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Die Erfindung betrifft einen Trennschalter mit zwei zwischen zwei Endstellungen relativ zueinander bewegbaren Kontaktteilen.
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Trennschalter, wie z. B. aus der
DE 11 77 712 A bekannt, die auch als Trenner bezeichnet werden, werden zum Trennen und Schließen von Strompfaden insbesondere im Hochspannungsbereich eingesetzt. In der Regel weist ein Trennschalter wenigstens ein Kontaktteil auf, das zum Trennen und Schließen eines Strompfades bewegbar ist, wobei es verschiedene Ausführungen der Kontaktteile gibt. So kann ein Trennschalter beispielsweise als ein Drehtrenner, Hebeltrenner, Kniehebeltrenner, Einfachschwenktrenner, Zweifachschwenktrenner oder Pantografentrenner ausgebildet sein. Der Strompfad wird geschlossen, indem Hauptkontakte durch eine Bewegung wenigstens eines Kontaktteils miteinander in Kontakt gebracht werden, und durch Trennen der Hauptkontakte geöffnet. Um die Hauptkontakte vor Abbrand durch Lichtbögen zu schützen, wird ein Trennschalter manchmal zusätzlich mit Hilfskontakten, mit denen derselbe Strompfad wie mit den Hauptkontakten geöffnet und geschlossen werden kann, versehen, insbesondere wenn der Trennschalter auch zum Schalten bei höheren Stromstärken, beispielsweise von Kommutierungsströmen, ausgelegt wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Trennschalter mit verbesserten Hilfskontakten anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Trennschalter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Ein erfindungsgemäßer Trennschalter weist zwei zwischen zwei Endstellungen relativ zueinander bewegbare Kontaktteile auf. Ein erster Kontaktteil weist einen ersten Hauptkontakt und einen ersten Hilfskontakt auf. Der zweite Kontaktteil weist einen zweiten Hauptkontakt, einen um eine Drehachse drehbar gelagerten zweiten Hilfskontakt und eine Rückstellfeder, die bei einer Auslenkung des zweiten Hilfskontakts aus einer Ausgangslage eine Rückstellmoment auf den zweiten Hilfskontakt ausübt, auf. In einer ersten Endstellung der Kontaktteile sind die beiden Hauptkontakte voneinander getrennt und die beiden Hilfskontakte sind ebenfalls voneinander getrennt. In der zweiten Endstellung der Kontaktteile kontaktieren die beiden Hauptkontakte einander und die beiden Hilfskontakte sind voneinander getrennt.
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Die Hilfskontakte sind zum Öffnen und Schließen desselben Strompfads wie die Hauptkontakte ausgebildet. Durch die Hilfskontakte kann eine Beschädigung der Hauptkontakte durch Lichtbogeneinwirkungen verhindert werden, indem mögliche Lichtbögen beim Öffnen und Schließen des Trennschalters von den Hilfskontakten übernommen werden. Die Rückstellfeder ermöglicht, dass der zweite Hilfskontakt nach einer Trennung der Hilfskontakte durch das Rückstellmoment der Rückstellfeder wieder in seine Ausgangslage zurückschnappt. Die hohe Schaltgeschwindigkeit dieses Zurückschnappens löscht einen Lichtbogen, der durch einen Kontaktabriss zwischen den Hilfskontakten verursacht werden kann, sofort, so dass kaum Kontakterosion an den Hilfskontakten entsteht. In einem passiven Hilfskontaktsystem, in dem sich die Hilfskontakte immer mit derselben Relativgeschwindigkeit wie die Kontaktteile bewegen, würde ein Lichtbogen dagegen wesentlich länger brennen, da sich die Hilfskontakte nur langsam voneinander entfernen. Die Trennung der Hilfskontakte in der zweiten Endstellung verhindert ferner vorteilhaft, dass die Hilfskontakte beispielsweise bei einem Kurzschluss beschädigt werden.
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Erfindungsgemäß sind die Hilfskontakte derart ausgebildet und angeordnet, dass bei einer Relativbewegung der Kontaktteile von der ersten Endstellung in die zweite Endstellung die Hilfskontakte einander kontaktieren, bevor die Hauptkontakte einander kontaktieren, und voneinander getrennt werden, nachdem die Hauptkontakte einander kontaktieren, und dass bei einer Relativbewegung der Kontaktteile von der zweiten Endstellung in die erste Endstellung die Hilfskontakte einander kontaktieren, bevor die Hauptkontakte voneinander getrennt werden, und voneinander getrennt werden, nachdem die Hauptkontakte voneinander getrennt werden.
