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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schaltgerät zur Führung hoher Dauerströme und sehr hoher Kurzschlussströme.
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Es ist bekannt, dass Schaltgeräte eine mangelnde Kurzstromfestigkeit aufweisen können. Nach einem Kurzschlussereignis sind derartige Geräte oft zerstört und somit unbrauchbar und müssen ausgetauscht werden.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Schaltgerät bereitzustellen, das die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme vermeidet und insbesondere im ungetrennten, also im kontaktierten Zustand, hohe Dauerströme und noch höhere Kurzzeitströme ohne Verschweißen führen kann.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1. Demnach liegt bei einem Schaltgerät zur Führung hoher Dauerströme und sehr hoher Kurzschlussströme dann eine erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe vor, wenn das Schaltgerät mindestens zwei Kontaktstellen aufweist, wobei jede Kontaktstelle einen bewegbaren Kontakt und einen Festkontakt umfasst, einer der Kontakte jeder Kontaktstelle in einer Buchse und der andere Kontakt jeder Kontaktstelle auf einem in der Buchse aufnehmbaren Stift ausgebildet ist und die bewegbaren Kontakte der beiden Kontaktstellen als ein gemeinsames Bauteil ausgebildet sind.
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Durch die erfindungsgemäße Lösung kann das Schaltgerät im kontaktierten Zustand hohe Dauerströme und noch höhere Kurzzeitströme führen, ohne dass ein Verschweißen der Kontakte an den Kontaktstellen auftritt. Gleichzeitig sind nur niedrige Betätigungskräfte erforderlich.
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Im vorliegenden Fall sind unter hohen Dauerströmen Betriebsströme von bis zu 1000A zu verstehen. Hohe bzw. noch höhere Kurzzeitströme liegen in einem Bereich von bis zu 30kA. Dadurch, dass die Kontaktstellen als Steckkontakte ausgebildet sind, wobei jede Kontaktstelle eine Buchse und einen in der Buchse aufnehmbaren Stift umfassen, und somit ein Kontakt über den gesamten Umfang des Stiftes und der den Stift aufnehmen Buchse vorhanden ist, kann sichergestellt werden, dass die bei hohen Strömen, beispielsweise bei Kurzschlussströmen, auftretenden elektromagnetischen Abstoßungskräfte nicht zu einer Öffnung der Kontakte führen. Auch auftretende Flattereffekte, die zu einem Verschweißen der Kontakte führen können, werden vermieden. Die Kurzschlussfestigkeit des Schaltgeräts wird erhöht, eine Führung von hohen Dauerströmen ist sichergestellt.
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Vorzugsweise sind die Buchsen und der mindestens eine Stift koaxial zueinander ausgerichtet. In einer einfachen Ausgestaltung sind die Buchsen und der mindestens eine Stift zylindrisch ausgebildet. Dadurch ist ein einfaches Ineinanderstecken der Kontakte möglich. Es sind aber selbstverständlich andere Querschnittsformen von Buchse und Stift möglich, solange ein einfaches Ineinanderstecken und Auseinanderziehen, also Schließen und Öffnen, der Kontaktstellen möglich ist.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Festkontakt jeder der mindestens zwei Kontaktstellen in je einer Buchse ausgebildet ist und die bewegbaren Kontakte der mindestens zwei Kontaktstellen auf einem gemeinsamen Stift ausgebildet sind. Beim Schalten wird also der gemeinsame Stift in die Buchsen hinein bzw. aus den Buchsen heraus bewegt. Dadurch ist eine einfache und stabile Ausgestaltung möglich.
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Insbesondere ist es dann auch möglich, dass mindestens eine dritte Kontaktstelle vorgesehen ist, die einen als Buchse ausgebildeten Festkontakt und einen bewegbaren Kontakt umfasst, wobei der bewegbare Kontakt der dritten Kontaktstelle ebenfalls auf dem gemeinsamen Stift ausgebildet ist. Dadurch ist eine einfache Verschaltung von mindestens drei Schaltkreisen möglich.
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Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Stift in jeder Schaltstellung in mindestens einer der Buchsen aufgenommen ist. In der Offenstellung ist der Stift dann mindestens in einer Buchse aufgenommen, in einer Schließstellung in mindestens zwei Buchsen. Damit wird eine erhöhte Stabilität erreicht.
