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TECHNISCHES GEBIET
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Die Erfindung betrifft einen Schutzschalter, umfassend ein Gehäuse und eine darin drehbar gelagerte Schaltwelle, wobei die Schaltwelle eine erste Wellenlagerfläche aufweist, welche mit einer ersten Gehäuselagerfläche im Gehäuse korrespondiert, und eine zweite Wellenlagerfläche, welche mit einer zweiten Gehäuselagerfläche im Gehäuse korrespondiert, und wobei die beiden Wellenlagerflächen koaxial angeordnet sind und wobei der Radius der ersten Wellenlagerfläche kleiner ist als der Radius der zweiten Wellenlagerfläche.
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STAND DER TECHNIK
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Die
EP 0 209 058 A2 offenbart einen Schutzschalter mit einem Gehäuse und einer darin drehbar gelagerten Schaltwelle. In der Schaltwelle ist ein Kontaktarm drehbar gelagert, welcher an seinem freien Ende einen Kontakt aufweist, der im EIN-Zustand des Schutzschalters gegen einen im Gehäuse fix angeordneten Kontakt gedrückt wird. Damit die Schaltwelle mechanisch stabil ist, sind die durch außenzylindrische Wellenlagerflächen gebildeten Lagersitze relativ groß ausgebildet. Nachteilig ist daran, dass das zum Drehen der Schaltwelle notwendige Drehmoment wegen der weit außen angreifenden Reibkräfte vergleichsweise groß ist.
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Aus der
EP 0 619 590 A1 ist ein weiterer Schutzschalter der oben genannten Art bekannt, allerdings sind die durch außenzylindrische Wellenlagerflächen gebildeten Lagersitze relativ klein ausgebildet. Dadurch verkleinert sind das zum Drehen der Schaltwelle notwendige Drehmoment, allerdings verringert diese Vorgangsweise auch die mechanische Stabilität der Schaltwelle ganz erheblich.
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Die
WO 2006/120149 A1 offenbart schließlich noch einen Schutzschalter mit einer Schaltwelle und einem darin drehbar gelagerten Kontaktarm. Der Kontaktarm weist an seinem freien Ende einen Kontakt auf, welcher gegen einen im Gehäuse fix angeordneten Kontakt gedrückt wird. Der Schutzschalter weist feststehende, fest mit dem Gehäuse verschraubte Laschen auf, welche bei der Montage der Schaltwelle in Taschen der Schaltwelle eintauchen. Die Laschen weisen an ihrem der Schaltwelle zugewandten Ende Bohrungen auf, in welche Achsen zur drehbaren Lagerung der Schaltwelle eingeführt ist. Die Achsen und Laschen sind aus Festigkeitsgründen aus Stahl gefertigt und verursachen somit zusätzliche Kosten, insbesondere weil diese von stromführenden Teilen isoliert werden müssen.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen verbesserten Schutzschalter anzugeben. Insbesondere soll die Schaltwelle leicht drehbar, mechanisch stabil und dennoch kostengünstig sein sowie leicht in das Gehäuse des Schutzschalters eingebaut werden können.
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Diese Aufgabe wird mit einem Schutzschalter der eingangs genannten Art gelöst, bei dem die erste Wellenlagerfläche in Form eines Zylindermantelsegments ausgebildet ist. Mit anderen Worten umfasst die erste Wellenlagerfläche keinen vollen Zylindermantel bzw. umschließt einen Winkel von < 360°.
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Dadurch kann die Schaltwelle auch mittig abgestützt werden, ohne dass dadurch das Drehmoment zur Betätigung der Schaltwelle merklich ansteigen würde. Gleichzeitig ist die Schaltwelle aufgrund der besonderen Konstruktion außerordentlich stabil, da der Querschnitt und damit die axialen Flächenträgheitsmomente sowie das polare Flächenträgheitsmoment vergleichsweise groß sind. Schließlich gestaltet sich auch die Montage der Schaltwelle im Gehäuse denkbar einfach, da diese nur zwischen zwei Gehäusehälften eingesetzt werden muss, ohne dass dabei ein aufwendiges Einfädeln einer Achse (wie etwa bei der
WO 2006/120149 A1 ) vonnöten wäre.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung in Zusammenschau mit den Figuren.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn im EIN-Zustand des Schutzschalters beziehungsweise während einer Bewegung in diesen Zustand eine auf die erste Wellenlagerfläche gerichtete Lagerkraft wirkt. Dadurch ist der Schutzschalter während des Einschaltvorgangs vergleichsweise leichtgängig.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn im AUS-Zustand respektive im AUSGELÖST-Zustand des Schutzschalters beziehungsweise während einer Bewegung in diesen Zustand/in diese Zustände eine auf die zweite Wellenlagerfläche gerichtete Lagerkraft wirkt. Dadurch ist der Schutzschalter auch während des Ausschaltvorgangs beziehungsweise während des Auslösevorgangs vergleichsweise leichtgängig.
