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Die Erfindung betrifft einen Leistungsschalter mit einer in einer Polschale aufgenommenen Vakuumschaltröhre aufweisend einen Festkontakt und einen Bewegkontakt sowie mit einer elektrisch isolierend ausgebildeten Antriebsstange zum Einleiten einer Antriebsbewegung von einem Schalterantrieb in den Bewegkontakt zum Öffnen bzw. Schließen des Kontaktsystems der Vakuumschaltröhre. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Vermeidung von Fehlausrichtungen einer Antriebsstange eines Leistungsschalters.
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Zum Öffnen bzw. Schließen des Kontaktsystems einer Vakuumschaltröhre wird ein Bewegkontakt entlang einer zentralen Achse der Vakuumschaltröhre relativ zu einem Festkontakt bewegt. Ein Schalterantrieb stellt eine entsprechende Antriebsbewegung bereit. Zum Einleiten der Antriebsbewegung in den Bewegkontaktanschlussbolzen der Vakuumschaltröhre dient eine elektrisch isolierend ausgebildete Antriebsstange, die den Schalterantrieb mit der Vakuumschaltröhre verbindet. Sowohl während des Zusammenbaus des Schalterpols des Leistungsschalters, als auch während seines Betriebs kann es zu Schiefstellungen dieser Antriebsstange kommen.
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Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, das feststehende und/oder das bewegbare Kontaktstück so auszuführen, dass eine ausreichende Funktionsweise der Kontaktanordnung auch bei Schiefstellungen der Antriebsstange noch gewährleistet ist. Diese Lösung ist teuer, da besonders große Kontaktflächen benötigt werden.
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Aus dem Stand der Technik ist es ebenfalls bekannt, zur Vermeidung solcher Fehlausrichtungen Führungssysteme zu verwenden, um Fehlfunktionen des Schalterpols von vornherein auszuschließen. Hierfür kommen zusätzliche, an der Polschale angebrachte Komponenten und Bauteile zum Einsatz, wie beispielsweise spezielle Führungslager, wodurch der konstruktive Aufbau des Schalterpols vergleichsweise komplex wird.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine besonders einfache und zugleich preiswerte Lösung zur Vermeidung von Fehlausrichtungen der Antriebsstange bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch einen Leistungsschalter nach Anspruch 1 bzw. durch ein Verfahren nach Anspruch 8 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Die im Folgenden im Zusammenhang mit dem Leistungsschalter erläuterten Vorteile und Ausgestaltungen gelten sinngemäß auch für das erfindungsgemäße Verfahren und umgekehrt.
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Der erfindungsgemäße Leistungsschalter umfasst eine in einer Polschale aufgenommene Vakuumschaltröhre mit einem Festkontakt und einem Bewegkontakt, eine elektrisch isolierend ausgebildete Antriebsstange zum Einleiten einer Antriebsbewegung von einem Schalterantrieb in den Bewegkontakt zum Öffnen bzw. Schließen des Kontaktsystems der Vakuumschaltröhre sowie ein radial zwischen der Antriebsstange und der Polschale vorgesehene Führungs- und/oder Zentriermittel, ausgebildet zur selbständigen axialen Ausrichtung der Antriebsstange in der Polschale, wobei das Führungs- und/oder Zentriermittel mit der Antriebsstange verbunden ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Vermeidung von Fehlausrichtungen einer Antriebsstange eines Leistungsschalters zeichnet sich dadurch aus, dass sich die Antriebsstange in der Polschale selbständig axial ausrichtet. Diese Selbstausrichtung erfolgt mit Hilfe eines radial zwischen der Antriebsstange und der Polschale vorgesehenen Führungs- und/oder Zentriermittels, welches mit der Antriebsstange verbunden ist.
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Eine Grundidee der Erfindung ist es, eine sich in der Polschale selbst zentrierende Antriebsstange bereitzustellen. Die für die Selbstausrichtung erforderlichen konstruktiven Mittel sind dabei an der Antriebsstange selbst angebracht. Vorzugsweise sind diese konstruktiven Mittel ausschließlich an der Antriebsstange selbst angebracht, so dass Veränderungen an der Polschale nicht erforderlich sind. Seitliche Bewegungen der Antriebsstange in der Polschale werden durch an der Antriebsstange angebrachte Führungs- und/oder Zentriermittel verhindert, welche radial zwischen der Antriebsstange und der Polschale positioniert sind. Dabei handelt es sich vorzugsweise um wenigstens ein geeignetes Führungs- und/oder Zentrierelement. Vorzugsweise weist dieses Element an wenigstens einer Stelle entlang der Längsachse der Antriebsstange solche Abmessungen auf, dass Kippbewegungen der Antriebsstange in der Polschale im Wesentlichen ausgeschlossen, jedenfalls aber auf ein Minimum reduziert sind. Mit anderen Worten findet dadurch eine selbständige axiale Ausrichtung der Antriebsstange in der Polschale oder anders ausgedrückt eine Selbstzentrierung der Antriebsstange in der Polschale statt.