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Um eine sichere Führung der hohen Dauerströme von bis zu 1000A und von Kurzschlussströmen von bis zu 30kA zu ermöglichen, kann ferner vorgesehen sein, dass einer der beiden Kontakte an mindestens einer der Kontaktstellen eine Riffelung aufweist, so dass an der Kontaktstelle eine Mehrzahl von Kontaktpunkten definiert ist. Dadurch wird der Übergangswiderstand reduziert und ein Verschweißen der Kontaktstellen verhindert.
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Dies kann in einer einfachen Ausgestaltung dadurch erfolgen, dass die Riffelung als separates Bauteil in Form von Kontaktlamellen ausgebildet ist, welches an dem entsprechenden Kontakt jeder Kontaktstelle angeordnet ist. Die Kontaktlamellen sind vorzugsweise als ringförmiges Band oder Hülse ausgebildet, das bzw. die einfach entweder auf den Stift aufgesteckt oder in die Buchse eingelegt werden kann. Dadurch wird also ein einfacher Aufbau ermöglicht, die Federkraft steckt geometrisch in den ringförmig angeordneten Kontaktlamellen.
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Weiter vorzugsweise sind die Kontaktlamellen als Hochstromkontaktband ausgebildet, das ein federndes Trägerband mit zwei Randstegen und eine Mehrzahl von quer zu den Randstegen verlaufenden und mit den Randstegen verbundenen Kontaktstegen umfasst, wobei auf die Kontaktstege Kontaktstücke aufgenietet sind. Das Hochstromkontaktband ist wie oben beschrieben vorzugsweise als ringförmiges Band ausgebildet, das einfach entweder auf den Stift aufgesteckt oder in die Buchse eingelegt werden kann.
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Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Trägerband aus Federstahl ausgebildet ist und die Kontaktstücke aus Kupfer sind. Das Trägerband aus Federstahl, vorzugsweise rostfreiem Federstahl, weist hohe mechanische Festigkeit und beste Relaxationsbeständigkeit auf und erzeugt so die mechanische Festigkeit und die Kontaktkraft. Die Kontaktstücke aus hochleitfähigem Kupfer gewährleisten eine hohe Stromtragfähigkeit.
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Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass einer der beiden Kontakte an mindestens einer der Kontaktstellen in Längsrichtung der Buchsen und des Stiftes zwei nebeneinander angeordnete Riffelungen aufweist. Durch diese Parallelschaltung, also die Anordnung von mehreren geriffelten Bereichen nebeneinander, kann die Stromtragfähigkeit des Schaltgeräts weiter erhöht werden.
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Um die Stabilität des Schaltgeräts zu erhöhen, kann vorgesehen sein, dass der Stift eine mittige, in Längsrichtung des Stiftes verlaufende Bohrung aufweist, die mit einem Zentrierungsbolzen in Eingriff steht.
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Eine weitere Erhöhung der Stabilität des Schaltgeräts kann dadurch erzielt werden, dass jede der Buchsen in einem massiven Block aufgenommen ist.
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Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass jeder der massiven Blöcke elektrisch leitend mit einer Anschlussklemme verbunden ist. Dadurch ist ein einfacher Anschluss möglich.
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Um eine sichere und stabile Führung des mindestens einen bewegbaren Stifts zu ermögliche, kann vorgesehen sein, dass der Stift mittels mindestens einem Zylinder, vorzugsweise mittels zwei Zylindern bewegbar ist.
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Um einen breiten Einsatzbereich zu ermöglichen, kann vorgesehen sein, dass das Schaltgerät als Schließer oder als Öffner oder als Wechsler ausgebildet ist. Dies wird durch verschiedene Ausführungen der Schaltachse ermöglicht.
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Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Schaltgerät als Handtrennschalter ausgebildet ist. Vorzugsweise ist das Schaltgerät als Handtrennschalter zur sicheren, galvanischen Trennung von Batterie/Spannungsquelle und Verbraucher im Wartungsfall bei batteriebetriebenen Zügen ausgebildet. Der Handtrennschalter kann im Betriebszustand, also im geschlossenen Zustand, alle auftretenden Ströme, also Betriebsströme bis 1000A und Kurzzeitströme von 30kA führen.
