewegt. Beim Einbringen des Schalters wird sich das Verriegelungselement somit in einer nicht verriegelnden Stellung befinden, so dass es dem Einführen bzw. Einbringen des Schalters in die Schalteraufnahmeeinrichtung nicht im Wege steht. Erst im Falle einer Überstromsituation wird das Verriegelungselement aktiviert und verriegelt den Schalter innerhalb der Schalteraufnahmeeinrichtung.
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Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn die Verriegelungseinrichtung derart ausgestaltet ist, dass sie im Falle eines Überstromes das Verriegelungselement in die verriegelnde Stellung bewegt und dort hält und sich das Verriegelungselement ansonsten in eine unverriegelnde Stellung – vorzugsweise schwerkraftbedingt selbsttätig oder aufgrund einer Rückstellfederkraft – zurückbewegt. Bei dieser Ausgestaltung nimmt das Verriegelungselement nur dann seine verriegelnde Stellung ein, wenn eine Überstromsituation vorliegt; vor einer solchen Überstromsituation und nach Beendigung der Überstromsituation geht das Verriegelungselement wieder in seine unverriegelnde Stellung über, so dass – beispielsweise zu Wartungszwecken – der Schalter ohne weiteres wieder aus der Schalteraufnahmeeinrichtung entnommen werden kann, ohne dass ein solches Entnehmen durch das Verriegelungselement blockiert werden würde.
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Die Verriegelungseinrichtung arbeitet vorzugsweise elektromagnetisch unter Ausnutzung des elektromagnetischen Feldes, das von einem durch den Schalter fließenden Strom erzeugt wird.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des Schalters ist vorgesehen, dass die Verriegelungseinrichtung ein Joch und ein bewegliches Ankerelement umfasst, das im Falle eines Überstromes aufgrund der vom Überstrom hervorgerufenen magnetischen Kraft in Richtung Joch bewegt wird, wobei das Ankerelement selbst das Verriegelungselement bildet oder mit diesem mittelbar oder unmittelbar in Verbindung steht. Mit einem Joch und einem dazu beweglichen Ankerelement lässt sich in sehr einfacher Weise ein Überstrom feststellen und eine Bewegung des Verriegelungselements hervorrufen, da nämlich nur relativ wenige Teile zusammenarbeiten müssen.
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Besonders bevorzugt bestehen das Joch und das Ankerelement aus einem magnetisierbaren Material, um im Falle eines Überstromes einen zum Bewegen des Ankerelements nötigen magnetischen Fluss gut magnetisch leiten zu können.
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Darüber hinaus wird es als vorteilhaft angesehen, wenn der Schalter ein den zu schaltenden Strom leitendes Leiterelement aufweist, das derart zwischen dem Joch und dem Ankerelement angeordnet ist, dass ein durch das Leiterelement fließender Strom einen magnetischen Fluss um das Leiterelement herum in dem durch das Joch und das Ankerelement gebildeten magnetischen Kreis hervorruft. Bei dieser Anordnung wird in sehr Platz sparender und damit vorteilhafter Weise eine Detektion einer Überstromsituation ermöglicht, da nämlich der von den Schalter zu schaltende Strom unmittelbar zwischen dem Joch und dem Ankerelement hindurchgeführt wird.
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Vorzugsweise ist das Leiterelement durch eine durch das Joch und das Ankerelement gebildete Öffnung hindurchgeführt.
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Mit Blick auf eine Platz sparende Anordnung der Komponenten wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Längsrichtung des Leiterelements senkrecht zu der Öffnungsfläche ausgerichtet ist, die durch das Joch und das Ankerelement begrenzt ist.
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Mit Blick auf einen einfachen mechanischen Aufbau wird es als vorteilhaft angesehen, wenn das Ankerelement durch einen schwenkbar gelagerten Klappanker gebildet ist oder einen solchen auch umfasst. Vorzugsweise ist der Klappanker derart angeordnet, dass er schwerkraftbedingt stets in eine Position klappen wird, in der der Schalter und die Schalteraufnahmeeinrichtung unverriegelt sind.
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Eine Kraftübertragung zwischen dem Verriegelungselement und dem Ankerelement kann beispielsweise durch ein Verbindungselement gewährleistet sein, das das Verriegelungselement und das Ankerelement miteinander mittelbar oder unmittelbar mechanisch verbindet. Vorzugsweise besteht ein solches Verbindungselement aus nichtleitendem Material, vorzugsweise Kunststoff, um eine kapazitive Kopplung mit den elektrisch leitenden Komponenten des elektrischen Schalters, insbesondere dem zwischen dem Joch und dem Ankerelement angeordneten Leiterelement, zu vermeiden.