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Die vorgenannte Ausgestaltung der Erfindung verhindert eine Beschädigung der Hauptkontakte durch Lichtbögen beim Schlie-ßen des Trennschalters, indem die Hilfskontakte einander vor den Hauptkontakten kontaktieren, so dass sich die Hauptkontakte spannungsfrei kontaktieren können und zwischen ihnen keine Lichtbögen entstehen. Beim Öffnen des Trennschalters werden ebenfalls Lichtbögen zwischen den Hauptkontakten vermieden, da die Hilfskontakte einander noch kontaktieren, wenn die Hauptkontakte voneinander getrennt werden.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sehen vor, dass der erste Hilfskontakt aus einem Edelstahl gefertigt ist und/oder dass der zweite Hilfskontakt aus Kupfer gefertigt ist. Diese Ausgestaltungen der Erfindung nutzen die oben bereits erwähnte schnelle Schaltgeschwindigkeit des zweiten Hilfskontakts aus, die dazu führt, dass Lichtbögen zwischen den Hilfskontakten schnell erlöschen. Durch das schnelle Erlöschen der Lichtbögen werden die Hilfskontakte durch Lichtbögen weniger beansprucht als in passiven Hilfskontaktsystemen. Daher brauchen die Hilfskontakte nicht aus kostspieligen Sondermaterialien, die beispielsweise Wolfram enthalten, gefertigt werden, sondern können aus günstigen Materialien wie Edelstahl und Kupfer gefertigt werden.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sehen vor, dass der erste Hilfskontakt eine Außenoberfläche aufweist, die wenigstens in einer Umgebung eines Bereiches, in dem die Hilfskontakte einander kontaktieren, konvex ausgebildet ist, und/oder dass der zweite Hilfskontakt einen von der Drehachse abgewandten spitz zulaufenden Endbereich aufweist, an dem der erste Hilfskontakt den zweiten Hilfskontakt kontaktiert. Diese Ausgestaltungen der Erfindung ermöglichen in Verbindung mit dem Rückstellmoment der Rückstellfeder ein Aufeinandergleiten der Hilfskontakte ohne ein Springen oder Prellen der Hilfskontakte und verhindern dadurch einen Kontaktabriss zwischen den Hilfskontakten, wenn diese einander kontaktieren, so dass keine Rückzündung durch einen Kontaktabriss erfolgt.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass ein Hauptkontakt wenigstens ein Kontaktpaar voneinander beabstandeter elektrisch leitfähiger Hauptkontaktelemente aufweist und der andere Hauptkontakt in der zweiten Endstellung der Kontaktteile an den beiden Hauptkontaktelementen jedes Kontaktpaares anliegt. Insbesondere können die beiden Hauptkontaktelemente jedes Kontaktpaares des einen Hauptkontaktes gegeneinander federbelastet verschiebbar angeordnet sein und ein Abschnitt des anderen Hauptkontakts in der zweiten Endstellung zwischen den beiden Hauptkontaktelementen jedes Kontaktpaares angeordnet sein. Diese Ausgestaltungen der Erfindung ermöglichen einen zuverlässigen Kontakt zwischen den Hauptkontakten, insbesondere durch ein Einklemmen eines Hauptkontakts zwischen wenigstens zwei Hauptkontaktelementen des anderen Hauptkontakts.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass ein Kontaktteil bewegbar ist und der andere Kontaktteil ortsfest angeordnet ist. Beispielsweise kann der Trennschalter als ein Hebeltrenner, Kniehebeltrenner, Einfachschwenktrenner, Zweifachschwenktrenner oder Pantografentrenner ausgebildet sein.
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Eine zur vorgenannten Ausgestaltung alternative Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass beide Kontaktteile bewegbar sind. Beispielsweise ist der Trennschalter als ein Drehtrenner ausgebildet.
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Die vorgenannten Ausgestaltungen der Erfindung sind möglich, da das erfindungsgemäße Hilfskontaktsystem unabhängig davon ist, welcher Kontaktteil bewegbar ist, und auch anwendbar ist, wenn beide Kontaktteile bewegbar sind.