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Vorteilhaft ist es, wenn auch die zweite Wellenlagerfläche in Form eines Zylindermantelsegments ausgebildet ist. Somit sind beide Wellenlagerflächen in Form von Zylindermantelsegmenten ausgebildet. Mit anderen Worten umfasst auch die zweite Wellenlagerfläche keinen vollen Zylindermantel bzw. umschließt einen Winkel von < 360°. Dadurch kann die Schaltwelle unter Umständen konstruktiv einfacher aufgebaut werden.
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Insbesondere ist es in obigem Zusammenhang von Vorteil, wenn die erste Wellenlagerfläche wenigstens abschnittsweise in einem von der zweiten Wellenlagerfläche freien Winkelbereich verläuft. Dadurch können die beiden Wellenlagerflächen im Wesentlichen einander gegenüberliegend angeordnet werden, im Speziellen an derselben axialen Position.
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Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn die erste Wellenlagerfläche konkav und die zweite Wellenlagerfläche konvex ausgebildet sind. Somit weist die Schaltwelle eine als Teilfläche eines Innenzylinders ausgebildete erste Wellenlagerfläche auf, welche mit einer Teilfläche eines Außenzylinders des Gehäuses zusammenwirkt. Darüber hinaus weist die Schaltwelle eine als (Teil)fläche eines koaxial angeordneten Außenzylinders ausgebildete zweite Wellenlagerfläche auf, welche mit einer (Teil)fläche eines Innenzylinders zusammenwirkt.
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Besonders vorteilhaft ist es in obigem Zusammenhang, wenn das der ersten Wellenlagerfläche zugeordnete Zylindermantelsegment einen Winkel von maximal 180° aufweist. Dadurch kann die Schaltwelle auf einfache Weise auf einen Gehäusevorsprung mit der ersten Gehäuselagerfläche aufgesetzt werden.
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Vorteilhaft ist es darüber hinaus, wenn beide Wellenlagerflächen konvex ausgebildet sind. Somit weist die Schaltwelle eine als Teilfläche eines Außenzylinders ausgebildete erste Wellenlagerfläche auf, welche mit einer Teilfläche eines Innenzylinders des Gehäuses zusammenwirkt. Darüber hinaus weist die Schaltwelle eine als (Teil)fläche eines koaxial angeordneten Außenzylinders ausgebildete zweite Wellenlagerfläche auf, welche ebenfalls mit einer (Teil)fläche eines Innenzylinders zusammenwirkt.
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Besonders vorteilhaft ist es in obigem Zusammenhang, wenn ein der ersten Gehäuselagerfläche zugeordnetes Zylindermantelsegment einen Winkel von maximal 180° aufweist. Dadurch kann die Schaltwelle wiederum auf einfache Weise auf einen Gehäusevorsprung mit der ersten Gehäuselagerfläche aufgesetzt werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:
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1 eine Schrägansicht eines beispielhaften Schutzschalters;
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2 den Schutzschalter aus 1 mit abgehobenem Gehäusedeckel;
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3 die Schaltwelle aus dem Schutzschalter der 1 und 2 schräg von unten gesehen;
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4 der Gehäuseunterteil des Schutzschalters der 1 und 2 schräg von oben gesehen;
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5 einen Längsschnitt durch den Schutzschalter im Bereich der Schaltwelle;
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6 einen ersten Querschnitt durch den Schutzschalter im Bereich der Schaltwelle;
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7 einen zweiten Querschnitt durch den Schutzschalter im Bereich der Schaltwelle;
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8 eine schematische Darstellung der Schaltwellen-Kontakt-Anordnung bei geschlossenem Schaltontakt und
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9 eine schematische Darstellung der Schaltwellen-Kontakt-Anordnung bei offenem Schaltontakt.