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Mit Blick auf eine besonders große Stabilität des Gehäuses wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Gehäuserückseite des Schalters durch einen rückseitigen Abschnitt eines hinteren Gehäuseelements des Schaltergehäuses und eine hintere Stützplatte gebildet ist, die auf dem rückseitigen Abschnitt des hinteren Gehäuseelements montiert ist.
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Bei einer solchen ”doppelschaligen” Ausgestaltung der Gehäuserückseite wird es als vorteilhaft angesehen, wenn das Verbindungselement zumindest abschnittsweise zwischen dem rückseitigen Abschnitt des hinteren Gehäuseelements und der hinteren Stützplatte angeordnet ist. Bei einer solchen Ausgestaltung wird vermieden, dass durch das Verbindungselement zusätzlicher Raumbedarf außerhalb des Schaltergehäuses hervorgerufen wird.
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Mit Blick auf eine gute Isolation des Schaltergehäuses gegenüber den Strom führenden Teilen wird es als vorteilhaft angesehen, wenn sowohl das hintere Gehäuseelement als auch die hintere Stützplatte aus einem nichtleitenden Material, beispielsweise einem Kunststoffmaterial bestehen.
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Mit Blick auf eine geeignete Führung des Verbindungselements wird es als vorteilhaft angesehen, wenn das hintere Gehäuseelement an seinem rückseitigen Abschnitt eine Nut aufweist, in der das Verbindungselement zumindest abschnittsweise verschieblich geführt ist. Bei dieser Ausgestaltung befindet sich das Verbindungselement also in der Nut zwischen dem rückseitigen Abschnitt des hinteren Gehäuseelements und der hinteren Stützplatte, die das Schaltergehäuse nach außen abschließt.
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Die Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf eine Anordnung mit einer Schalteraufnahmeeinrichtung und einem elektrischen Schalter, wie er oben beschrieben ist, wobei der Schalter entlang einer vorgegebenen Einschubrichtung in die Schalteraufnahmeeinrichtung eingeschoben ist.
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Bezüglich der Vorteile der erfindungsgemäßen Anordnung sei auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Schalter verwiesen, da die Vorteile der erfindungsgemäßen Anordnung denen des erfindungsgemäßen Schalters im Wesentlichen entsprechen.
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Als vorteilhaft wird es angesehen, wenn im Falle eines Überstromes das Verriegelungselement des Schalters in eine den Schalter in der Schalteraufnahmeeinrichtung mechanisch verriegelnde Stellung bewegt wird, in der sich das Verriegelungselement – entlang der Einschubrichtung gesehen – hinter einem Rahmenelement der Schalteraufnahmeeinrichtung befindet. In dieser Weise wird besonders einfach und effizient eine Verriegelung des Schalters innerhalb der Schalteraufnahmeeinrichtung bewirkt.
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Das Verbindungselement kann beispielsweise durch einen Bolzen gebildet werden, der im Falle eines Überstroms (entlang der Einschubrichtung gesehen) entlang seiner Bolzenlängsrichtung hinter das Rahmenelement der Schalteraufnahmeeinrichtung geschoben wird.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert; dabei zeigen beispielhaft
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1 eine Anordnung mit einer Schalteraufnahmeeinrichtung und einem Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Schalter in einer dreidimensionalen Darstellung von hinten,
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2 die Anordnung gemäß 1 in einer dreidimensionalen Detaildarstellung,
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3 die Anordnung gemäß 1 in einer Sicht von hinten und
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4 die Anordnung gemäß 1 in einer Sicht von der Seite.
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Der Übersicht halber werden in den Figuren für vergleichbare oder identische Komponenten stets dieselben Bezugszeichen verwendet.
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In der 1 erkennt man eine Anordnung mit einem Leistungsschalter 5, der in eine Schalteraufnahmeeinrichtung in Form eines Einschubrahmens 10 eingeführt ist. Die Gehäuserückseite des Leistungsschalters 5 ist in der 1 mit dem Bezugszeichen 15 gekennzeichnet.
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Die 2 zeigt die Anordnung gemäß 1 näher im Detail. Man erkennt, dass der Einschubrahmen 10 ein Rahmenelement 20 aufweist, das mit einer Verriegelungseinrichtung 25 des Leistungsschalters 5 zusammenwirkt.