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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 von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen:
- 1 einen Trennschalter mit zwei relativ zueinander bewegbaren Kontaktteilen,
- 2 eine perspektivische Darstellung der Kontaktteile in einer ersten Endstellung,
- 3 eine perspektivische Darstellung der Kontaktteile in einer ersten Zwischenstellung beim Schließen des Trennschalters,
- 4 eine perspektivische Darstellung der Kontaktteile in einer zweiten Zwischenstellung beim Schließen des Trennschalters,
- 5 eine perspektivische Darstellung der Kontaktteile in einer zweiten Endstellung,
- 6 eine perspektivische Darstellung der Kontaktteile in einer ersten Zwischenstellung beim Öffnen des Trennschalters,
- 7 eine perspektivische Darstellung der Kontaktteile in einer zweiten Zwischenstellung beim Öffnen des Trennschalters.
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Einander entsprechende Teile sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt schematisch einen erfindungsgemäßen Trennschalter 1, der als ein Einfachschwenktrenner ausgebildet ist. Der Trennschalter 1 weist eine um eine Schwenkachse 3 drehbare erste Isolatorsäule 5 und eine zweite Isolatorsäule 6 auf. An einem oberen Ende der ersten Isolatorsäule 5 ist ein erstes Kontaktteil 7 angeordnet, das als ein Kontaktarm ausgebildet ist, der durch Drehung der ersten Isolatorsäule 5 um die Schwenkachse 3 zum Öffnen und Schließen des Trennschalters 1 zwischen zwei Endstellungen schwenkbar ist. An einem oberen Ende der zweiten Isolatorsäule 5 ist ein fest stehendes zweites Kontaktteil 8 angeordnet. In einer ersten Endstellung ist der erste Kontaktteil 7 von dem zweiten Kontaktteil 8 weggeschwenkt und dadurch von dem zweiten Kontaktteil 8 getrennt, wodurch der Trennschalter 1 geöffnet ist. In der in 1 gezeigten zweiten Endstellung wird der zweite Kontaktteil 8 von dem ersten Kontaktteil 7 kontaktiert und der Trennschalter 1 ist geschlossen.
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Die 2 bis 7 zeigen die beiden Kontaktteile 7, 8 in verschiedenen Stellungen.
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2 zeigt die Kontaktteile 7, 8 in der ersten Endstellung, in der der Trennschalter 1 geöffnet ist. Der erste Kontaktteil 7 weist einen ersten Hauptkontakt 9 und einen ersten Hilfskontakt 11 auf. Der erste Hauptkontakt 9 weist drei Kontaktpaare 13 voneinander beabstandeter elektrisch leitfähiger Hauptkontaktelemente 15, 16 auf. Jedes Hauptkontaktelement 15, 16 ist schienenartig ausgebildet, beispielsweise aus Kupfer gefertigt und in einer Führungsschiene 17 angeordnet. Die beiden Hauptkontaktelemente 15, 16 jedes Kontaktpaares 13 sind gegeneinander federbelastet verschiebbar angeordnet, wobei die Federbelastung durch ein Federelement 18 bewirkt wird, das zwischen den Führungsschienen 17 angeordnet ist. Der erste Hilfskontakt 11 ist als ein zylinderförmiger Edelstahlkörper ausgebildet, der starr an einer Führungsschiene 17 oberhalb des ersten Hauptkontakts 9 angeordnet ist.
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Der zweite Kontaktteil 8 weist einen zweiten Hauptkontakt 19, einen zweiten Hilfskontakt 21 und eine Rückstellfeder 23 auf. Der zweite Hilfskontakt 21 ist um eine Drehachse 25 drehbar gelagert und an die Rückstellfeder 23 gekoppelt. Die Rückstellfeder 23 übt bei einer Auslenkung des zweiten Hilfskontakts 21 aus einer in 1 gezeigten Ausgangslage ein Rückstellmoment auf den zweiten Hilfskontakt 21 aus. Der zweite Hauptkontakt 19 und der zweite Hilfskontakt 21 sind an einer Halteplatte 27 angeordnet. An dem zweiten Hauptkontakt 19 ist ein Spreizkeil 29 angeordnet, der dem ersten Hauptkontakt 9 zugewandt ist. Der zweite Hilfskontakt 21 ist aus Kupfer gefertigt und weist einen von der Drehachse 25 abgewandten spitz zulaufenden Endbereich 31 auf. Der zweite Hauptkontakt 19 ist als eine Kupferplatte ausgebildet. Der Spreizkeil 29 ist aus einem Kunststoff gefertigt. In der in 1 gezeigten ersten Endstellung sind die Hilfskontakte 11, 21 und die Hauptkontakte 9, 19 voneinander getrennt.