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DETAILIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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1 zeigt eine Schrägansicht eines beispielhaften Schutzschalters 1, welcher ein Gehäuse 2 aufweist, das ein Gehäuseunterteil 3 und ein Gehäuseoberteil 4 umfasst. Des Weiteren umfasst der Schutzschalter 1 Anschlüsse 5 sowie ein Betätigungselement 6 zum Ein- und Ausschalten des Schutzschalters 1 respektive zur Anzeige des Schaltzustands des Schutzschalters 1.
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2 zeigt den Schutzschalter 1 aus 1 mit abgehobenem Gehäuseoberteil 4, wodurch der Blick in das Innere des Schutzschalters 1 freigegeben ist. Im Schutzschalter 1 ist eine Schaltwelle 7 drehbar gelagert. In der Schaltwelle 7 sind wiederum mehrere Kontaktarme 8 drehbar gelagert, welche an ihrem Ende je einen Schaltkontakt 9 aufweisen. In der Schließstellung wird der Kontaktarm 8 beziehungsweise der Schaltkontakt 9 gegen einen gehäusefesten Kontakt gedrückt, sodass die Anschlüsse 5 und 10 elektrisch verbunden sind. Bei einem übermäßigen Strom über die Anschlüsse 5 und 10 wird der Kontaktarm 8 durch elektrodynamische Kräfte aufgeschleudert und bleibt nach der Auslösung bis zum Verdrehen der Schaltwelle 7 in die AUS-Stellung in der OFFEN-Stellung.
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3 zeigt nun die Schaltwelle 7 aus dem Schutzschalter 1 der 1 und 2 schräg von unten gesehen. Gut sichtbar sind die Ausnehmungen für die Kontaktarme 8 sowie mehrere erste Wellenlagerflächen 11 und zweite Wellenlagerflächen 12.
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4 zeigt den gesondert dargestellten Gehäuseunterteil 3 des Schutzschalters 1 der 1 und 2 schräg von oben gesehen. Insbesondere sind aus der 4 Vorsprünge mit ersten Gehäuselagerflächen 13 erkennbar.
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5 zeigt einen Längsschnitt durch den Schutzschalter 1 im Bereich der Schaltwelle 7. Aus der 5 geht insbesondere hervor, dass die erste Wellenlagerfläche 11 mit der ersten Gehäuselagerfläche 13 und die zweite Wellenlagerfläche 12 mit einer zweiten Gehäuselagerfläche 14 im Gehäuse 2 korrespondiert.
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6 zeigt weiterhin einen ersten Querschnitt AA durch den Schutzschalter 1 im Bereich der Schaltwelle 7 auf Höhe eines Verbindungshebels 15, welche die Schaltwelle 7 mit einem an sich bekannten und daher nicht dargestellten Schaltmechanismus verbindet. Über den Schaltmechanismus sind das Betätigungselement 6 und die Schaltwelle 7 miteinander gekoppelt. Der Verbindungshebel 15 ist dabei mittels eines Bolzens 16 mit der Schaltwelle 7 und mittels eines Bolzens 17 mit dem Schaltmechanismus verbunden.
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7 einen darüber hinaus einen zweiten Querschnitt BB durch den Schutzschalter 1 im Bereich der Schaltwelle 7, aus dem insbesondere das Zusammenwirken der ersten Wellenlagerfläche 11 mit der ersten Gehäuselagerfläche 13 und der zweiten Wellenlagerfläche 12 mit der zweiten Gehäuselagerfläche 14 erkennbar ist.
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Zusammenfassend ergibt sich somit ein Schutzschalter 1, umfassend ein Gehäuse 2 und eine darin drehbar gelagerte Schaltwelle 7,
- – wobei die Schaltwelle 7 eine erste Wellenlagerfläche 11 aufweist, welche mit einer ersten Gehäuselagerfläche 13 im Gehäuse 2 korrespondiert, und eine zweite Wellenlagerfläche 12, welche mit einer zweiten Gehäuselagerfläche 14 im Gehäuse 2 korrespondiert,
- – wobei die beiden Wellenlagerflächen 11. 12 koaxial (um die Achse x) angeordnet sind, wobei
- – wobei der Radius der ersten Wellenlagerfläche 11 kleiner ist als der Radius der zweiten Wellenlagerfläche 12, und wobei
- – die erste Wellenlagerfläche 11 in Form eines Zylindermantelsegments ausgebildet ist.