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Bei dem Führungs- und/oder Zentrierelement handelt es sich vorzugsweise um einen ringförmigen Flansch, der in seinem Durchmesser derart an eine Zylinderform der Polschale angepasst ist, dass bei einer exakten Ausrichtung der Antriebsstange ein mehr oder weniger gleichmäßiger, minimaler Ringspalt vorhanden ist.
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Dass Kippbewegungen auf ein Minimum reduziert sind bzw. ein minimaler Ringspalt vorhanden ist, bedeutet, dass durch die Führungs- und/oder Zentriermittel eine axiale Längsbewegung der Antriebsstange und damit die ordnungsgemäße Funktionalität der Antriebsstange zur Übertragung einer Antriebsbewegung auf den Bewegkontakt nicht beeinträchtigt ist, ein darüber hinausgehendes radiales Spiel der Antriebsstange jedoch nicht besteht bzw. soweit als möglich beschränkt wird.
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Das Führungs- und/oder Zentrierelement ist dabei stets an die Form der Polschale, genauer gesagt an die Kontur der Innenseite des Gehäuses des Schalterpols angepasst. So kann das Element beispielsweise auch eine eckige Form aufweisen, um in einer einen eckigen Querschnitt aufweisenden Polschale ein Verkippen der Antriebsstange zu verhindern.
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Die Führungs- und/oder Zentriermittel können als einzeln handhabbare Konstruktionselemente ausgeführt sein. In einer Ausführungsform der Erfindung sind die Führungs- und/oder Zentriermittel jedoch nicht nur an der Antriebsstange angebracht, sondern Bestandteil, insbesondere integraler Bestandteil der Antriebsstange. Die Führungs- und/oder Zentriermittel sind dann vorzugsweise einstückig mit der Antriebsstange verbunden, insbesondere unlösbar mit dem in der Regel zylindrischen Grundkörper der Antriebsstange verbunden.
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Ist es aufgrund konstruktiver oder funktionaler Besonderheiten des Schalterantriebs lediglich erforderlich, eine Fehlausrichtung bzw. einen seitlichen Achsversatz der Antriebsstange nur in einer bestimmten radialen Richtung zu vermeiden bzw. zu minimieren, dann müssen die Führungs- und/oder Zentriermittel nicht ununterbrochen umlaufend an der Antriebsstange vorgesehen sein. Insbesondere muss das wenigstens eine Führungs- und/oder Zentrierelement nicht umlaufend an der Innenseite der Polschale anschlagen können. In einem solchen Fall kann es z. B. ausreichend sein, wenn die Antriebsstange ein Führungs- und/oder Zentrierelement aufweist, welches einen vergrößerten Durchmesser lediglich an zwei sich gegenüberliegenden Seiten aufweist. Gleiches gilt entsprechend, wenn aufgrund konstruktiver Besonderheiten die Polschale nicht umlaufend geschlossen ausgeführt ist, eine umlaufende Anschlags- oder Führungsfläche für das Führungs- und/oder Zentrierelement also gar nicht vorhanden ist. In diesen zuletzt genannten Fällen ist es ausreichend, das wenigstens eine Führungs- und/oder Zentrierelement entsprechend der konstruktiven bzw. funktionalen Notwendigkeiten zur Selbstzentrierung auszuführen.
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Die Antriebsstange dient nicht nur zur mechanischen Verbindung der Vakuumschaltröhre, genauer gesagt des Bewegkontaktes der Vakuumschaltröhre, mit dem Schalterantrieb, sondern auch zur Isolierung des Schalterantriebs von der Kontaktanordnung. Zum Einhalten des erforderlichen Dielektrizitätsabstandes kann die Antriebsstange radial von dem Stangengrundkörper nach außen weisende Rippen aus Isoliermaterial aufweisen, um einen größeren Kriechweg zu erhalten. Das erfindungsgemäße Führungs- und/oder Zentrierelement kann besonders einfach dadurch erhalten werden, wenn wenigstens eine dieser Rippen vergrößert ausgeführt wird, insbesondere derart, dass deren Außendurchmesser nur unwesentlich geringer ist, als der Innendurchmesser der Polschale an dieser Stelle. Das Führungs- und/oder Zentrierelement kann dann auf einfachste Art und Weise bei der Herstellung der Antriebsstange bzw. der Rippen gefertigt werden, beispielsweise mit Hilfe eines Spritzgießverfahrens.