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Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 ein erfindungsgemäßes Schaltgerät in Explosionsdarstellung;
- 2 das erfindungsgemäße Schaltgerät aus 1 im kontaktierten Zustand in perspektivischer Darstellung;
- 3 das erfindungsgemäße Schaltgerät aus 1 im getrennten Zustand in perspektivischer Darstellung;
- 4 ein Festkontakt des erfindungsgemäßen Schaltgeräts aus 1 in Explosionsdarstellung; und
- 5 ein bewegbarer Kontakt des erfindungsgemäßen Schaltgeräts aus 1 in Explosionsdarstellung.
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Für die folgenden Ausführungen gilt, dass gleiche Teile durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet sind. Sofern in einer Figur Bezugszeichen enthalten sind, auf die in der zugehörigen Figurenbeschreibung nicht näher eingegangen wird, so wird auf vorangehende oder nachfolgende Figurenbeschreibungen Bezug genommen.
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1 zeigt ein erfindungsgemäßes Schaltgerät 1 in Explosionsdarstellung. Das Schaltgerät 1 umfasst ein Gehäuse 2 mit zwei Seitenwänden 3, 4, zwei Stirnwänden 5, 6, einer Bodenplatte 7 und einem Deckel 8. In dem Gehäuse 2 sind zwei Kontaktstellen 9, 10 ausgebildet. Jede der beiden Kontaktstellen 9, 10 umfasst einen bewegbaren Kontakt 11 und einen Festkontakt 12. In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die beiden Festkontakte 12 als bzw. in je einer Buchse 13 ausgebildet. Die Buchsen 13 sind zylindrisch. Jede der Buchsen 13 ist in einem massiven Block 15 aufgenommen. Die Blöcke 15 sind jeweils mit einer Anschlussklemme 16 elektrisch leitend verbunden. In der in 1 hinteren Seitenwand 3 ist ein Schlitz 17 ausgebildet, durch den eine der Anschlussklemmen 16 nach außen geführt ist. Ebenso ist im Deckel 8 ein weiterer Schlitz 18 ausgebildet, durch den die zweite der Anschlussklemmen 16 nach außen geführt ist.
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Die bewegbaren Kontakte 12 sind auf einem in den Buchsen 13 aufnehmbaren Stift 14 ausgebildet. Der Stift 14 ist ebenfalls zylindrisch und so ausgebildet, dass er in die Buchsen 13 eingeführt und aus diesen herausgezogen werden kann. Die Buchsen 13 und der Stift 14 sind also koaxial zueinander angeordnet. Um den Stift 14 relativ zu den Buchse 13 bewegen zu können - und somit die Kontaktstellen 9, 10 zu öffnen und zu schließen - ist der Stift 14 mit zwei Zylindern 19 bewegbar geführt, die an einer der Stirnwände 5 des Schaltgeräts 1 gleitend gelagert sind. Die zwei Zylinder 19 sind mit einem Schaltmechanismus 21 verbunden. Über diesen Schaltmechanismus 21 werden die Zylinder 19 bewegt und übertragen die Schaltbewegung auf den bewegbaren Stift 14 mit den darauf ausgebildeten bewegbaren Kontakten 11.
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An der anderen Stirnseite 6 des Schaltgeräts 1 ist ein Zentrierungsbolzen 20 befestigt. Der Zentrierungsbolzen 20 ist ebenfalls koaxial zu den Buchsen 13 und dem Stift 14. Der Stift 14 weist eine mittige Längsbohrung auf, in der der Zentrierungsbolzen 20 aufgenommen ist und somit zu einer sicheren Führung des Stiftes 14 beiträgt.