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In dem konkret in den Figuren dargestellten Beispiel ist auch die zweite Wellenlagerfläche 12 in Form eines Zylindermantelsegments ausgebildet. Die beiden Wellenlagerflächen 11 und 12 umschließen daher jeweils einen Winkel von < 360°. Insbesondere weist das der ersten Wellenlagerfläche 11 zugeordnete Zylindermantelsegment einen Winkel von ≤ 180° auf.
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Die erste Wellenlagerfläche 11 verläuft im gezeigten Beispiel zudem wenigstens abschnittsweise in einem von der zweiten Wellenlagerfläche 12 freien Winkelbereich und ist im Wesentlichen gegenüberliegend der zweiten Wellenlagerfläche 12 angeordnet. Die beiden Wellenlagerflächen 11 und 12 befinden sich im Speziellen an derselben axialen Position. Ein weiteres Merkmal der in den Figuren dargestellten Anordnung ist, dass die erste Wellenlagerfläche 11 konkav und die zweite Wellenlagerfläche 12 konvex ausgebildet ist. Das heißt, die erste Wellenlagerfläche 11 ist als Teilfläche eines Innenzylinders ausgebildet und die erste Gehäuselagerfläche 13 ist als Teilfläche eines Außenzylinders ausgebildet. Zudem ist die zweite Wellenlagerfläche 12 als Teilfläche eines Außenzylinders ausgebildet, und die zweite Gehäuselagerfläche 14 ist als Teilfläche eines Innenzylinders ausgebildet.
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Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen ergibt sich eine Reihe an Vorteilen:
- – Insbesondere aus der 7 ist ersichtlich, dass die Schaltwelle 7 mit der ersten Wellenlagerfläche 11 auf den die erste Gehäuselagerfläche 13 aufweisenden Vorsprung im Gehäuseunterteil 3 aufgesetzt werden kann. Das heißt, das Einfädeln einer gesonderten Achse entfällt, wodurch der Montagevorgang der Schaltwelle 7 sehr einfach ist. Im Wesentlichen wird der Montage der Schaltwelle 7 durch das Aufsetzen des Gehäuseoberteils 4 komplettiert.
- – Insbesondere aus der 7 ist weiterhin ersichtlich, dass die Schaltwelle auch auf Höhe der ersten Wellenlagerfläche 11 einen vergleichsweise großen Querschnitt aufweist, wodurch auch die axialen Flächenträgheitsmomente sowie das polare Flächenträgheitsmoment vergleichsweise groß sind. Das heißt die Schaltwelle 7 ist gegenüber Biege- und Torsionsbelastungen außerordentlich stabil.
- – Aus den 4 und 5 ist darüber hinaus ersichtlich, dass die Schaltwelle 7 nicht nur an deren Enden, sondern auch mittig abgestützt ist. Dies ist eine weitere Maßnahme, die einer übermäßigen Verformung der Schaltwelle 7 entgegenwirkt. Durch die große Steifigkeit der Schaltwelle kann auf Außenlagerstellen grundsätzlich aber auch verzichtet werden.
- – Das Drehmoment zur Betätigung der Schaltwelle 7 ist wegen des geringen Radius der ersten Wellenlagerfläche 11 sehr klein. Zumindest betrifft dies den EIN-Zustand und den Einschaltvorgang. Die 8 und 9 verdeutlichen, was damit gemeint ist.
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Die 8 zeigt eine schematische Darstellung der Schaltwellen-Kontakt-Anordnung im EIN-Zustand bei geschlossenem Schaltontakt, das heißt der Schaltmechanismus (nicht dargestellt) erzeugt über den Verbindungshebel 15 ein gegen den Uhrzeigersinn wirkendes Drehmoment auf die Schaltwelle 7. Dadurch wird der Kontaktarm 8 mit dem Kontakt 9 gegen den Anschluss 5 gedrückt. Es wirken die schematisch dargestellten Kräfte, nämlich die Kontaktkraft FK, die Hebelkraft FH und die Lagerkraft FL. Aus der 8 ist ersichtlich, dass die Lagerkraft FL in diesem Zustand auf die erste Wellenlagerfläche 11 gerichtet ist. Aufgrund der Hebellängen ist die Lagerkraft FL verhältnismäßig groß. Dies stört aber kaum, da die durch die Lagerkraft FL hervorgerufene Reibkraft aufgrund des kleinen Radius der ersten Wellenlagerfläche 11 nur einen kleines Drehmoment hervorruft, das der Hebelkraft FH entgegenwirkt. Das heißt, dass der Schutzschalter 1 während des Einschaltvorgangs vergleichsweise leichtgängig ist.