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Das Führungs- und/oder Zentrierelement ist vorzugsweise an demjenigen Ende der Antriebsstange bzw. im Bereich desjenigen Endes der Antriebsstange vorgesehen, das der Vakuumschaltröhre bzw. dem Bewegkontaktanschlussbolzen der Vakuumschaltröhre gegenüberliegt, also an dem bzw. im Bereich des dem Schalterantrieb zugewandten Endes der Antriebsstange. Dadurch wird eine mögliche seitliche Lageabweichung der Antriebsstange unmittelbar am Ort der Krafteinleitung verhindert. Eine sich aufgrund der Geometrie der Antriebsstange vergrößernde Schiefstellung am Bewegkontaktanschlussbolzen ist daher von vornherein ausgeschlossen.
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Mit der vorliegenden Erfindung wird eine von der gewünschten axialen Betriebsstellung der Antriebsstange abweichende Schiefstellung mit einfachsten Mitteln auf ein Minimum beschränkt. Ein kompliziertes Führungssystem ist hierfür nicht erforderlich. Dennoch sind Fehlfunktionen des Kontaktsystems ausgeschlossen. Überdimensionierte Kontaktstücke werden nicht benötigt.
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Das konstruktive Design des Schalterpols wird durch die Erfindung nicht komplizierter, da keine zusätzlichen Bauteile benötigt werden. Die Führungs- und/oder Zentriermittel sind als Teil der Antriebsstange, insbesondere als integraler Bestandteil der Antriebsstange, ausgeführt.
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Dadurch, dass das Zentrierelement einfach an die ohnehin aus einem Kunststoffmaterial herzustellende Antriebsstange bzw. deren Isolierrippen angespritzt werden kann, sind die Mehrkosten minimal.
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Die Erfindung ist besonders vorteilhaft bei Mittelspannungsleistungsschaltern anwendbar.
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen:
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1 einen Schalterpol eines herkömmlichen Leistungsschalters,
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2 einen Schalterpol eines erfindungsgemäßen Leistungsschalters,
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3 einen herkömmlichen Isolierstab,
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4 einen erfindungsgemäßen Isolierstab,
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7 ein drittes Führungs- und/oder Zentrierelement. Sämtliche Figuren zeigen die Erfindung lediglich schematisch und mit ihren wesentlichen Bestandteilen. Gleiche Bezugszeichen entsprechen dabei Elementen gleicher oder vergleichbarer Funktion.
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1 zeigt beispielhaft einen Schalterpol 2 eines Leistungsschalters 1, beispielsweise eines Mittelspannungsleistungsschalters. Die beiden weiteren Schalterpole 2 des Leistungsschalters 1 sind nicht dargestellt. Der Schalterpol 2 verfügt über eine Polschale 3, in der eine Vakuumschaltröhre 4 aufgenommen ist. Die Vakuumschaltröhre 4 dient zum Schalten bzw. Unterbrechen eines über den Leistungsschalter 1 geführten Stromes. Die Details der Vakuumschaltröhre 4 sowie des Aufbaus des Schalterpols 2 sind im Detail nicht dargestellt. Dem Fachmann ist jedoch bekannt, dass der Festkontakt der Vakuumschaltröhre 4 über einen Festkontaktanschlussbolzen mit einem Polkopf 5 elektrisch leitend verbunden ist. Der Polkopf 5 ist mit einer Schaltanlage verbunden, in welcher der Leistungsschalter 1 verwendet wird. Der Bewegkontakt der Vakuumschaltröhre 4 ist über einen Bewegkontaktanschlussbolzen mit einem Polträger 6 verbunden, der wiederum mit der Schaltanlage, in welcher der Leistungsschalter 1 eingesetzt wird, elektrisch verbunden ist. Die Hubbewegung des Bewegkontaktes erfolgt in Richtung einer zentralen Achse 7.
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Dieser Richtung folgend schließt sich an die Vakuumschaltröhre 4 und den Polträger 6 eine axialbewegliche Antriebsstange 8 an, welche die Vakuumschaltröhre 4 mit dem lediglich angedeuteten Schalterantrieb 9 mechanisch verbindet. Mit anderen Worten ist die Antriebsstange 8 an den Bewegkontakt, genauer gesagt an den Bewegkontaktanschlussbolzen der Vakuumschaltröhre 4 angekoppelt.