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Die Verriegelungseinrichtung 25 des Leistungsschalters 5 umfasst ein magnetisches Joch 30, das im Querschnitt näherungsweise U-förmig ausgestaltet ist. Mit dem magnetischen Joch 30 wirkt ein Ankerelement in Form eines Klappankers 35 der Verriegelungseinrichtung 25 zusammen. Der Klappanker 35 ist um eine Schwenkachse 40 an dem magnetischen Joch 30 verschwenkbar gelagert. Das Joch 30 sowie der Klappanker 35 bilden gemeinsam eine Öffnung 45, durch die ein Leiterelement 50 hindurchgeführt ist. Das Leiterelement 50 dient dazu, den vom Leistungsschalter 5 zu schaltenden elektrischen Strom zu leiten. Die Anordnung des Leiterelements 50 ist vorzugsweise derart gewählt, dass dieses die Öffnung 45 zumindest näherungsweise senkrecht durchsetzt.
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Handelt es sich bei dem Leistungsschalter 5 um einen mehrphasigen Schalter, so ist das Leiterelement 50 vorzugsweise dazu geeignet, eine der Phasen des mehrphasigen Stromes zu leiten.
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In der 2 lässt sich darüber hinaus ein Verbindungselement 55 erkennen, das entlang seiner Längsachse verschieblich gelagert ist. Ein unteres Ende 60 des Verbindungselements liegt auf dem äußeren Hebelende 65 des Klappankers 35 auf.
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Das in der 2 obere Ende 70 des Verbindungselements 55 steht mit einem Verriegelungselement 75 in Form eines Bolzens in Verbindung. Das Verriegelungselement 75 ist in einem Durchgangsloch einer Querstrebe 80 verschieblich geführt, so dass es mit seinem oberen Ende durch die Querstrebe 80 hindurch nach oben geschoben werden kann und somit in Einschubrichtung gesehen hinter dem Rahmenelement 20 positioniert werden kann.
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Die 3 zeigt die Anordnung gemäß den 1 und 2 nochmals in einer Sicht von hinten. Man erkennt die Gehäuserückseite 15 des Leistungsschalters 5 sowie die Verriegelungseinrichtung 25, die das magnetische Joch 30, den Klappanker 35, das Verbindungselement 55 sowie das Verriegelungselement 75 umfasst.
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Darüber hinaus lässt sich erkennen, dass die Querstrebe 80, die fest an der Gehäuserückseite 15 des Leistungsschalters 5 montiert ist, eine Durchgangsloch 81 umfasst, durch das das Verriegelungselement 75 hindurchgeschoben werden kann.
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Die Anordnung gemäß den 1 bis 3 funktioniert wie folgt:
Fließt durch das Leiterelement 50 des Leistungsschalters 5 ein Überstrom, also ein Strom, der eine vorgegebene Stromschwelle überschreitet, so wird der im magnetischen Joch 30 und in dem Klappanker 35 fließende magnetische Fluss so groß werden, dass die magnetische Kraft ausreicht, den Klappanker 35 um die Schwenkachse 40 entgegen der Uhrzeigerrichtung und entgegen der Schwerkraft nach oben zu verschwenken. Durch diese Schwenkbewegung wird der durch das Joch 30 und den Klappanker 35 gebildete magnetische Kreis geschlossen.
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Bei der Schwenkbewegung des Klappankers 35 entgegen der Uhrzeigerrichtung wird das Hebelende 65 des Klappankers 35 das untere Ende 60 des Verbindungselements 55 nach oben schieben, so dass das Verbindungselement 55 mit seinem oberen Ende 70 auch das Verriegelungselement 75 nach oben schieben wird.
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Durch das Nachobenschieben des Verriegelungselements 75 wird das obere Ende 76 des Verriegelungselements – in Einschubrichtung des Leistungsschalters 5 gesehen – hinter dem Rahmenelement 20 des Einschubrahmens 10 positioniert, so dass ein Herausziehen des Leistungsschalters 5 aus dem Einschubrahmen 10 verhindert wird.
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Das Hochbewegen des Verriegelungselements 75 im Falle einer Überlastsituation bzw. im Falle eines Überstromes wird aufgrund der geringen Masse der Verriegelungseinrichtung 25 schneller erfolgen als ein durch die Magnetkraft bedingtes Bewegen des Leistungsschalters 5 insgesamt. Mit anderen Worten wird also die Verriegelungseinrichtung 25 den Leistungsschalter 5 innerhalb des Einschubrahmens 10 schneller blockieren bzw. verriegeln, als der Leistungsschalter 5 aufgrund der auftretenden magnetischen Kraft aus dem Einschubrahmen 10 herausbewegt werden kann.