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9 zeigt die Anordnung aus 8 nun bei offenen beziehungsweise sich öffnendem Kontakt, das heißt den AUS-Zustand des Schutzschalters 1 respektive dessen AUSGELÖST-Zustand. In diesem Zustand wirken auf die Schaltwelle 7 wegen des Wegfalls der Kontaktkraft FK nur vergleichsweise kleine Kräfte ein, konkret die Hebelkraft FH und die Lagerkraft FL. Aus der 9 ist ersichtlich, dass die Lagerkraft FL in diesem Zustand auf die zweite Wellenlagerfläche 12 gerichtet ist. Zwar greift die durch die Lagerkraft FL hervorgerufene Reibkraft deutlich weiter außen an als in dem in der 8 dargestellten Zustand, jedoch ist diese wegen der nur geringen Lagerkraft FL auch deutlich kleiner. Insgesamt ruft die genannte Reibkraft wiederum nur ein kleines der Hebelkraft FH entgegenwirkendes Drehmoment hervor, das in gut beherrschbarem Rahmen bleibt. Das heißt, dass der Schutzschalter 1 auch in diesem Schaltzustand und während des Ausschaltvorgangs vergleichsweise leichtgängig ist.
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Durch die vorgestellten Maßnahmen ist die Schaltwelle 7 also einerseits sehr stabil, gut montierbar und gut gelagert, bleibt andererseits aber auch in den verschiedenen Schaltzuständen des Schutzschalters 1 stets leichtgängig.
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In dem in den Figuren dargestellten Beispielen wurde stets davon ausgegangen, dass die erste Wellenlagerfläche 11 konkav ausgebildet ist. Dies ist aber keine notwendige Bedingung für die Erfindung. Gleichermaßen ist vorstellbar, dass beide Wellenlagerflächen 11, 12 konvex ausgebildet sind. Die Schaltwelle 7 weist dann eine als Teilfläche eines Außenzylinders ausgebildete erste Wellenlagerfläche 11 auf, welche mit einer Teilfläche eines Innenzylinders des Gehäuses 2 zusammenwirkt. Der die erste Gehäuselagerfläche 13 tragende Vorsprung (siehe 4) weist dann eine entsprechende hohlzylindrische Einbuchtung auf. Vorteilhaft weist dieses der ersten Gehäuselagerfläche 13 zugeordnete Zylindermantelsegment einen Winkel von ≤ 180° auf, sodass die Schaltwelle 7 durch einfaches Zusammensetzen der Gehäusehälften 3 und 4 montiert werden kann.
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Denkbar ist generell auch, dass sich die erste Wellenlagerfläche 11 und die zweite Wellenlagerfläche 12 nicht an derselben axialen Position befinden. Die erste Wellenlagerfläche 11 verläuft somit nicht zwangsläufig wenigstens abschnittsweise in einem von der zweiten Wellenlagerfläche 12 freien Winkelbereich und ist daher auch nicht zwangsläufig im Wesentlichen gegenüberliegend der zweiten Wellenlagerfläche 12 angeordnet.
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Abschließend wird angemerkt, dass der Schutzschalter 1 respektive dessen Bauteile nicht notwendigerweise maßstäblich dargestellt sind und daher auch andere Proportionen aufweisen können. Weiterhin kann ein Schutzschalter 1 auch mehr oder weniger Bauteile als dargestellt umfassen. Lageangaben (z.B. „oben“, „unten“, „links“, „rechts“, etc.) sind auf die jeweils beschriebene Figur bezogen und sind bei einer Lageänderung des Schutzschalters 1 sinngemäß an die neue Lage anzupassen. Schließlich wird angemerkt, dass sich die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung auf beliebige Art und Weise kombinieren lassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0209058 A2 [0002]
- EP 0619590 A1 [0003]
- WO 2006/120149 A1 [0004, 0007]