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Die Antriebsstange 8 ist elektrisch isolierend ausgebildet oder verfügt zumindest über einen isolierenden Abschnitt, um eine galvanische Trennung zwischen dem Strompfad einerseits und dem Schalterantrieb 9 andererseits zu gewährleisten. An einem zylindrischen Grundkörper 11 der Antriebsstange 8 sind voneinander beabstandete Isolierrippen 12 vorgesehen, um eine ausreichende Kriechstrecke auszubilden.
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Die Antriebsstange 8 erstreckt sich dabei durch die im Polträger 6 angeordnete Grundplatte des Leistungsschalters 1 hindurch zum Einleiten einer durch Pfeil 13 symbolisierten Antriebsbewegung in den Bewegkontaktanschlussbolzen zum Öffnen bzw. Schließen des Kontaktsystems der Vakuumschaltröhre 4. Die auch als Isolierstab oder Isolierstange bezeichnete Antriebsstange 8, welche eine mechanische Verbindung zwischen dem Schalterantrieb 9 und der Vakuumschaltröhre 4 herstellt, ist aus einem Kunststoffmaterial gefertigt und an ihrem unteren, dem Bewegkontaktanschlussbolzen gegenüberliegenden Ende 14 mit dem Schalterantrieb 9, insbesondere einem mechanischen Hebel des Schalterantriebs 9 verbunden. In 1 ist lediglich ein an der Antriebsstange 8 endseitig angebrachtes Verbindungsmittel 15, hier in Form einer Schraubmutter, zum Anschließen der Antriebsstange 8 an den Schalterantrieb 9 dargestellt.
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Durch radial wirkende Kräfte, also Kräfte, die senkrecht zu derjenigen zentralen Achse 7 wirken, in deren Richtung die Antriebsstange 8 bei einem Schaltvorgang eine Längsbewegung 13 vollführt, kann es bei aus dem Stand der Technik bekannten Konstruktionen zu einer Schiefstellung der Antriebsstange 8 kommen. In 1 ist eine solche Schiefstellung exemplarisch durch eine die Achslage veranschaulichende Linie 16 angedeutet, an deren Ende sich der angedeutete Bewegkontakt 17 befindet. Die Antriebsstange 8 mit ihren Isolierrippen 12 ist dabei frei in der Polschale 3 angeordnet. Anders ausgedrückt berühren die Isolierrippen 12 die Innenseite 18 der Polschale 3 auch bei einer Schiefstellung der Antriebsstange 8 nicht.
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Der in 2 dargestellte Schalterpol 2 eines erfindungsgemäßen Leistungsschalters 1 unterscheidet sich von dem in 1 abgebildeten Schalterpol 2 dadurch, dass an dem unteren, dem Bewegkontaktanschlussbolzen gegenüberliegenden Ende der Antriebsstange 8 bzw. in diesem Endbereich 14 der Antriebsstange 8 ein ringförmiger Flansch 21 vorgesehen ist, dessen Außendurchmesser 22 etwas geringer ist als der Innendurchmesser 23 der Polschale 3 an dieser axialen Stelle 24. Bei diesem Ringflansch 21 handelt es sich um eine weitere, mit dem Grundkörper 11 der Antriebsstange 8 verbundene Isolierrippe, die als radial zwischen der Antriebsstange 8 einerseits und der Polschale 3 andererseits positioniertes Führungs- und/oder Zentrierelement zur selbständigen axialen Ausrichtung der Antriebsstange 8 in der Polschale 3 dient. Wie die anderen Isolierrippen 12 ist auch der Ringflansch 21 aus einem geeigneten Kunststoffmaterial hergestellt und einstückig mit dem Grundkörper 11 der Antriebsstange 8 verbunden, insbesondere an diesen angespritzt.
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Der den Grundkörper 11 der Antriebsstange 8 vollständig umgreifende Ringflansch 21 ist in dem hier dargestellten Beispiel das einzige entlang der Achse 7 der Antriebsstange 8 vorhandene Konstruktionselement mit einem gegenüber den weiteren Isolierrippen 12 vergrößerten Durchmesser 22. Im montierten und ideal zentrierten Zustand bildet der Umfang, genauer gesagt die Mantelfläche 25 dieses Ringflansches 21 mit der Innenseite 18 der Polschale 3 einen gleichmäßigen Ringspalt 26 aus, siehe 2 und 5. Eine seitliche Bewegung der Antriebsstange 8 oder mit anderen Worten eine Bewegung in radialer Richtung, d. h. in Richtung senkrecht zu derjenigen zentralen Achse 7, in deren Richtung die Antriebsstange 8 eine Längsbewegung 13 vollführt, ist damit auf ein Minimum beschränkt, nämlich auf die Breite des Ringspaltes 26.