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Die 3 und 4 zeigen die Kontaktteile 7, 8 in zwei aufeinander folgenden Zwischenstellungen beim Schließen des Trennschalters 1, bei dem der erste Kontaktteil 7 aus der in 1 gezeigten ersten Endstellung in die in 5 gezeigte zweite Endstellung geschwenkt wird. Beim Schließen des Trennschalters 1 kontaktieren zunächst die beiden Hilfskontakte 11, 21 einander, während die beiden Hauptkontakte 9, 19 noch voneinander getrennt sind. Der erste Hilfskontakt 11 schlägt an dem Endbereich 31 des zweiten Hilfskontakts 21 an und dreht anschließend infolge der Schwenkbewegung des ersten Kontaktteils 7 den zweiten Hilfskontakt 21 um die Drehachse 25. Die Hilfskontakte 11, 21 schließen denselben Strompfad wie die Hauptkontakte 9, 19.
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3 zeigt eine erste Zwischenstellung beim Schließen des Trennschalters 1, in der der zweite Hilfskontakt 21 durch den ersten Hilfskontakt 11 um etwa 45 Grad gedreht ist, wobei die beiden Hauptkontakte 9, 19 einander noch nicht kontaktieren.
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Anschließend kontaktieren auch die beiden Hauptkontakte 9, 19 einander, während die beiden Hilfskontakte 11, 21 immer noch in Kontakt sind. Dabei fahren der Spreizkeil 29 und der zweite Hauptkontakt 29 zwischen die Hauptkontaktelemente 15, 16 des ersten Hauptkontakts 9, wobei die Hauptkontaktelemente 15, 16 der einzelnen Kontaktpaare 13 durch den Spreizkeil 29 zunächst nacheinander auseinander geschoben werden und anschließend sich gegenüber liegende Kanten des zweiten Hauptkontaktes 19 kontaktieren. Da der Strompfad über die Hilfskontakte 11, 21 bereits geschlossen ist, bevor die Hauptkontakte 9, 19 einander kontaktieren, können sich die Hauptkontakte 9, 19 spannungsfrei einander nähern, ohne dass die Hauptkontakte 9, 19 durch eine Lichtbogeneinwirkung beschädigt werden.
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4 zeigt eine zweite Zwischenstellung beim Schließen des Trennschalters 1, in der der zweite Hilfskontakt 21 durch den ersten Hilfskontakt 11 um fast 90 Grad gedreht ist, die beiden Hilfskontakte 11, 21 einander noch kontaktieren, und die beiden Hauptkontakte 9, 19 einander kontaktieren, wobei jedoch noch nicht alle Hauptkontaktelemente 15, 16 des ersten Hauptkontakts 9 den zweiten Hauptkontakt 19 kontaktieren.
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Beim weiteren Schwenken des ersten Kontaktteils 7 zu der zweiten Endstellung fährt der zweite Hauptkontakt 19 weiter in den ersten Hauptkontakt 9 ein und die beiden Hilfskontakte 11, 21 trennen sich voneinander. Nach der Trennung der Hilfskontakte 11, 21 schnappt der zweite Hilfskontakt 21 durch das Rückstellmoment der Rückstellfeder 23 in seine Ausgangslage zurück.
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5 zeigt die Kontaktteile 7, 8 in der zweiten Endstellung. In der zweiten Endstellung liegen alle Hauptkontaktelemente 15, 16 des ersten Hauptkontakts 9 an dem zweiten Hauptkontakt 19 an, die Hilfskontakte 11, 21 sind voneinander getrennt und der zweite Hilfskontakt 21 nimmt seine Ausgangslage ein. Da die Hilfskontakte 11, 21 in der zweiten Endstellung voneinander getrennt sind, werden sie beispielsweise bei einem Kurzschluss nicht beschädigt.
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Die 6 und 7 zeigen die Kontaktteile 7, 8 in zwei aufeinander folgenden Zwischenstellungen beim Öffnen des Trennschalters 1, bei dem der erste Kontaktteil 7 aus der in 5 gezeigten zweiten Endstellung in die in 1 gezeigte erste Endstellung geschwenkt wird. Beim Öffnen des Trennschalters 1 kontaktieren die beiden Hilfskontakte 11, 21 einander, während die beiden Hauptkontakte 9, 19 noch in Kontakt sind. Der erste Hilfskontakt 11 schlägt wiederum an dem Endbereich 31 des zweiten Hilfskontakts 21 an und dreht anschließend infolge der Schwenkbewegung des ersten Kontaktteils 7 den zweiten Hilfskontakt 21 um die Drehachse 25 in eine Richtung, die der Richtung beim Schließen des Trennschalters 1 entgegengesetzt ist.