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2 zeigt eine Draufsicht auf das Schaltgerät 1 im kontaktierten Zustand in perspektivischer Darstellung. Der Schaltmechanismus 21 ist in der eingefahrenen Stellung. Dies bedeutet, dass die Zylinder 19 maximal in das Gehäuse 2 des Schaltgeräts 1 eingefahren sind und den bewegbaren Stift 14, bzw. die beiden darauf ausgebildeten bewegbaren Kontakte 11 in Eingriff mit beiden Buchsen 13 gebracht haben, die Festkontakte 12 ausbilden. Der bewegbare Stift 14 steht also in Eingriff mit beiden Buchsen 13, beide Kontaktstellen 9, 10 sind geschlossen und das Schaltgerät 1 befindet sich im Betriebszustand. Durch die im Folgenden noch genauer beschriebene Ausgestaltung der Kontaktstellen 9, 10 können alle auftretenden Ströme, also Betriebsströme bis 1000 A und Kurzzeitströme von bis zu 30 kA, geführt werden.
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3 zeigt eine Draufsicht auf das Schaltgerät 1 im getrennten Zustand in perspektivischer Darstellung. Im getrennten Zustand ist der Schaltmechanismus 21 in der maximal ausgefahrenen Stellung. Dies bedeutet, dass die Zylinder 19 maximal aus dem Gehäuse 2 des Schaltgeräts 1 ausgefahren sind. Der bewegbare Stift 14 ist also aus einer der Buchsen 13, in 3 links dargestellt, herausgezogen. Damit ist die Kontaktstelle 10 geöffnet. An der anderen Kontaktstelle 9 ist der bewegbare Stift 14 noch in Eingriff mit der Buchse 13. In 3 ist nun auch der Zentrierungsbolzen 20 zu sehen, auf dem der bewegbare Stift 14 geführt ist.
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4 zeigt eine Explosionsdarstellung eines Details des Schaltgeräts 1 aus 1, nämlich die Ausgestaltung bzw. Anordnung der Festkontakte 12 in dem Schaltgerät 1. Die Anordnung der Festkontakte 12 an beiden Kontaktstellen 9, 10 ist identisch ausgebildet, im Schaltgerät 1 aber um 90° zueinander verdreht. Die Befestigung jedes der Festkontakte 12 umfasst einen massiven Block 15 in dem eine zentrale Bohrung 22 ausgebildet ist. In der zentralen Bohrung 22 ist jeweils eine der Buchsen 13 aufgenommen. Über die Anschlussklemmen 16 und eine Halteplatte 23 sind die Buchsen 13 in den massiven Blöcken 15 verliersicher gehalten. Eine Verbindung des massiven Blocks 15, der Halteplatte 23 und der Anschlussklemmen 16 miteinander erfolgt vorzugsweise über Befestigungsmittel wie beispielsweise die in 4 dargestellten Schrauben 24.
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Jede der Buchsen 13 weist auf ihrer Innenseite 25, also der Seite, die mit dem bewegbaren Stift 14 in Kontakt kommt und auf der der jeweilige Festkontakt 12 ausgebildet ist, eine Riffelung 26 auf. Durch die Riffelung sind an jeder der Kontaktstellen 9, 10 eine Mehrzahl von definierten Kontaktpunkten ausgebildet. Der zu übertragende Strom verteilt sich also auf eine Mehrzahl von Kontaktpunkten, so dass an jedem Kontaktpunkt nur ein Anteil des gesamten Stromes auf den Gegenkontakt übertragen werden muss. Dadurch wird der Übergangswiderstand herabgesetzt.
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Im in 4 dargestellten Fall ist in der Buchse 13 ein hülsenförmiges Hochstromkontaktband 27 angeordnet, das die Riffelung 26 ausbildet. Das Hochstromkontaktband 27 umfasst ein federndes Trägerband 30 mit zwei Randstegen 28 und einer Mehrzahl von senkrecht zu den Randstegen 28 verlaufenden Kontaktstegen 29. Auf jeden der Kontaktstege 29 ist ein Kontaktstück 31 aufgenietet. Das Trägerband 30 besteht vorzugsweise aus Federstahl, insbesondere rostfreiem Federstahl, die Kontaktstücke 31 aus Kupfer. Die Kontaktstücke 31 aus Kupfer weisen eine hohe Wärmeaufnahmekapazität auf, wodurch eine sehr hohe Kurzschlussschlussstromtragfähigkeit erreicht wird. Die an den Kontaktstellen benötigte Federkraft steckt geometrisch im ringförmig, also radial gleich verteilt angeordneten Hochstromkontaktband.