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Die 4 zeigt die Anordnung gemäß den 1 bis 3 nochmals in einer seitlichen Sicht. Man erkennt wiederum die Verriegelungseinrichtung 25 mit dem magnetischen Joch 30, dem Klappanker 35, dem Verbindungselement 55 sowie dem Verriegelungselement 75.
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Darüber hinaus lässt sich erkennen, dass die Gehäuserückseite 15 des Leistungsschalters 5 durch einen rückseitigen Abschnitt 100 eines hinteren Gehäuseelements 105 des Leistungsschalters 5 sowie eine hintere Stützplatte 110 gebildet ist, die auf dem rückseitigen Abschnitt 100 des hinteren Gehäuseelements 105 montiert ist.
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Darüber hinaus lässt sich in der 4 eine Nut 115 erkennen, die in dem rückseitigen Abschnitt 100 des hinteren Gehäuseelements 105 vorhanden ist. In dieser Nut 115 wird das Verbindungselement 55 verschieblich geführt.
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Mit anderen Worten ist das Verbindungselement 55 abschnittsweise zwischen dem hinteren Gehäuseelement 105 und der hinteren Stützplatte 110 angeordnet.
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Ein wesentlicher Vorteil des Leistungsschalters 5 gemäß den 1 bis 4 besteht darin, dass die Verriegelungseinrichtung 25 lediglich im Falle einer Überlastsituation aktiv ist. Lediglich dann, wenn der durch die Öffnung 45 des durch das magnetische Joch 30 und den Klappanker 35 gebildeten magnetischen Kreises fließende Strom zu groß wird, wird sich der Klappanker 35 entgegen der Schwerkraft nach oben bewegen und das Verbindungselement 55 und damit das Verriegelungselement 75 in eine verriegelnde Stellung bewegen. Vor einer solchen Überlastsituation und auch nach dem Abklingen einer solchen Überlastsituation wird der Klappanker 35 wieder in die in den Figuren dargestellte untere Schwenkposition übergehen, in der das Verriegelungselement 75 mit dem Rahmenelement 20 des Einschubrahmens 10 außer Eingriff steht.
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Die Verriegelungseinrichtung 25 ermöglicht somit eine sehr einfache Montage des Leistungsschalters 5 im Einschubrahmen 10. Beim Einschieben des Leistungsschalters 5 ist – wie erläutert – die Verriegelungseinrichtung 25 nämlich selbsttätig inaktiv und steht einem Einschieben des Leistungsschalters 5 in den Einschubrahmen 10 nicht im Wege. Auch eine Entnahme des Leistungsschalters 5 aus dem Einschubrahmen 10 ist jederzeit möglich, wenn keine Überstromsituation vorliegt. In einem solchen Falle wird sich nämlich der Klappanker 35 in seiner ”heruntergeklappten” Position befinden, so dass das Verriegelungselement 75 außer Eingriff mit dem Einschubrahmen steht.
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Ein Einführen, beispielsweise durch ein ”Hereinkurbeln”, oder ein Entnehmen, beispielsweise durch ein ”Herauskurbeln”, des Leistungsschalters 5 in bzw. aus dem Einschubrahmen 10 ist also jederzeit möglich, ohne dass die Verriegelungseinrichtung 25 dem entgegensteht.
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In den 1 bis 4 ist beispielhaft lediglich eine einzige Verriegelungseinrichtung 25 gezeigt. Handelt es sich um einen mehrphasigen Leistungsschalter, so wird es als vorteilhaft angesehen, wenn zwei oder mehr Verriegelungseinrichtungen 25 vorhanden sind, beispielsweise eine pro Phase.
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Im Falle eines dreiphasigen Schalters können auch nur zwei Verriegelungseinrichtungen 25 vorgesehen werden, beispielsweise eine für die erste Phase und eine für die dritte Phase.
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Bezugszeichenliste
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- 5
- Leistungsschalter
- 10
- Einschubrahmen
- 15
- Gehäuserückseite
- 20
- Rahmenelement
- 25
- Verriegelungseinrichtung
- 30
- Joch
- 35
- Klappanker
- 40
- Schwenkachse
- 45
- Öffnung
- 50
- Leiterelement
- 55
- Verbindungselement
- 60
- unteres Ende
- 65
- Hebelende
- 70
- oberes Ende
- 75
- Verriegelungselement
- 76
- oberes Ende
- 80
- Querstrebe
- 81
- Durchgangsloch
- 100
- rückseitiger Abschnitt
- 105
- Gehäuseelement
- 110
- Stützplatte
- 115
- Nut