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6 zeigt eine erste Zwischenstellung beim Öffnen des Trennschalters 1, in der der zweite Hilfskontakt 21 durch den ersten Hilfskontakt 11 um etwa 45 Grad gedreht ist, wobei die beiden Hauptkontakte 9, 19 einander noch kontaktieren, jedoch nicht mehr alle Hauptkontaktelemente 15, 16 des ersten Hauptkontakts 9 den zweiten Hauptkontakt 19 kontaktieren
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Anschließend trennen sich die beiden Hauptkontakte 9, 19 voneinander, während die beiden Hilfskontakte 11, 21 immer noch in Kontakt sind.
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7 zeigt eine zweite Zwischenstellung beim Öffnen des Trennschalters 1, in der der zweite Hilfskontakt 21 durch den ersten Hilfskontakt 11 um fast 90 Grad gedreht ist, die beiden Hilfskontakte 11, 21 einander noch kontaktieren, und die beiden Hauptkontakte 9, 19 voneinander getrennt sind. Der über die Rückstellfeder 23 erzeugte Kontaktdruck verhindert während dem Aufeinandergleiten der Hilfskontakte 11, 21 ein Springen oder Prellen der Hilfskontakte 11, 21 und verhindert dadurch einen Kontaktabriss, so dass keine Rückzündung durch einen Kontaktabriss erfolgt. Wenn der erste Hilfskontakt 11 fast von dem zweiten Hilfskontakt 21 abgelaufen ist, haben sich die Hauptkontakte 9, 19 weit genug voneinander entfernt, so dass auch sie keine Rückzündung verursachen.
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Beim weiteren Schwenken des ersten Kontaktteils 7 zu der ersten Endstellung trennen sich auch die beiden Hilfskontakte 11, 21 voneinander. Nach der Trennung der Hilfskontakte 11, 21 schnappt der zweite Hilfskontakt 21 durch das Rückstellmoment der Rückstellfeder 23 wieder in seine Ausgangslage zurück. Die hohe Schaltgeschwindigkeit dieses Zurückschnappens löscht einen Lichtbogen, der durch einen Kontaktabriss zwischen den Hilfskontakten 11, 21 verursacht wird, sofort, so dass kaum Kontakterosion an den Hilfskontakten 11, 21 entsteht.
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Die Zeitdauern, während derer die Hilfskontakte 11, 21 beim Schließen und Öffnen des Trennschalters 1 einander kontaktieren, sind durch den Durchmesser des ersten Hilfskontakts 11 und die Länge des zweiten Hilfskontakts 21 anpassbar. Die Schaltgeschwindigkeit des zweiten Hilfskontakts 21, das heißt die Geschwindigkeit des Zurückschnappens des zweiten Hilfskontakts 21, ist durch die Auslegung der Rückstellfeder 23 anpassbar. Die Zeitpunkte, zu denen die Hilfskontakte 11, 21 beim Schließen und Öffnen des Trennschalters 1 einander kontaktieren, sind durch die Anordnung der Hilfskontakte 11, 21 an den Kontaktteilen 7, 8 anpassbar.
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Das in den 1 bis 7 gezeigte Ausführungsbeispiel eines Trennschalters 1 kann auf verschiedene Weisen zu weiteren Ausführungsbeispielen modifiziert werden. Beispielsweise kann der Trennschalter 1 als ein Zweifachschwenktrenner ausgeführt sein, der eine drehbare erste Isolatorsäule 5 mit zwei ersten Kontaktteilen 7 und zwei zweite Isolatorsäulen 6 mit jeweils einem zweiten Kontaktteil 8 aufweist, so dass die zweiten Kontaktteile 8 von jeweils einem ersten Kontaktteil 7 durch Drehen der ersten Isolatorsäule 5 kontaktiert werden können.
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Ferner kann der zweite Kontaktteil 8 bewegbar sein und der erste Kontaktteil 7 ortsfest angeordnet sein, oder es können beide Kontaktteile 7, 8 bewegbar sein. Des Weiteren können zu den in den 2 bis 7 analoge Hilfskontakte 11, 21 an einem anderen Trennschaltertyp angeordnet werden, beispielsweise an einem Drehtrenner, Hebeltrenner, Kniehebeltrenner oder Pantografentrenner.