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Es ist auch möglich, die Riffelung als Kontaktlamellen auszubilden. Ferner wäre es auch denkbar, die Riffelung an den bewegbaren Kontakten, also auf dem bewegbaren Stift, auszubilden. In diesem Fall könnten auf dem Stift wie oben beschriebene Hülsen aus einem Hochstromkontaktband aufgebracht sein, bei der die Kontaktstege und somit auch die Kontaktstücke an der Außenseite der Hülse ausgebildet sind. Ferner ist es auch denkbar, an jeder Kontaktstelle zwei oder mehrere in Richtung der Längsachse des Stifts bzw. der Buchsen parallel zueinander angeordnete Riffelungen auszubilden. Dies kann dadurch geschehen, dass zwei oder mehrere der hülsenförmigen Hochstromkontaktbänder parallel nebeneinander in Richtung der Längsachse L des Stifts bzw. der Buchsen nebeneinander angeordnet sind.
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5 zeigt eine Explosionsdarstellung eines weiteren Details des Schaltgeräts 1 aus 1, nämlich den bewegbaren Stift 14 mit die damit verbundenen Zylindern 19. Die Zylinder 19 sind über eine Halteplatte 32 mit dem bewegbaren Stift 14 verbunden. Die Verbindung zwischen den Zylindern 19, der Halteplatte 32 und dem bewegbaren Stift 14 erfolgt vorzugsweise ebenfalls über Verschraubungen. Der bewegbare Stift 14 weist eine mittige Bohrung 33 auf, die sich in Längsrichtung L des Stiftes 14 und somit auch in Längsrichtung L der Buchsen 13 erstreckt. In der mittigen Bohrung 33 kann der Zentrierungsbolzen 20 (siehe 3) aufgenommen werden. Auf dem Stift 14 sind die bewegbaren Kontakte 11 ausgebildet.
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Vorzugsweise ist das Schaltgerät 1 als Handtrennschalter zur sicheren, galvanischen Trennung von Batterie/Spannungsquelle und Verbraucher im Wartungsfall bei batteriebetriebenen Zügen ausgebildet, der im Betriebszustand, wenn der Trennschalter geschlossen ist, alle auftretenden Ströme, d.h. Betriebsströme bis 1000 A und Kurzzeitströme von 30 kA, führen kann.
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Je nach Ausführung der Schaltachse kann das Schaltgerät auch als Schließer oder als Wechsler ausgebildet sein. Es ist daher auch möglich, dass das Schaltgerät drei oder mehr Kontaktstellen umfasst. In diesem Fall ist eine Verbindung von mehreren Schaltkreisen möglich. Es sind dann vorzugsweise mehrere Buchsen hintereinander in dem Gehäuse des Schaltgeräts angeordnet. Die Buchsen sind koaxial zueinander ausgerichtet und bilden die Festkontakte aus. Die bewegbaren Kontakte sind alle auf einem gemeinsamen bewegbaren Stift ausgebildet. Der bewegbare Stift ist ebenfalls koaxial zu den Buchsen ausgerichtet und kann mehrere oder alle Buchsen miteinander verschalten.
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Vorzugsweise benötigt das Schaltgerät keine Schaltleistung und wird zum lastfreien Schalten eingesetzt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schaltgerät
- 2
- Gehäuse
- 3
- Seitenwand
- 4
- Seitenwand
- 5
- Stirnwand
- 6
- Stirnwand
- 7
- Bodenplatte
- 8
- Deckel
- 9
- Kontaktstelle
- 10
- Kontaktstelle
- 11
- bewegbarer Kontakt
- 12
- Festkontakt
- 13
- Buchse
- 14
- Stift
- 15
- massiver Block
- 16
- Anschlussklemme
- 17
- Schlitz
- 18
- Schlitz
- 19
- Zylinder
- 20
- Zentrierungsbolzen
- 21
- Schaltmechanismus
- 22
- zentrale Bohrung
- 23
- Halteplatte
- 24
- Schraube
- 25
- Innenseite Buchse
- 26
- Riffelung
- 27
- Hochstromkontaktband
- 28
- Randstege
- 29
- Kontaktstege
- 30
- Trägerband
- 31
- Kontaktstücke
- 32
- Halteplatte
- 33
- Bohrung
- L
- Längsrichtung