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Wird bedingt durch eine seitliche, also radial wirkende Kraft, welche durch den Schalterantrieb 9 in die Antriebsstange 8 eingeleitet wird, die Antriebsstange 8 radial, also quer zu der zentralen Achse 7 beaufschlagt, dann wird diese seitliche Bewegung beschränkt und der Ringflansch 21 dient dann als Führungs- und/oder Zentrierelement zur Führung der Antriebsstange 8 in der Polschale 3. Die Antriebsstange 8 richtet sich somit selbständig axial aus. In diesen Fällen erfolgt also tatsächlich ein mechanischer Kontakt zwischen dem Ringflansch 21 einerseits und der Polschale 3, genauer gesagt deren Innenseite 18 andererseits. Erfolgt hingegen keine oder lediglich eine geringere seitliche Beaufschlagung der Antriebsstange 8 durch den Schalterantrieb 9, dann bewegt sich die Antriebsstange 8 in der gewünschten axialen Richtung 13, ohne dass der Ringflansch 21 die Innenseite 18 der Polschale 3 berührt.
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Der Unterschied zwischen dem konstruktiven Design einer herkömmlichen Antriebsstange 8 und einer Antriebsstange 8 des Schalterpols 2 eines erfindungsgemäßen Leistungsschalters 1 wird in den 3 und 4 nochmals veranschaulicht.
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Je nach den geometrischen Gegebenheiten kann auch die Stärke, genauer gesagt die axiale Dicke 27 des beispielsweise als Ringflansch 21 ausgeführten Führungs- und/oder Zentrierelements variiert werden. Im einfachsten Fall ist der Ringflansch 21 als dünne Rippe ausgeführt, wie in 5 dargestellt. Es kann jedoch vorteilhaft sein, die Stärke des Ringflansches 21 im Bereich des äußeren Rippenumfangs und damit die Größe der Kontaktfläche 25 mit der Innenseite 18 der Polschale 3 zu vergrößern, beispielsweise um die Gefahr eines Verklemmens der Antriebsstange 8 in der Polschale 3 während einer Schaltbewegung zu minimieren. Eine Antriebsstange 8 mit einem solchen Ringflansch 21 ist in 6 illustriert.
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Ist aufgrund der konstruktiven Ausführung des Schalterantriebs 9 lediglich eine seitliche Beaufschlagung der Antriebsstange 8 in einer bestimmten Richtung möglich, dann muss an dieser Stelle weder die Polschale 3, noch das Führungs- und/oder Zentrierelement umlaufend ausgeführt sein. Ist beispielsweise eine Querbeaufschlagung der Antriebsstange 8 nur in einer bestimmten Richtung möglich, wie in 7 durch Pfeile 28 nach rechts und nach links angedeutet, während eine Beaufschlagung in einer senkrecht dazu stehenden Richtung ausgeschlossen ist, wie in 7 durch Pfeile 29 nach vorn und nach hinten angedeutet, dann kann die Polschale 3 an dieser axialen Stelle 24 an zwei sich gegenüberliegenden Seiten, im hier gezeigten Beispiel also vorn und hinten, Durchbrüche oder Öffnungen aufweisen und das Führungs- und/oder Zentrierelement kann als unvollständiger Ringflansch 21 mit zwei sich gegenüberliegenden Flanschsegmenten 31 ausgeführt sein, die ein seitliches Verkippen der Antriebsstange 8, im hier gezeigten Beispiel also nach rechts und links, begrenzen.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht auf die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Leistungsschalter
- 2
- Schalterpol
- 3
- Polschale
- 4
- Vakuumschaltröhre
- 5
- Polkopf
- 6
- Polträger
- 7
- zentrale Achse
- 8
- Antriebsstange
- 9
- Schalterantrieb
- 10
- (frei)
- 11
- Grundkörper
- 12
- Isolierrippe
- 13
- Schaltbewegung
- 14
- Endbereich
- 15
- Verbindungsmittel
- 16
- Schiefstellungslinie
- 17
- Bewegkontakt
- 18
- Polschaleninnenseite
- 19
- (frei)
- 20
- (frei)
- 21
- Ringflansch
- 22
- Außendurchmesser
- 23
- Innendurchmesser
- 24
- axiale Stelle
- 25
- Mantelfläche
- 26
- Ringspalt
- 27
- Dicke
- 28
- Bewegung nach rechts/links
- 29
- Bewegung nach vorn/hinten
- 30
- (frei)
- 31
- Flanschsegment
