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Elektrischer Schnappschalter Die Erfindung betrifft einen elektrischen
Schnappschalter mit einem durch das Druckstück eines Fühlers verschwenkbaren, durch
eine Rückstellfeder oder eine verstellbare Bereichsfeder belasteten starren Schalthebel,
einem vorzugsweise gleichachsig gelagerten Schnapphebel, einer die freien Enden
dieser beiden Hebel gegeneinander verspannenden SZ-förmigen Schnappfeder und einem
in Kontakt-Schließrichtung vorgespannten Blattfederkontaktarm, der durch den Schnapphebel
über einen Schaltstift schlagartig von einem Festkontaktstück abhebbar ist.
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Schnappschalter der eingangs genannten Art sind bekannt. Bei diesen
elektrischen Schnappschaltern wird die allmähliche langsame Bewegung eines Fühlers
vom Schnappschaltwerk, das aus der 9-förmigen Feder, dem Schalthebel und dem Schnapphebel
besteht, in eine schnappartige Springbewegung umgewandelt, welche zur Betätigung
elektrischer Kontaktfederpaare erforderlich ist. Die ohne das Schnappschaltwerk
sich ergebende schleichende Betätigung der Kontaktfederpaare würde definierte Schaltpunkte,
bezogen auf den Wert einer vom Fühler überwachten Größe, nicht ermöglichen. Außerdem
aber würden hohe Übergangswiderstände während der Zeiten, in denen sich die Kontaktstücke
des Kontaktfederpaares nur in loser gegenseitiger Berührung befinden, sehr rasch
zu hohen Erhitzungen derselben und somit allmählich zur Zerstörung führen.
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Das Entstehen von Oxydschichten auf den Kontaktstücken läßt sich im
allgemeinen nicht vermeiden. Oxydschichten auf den Kontaktstücken können daher auch
bei den eingangs genannten bekannten elektrischen Schnappschaltern Nachteile verursachen.
Befinden sich die Kontaktfederpaare mit ihren Kontaktstücken in Niederspannungs-Steuerkreisen,
dann kann durch Oxydschichten eine Fehlsteuerung entstehen, befinden sich die Kontaktstücke
der Kontaktfederpaare in Stromkreisen mit hohen Spannungen und Stromstärken, dann
verursachen die hohen übergangswiderstände Erwärmungen, die gegebenenfalls zur Zerstörung
der Kontaktstücke und Kontaktfedern führen. Abhilfe könnte durch einen hohen Kontaktdruck
geschaffen werden. Ein hoher Kontaktdruck ist aber nicht ohne weiteres anwendbar,
weil auf die vom Schnappschaltwerk entwickelten Schaltkräfte Rücksicht genommen
werden muß. Außerdem zeigt sich in der Praxis, daß die Elastizität des Kontaktfederarmes,
der in Richtung auf die Schließstellung vorgespannt ist und der vom Schnappschaltwerk
vom Festkontaktstück abgebogen, d. h. entgegengesetzt zu seiner Vorspannrichtung
ausgelenkt wird, durch diese Auslenkung zum Ermüden neigt, so daß das Aufrechterhalten
hoher Kontaktdrücke nicht möglich ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schnappschalter der
eingangs genannten Art so auszubilden, daß hohe Kontaktdrücke verwirklicht und auch
nach langen Betriebszeiten erzielt werden können.
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Zur Lösung der vorgenannten Aufgabe kennzeichnet sich der einleitend
beschriebene elektrische Schnappschalter erfindungsgemäß dadurch, daß der Schalthebel
in der Einschaltstellung mit einem Druckstift auf einen zweiten Blattfederkontaktarm,
der in bekannter Weise als Festkontaktträger dient, im Bereich von dessen Festkontaktstück
im Sinne einer Kontaktdruckerhöhung drückt.
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Durch die neue Ausgestaltung des elektrischen Schnappschalters wird
erreicht, daß in den einzelnen Betriebslagen des Kontaktfederpaares beide Hebel
des Schnappschaltwerkes abwechselnd auf das Kontaktfederpaar einwirken. Der Schnapphebel
bewirkt durch Abheben des in Schließrichtung vorgespannten Kontaktfederarmes das
Öffnen und Schließen. Der Schalthebel erzeugt eine Steigerung des Kontaktdruckes,
denn er preßt das Festkontaktstück gegen das Kontaktstück am gegenüberliegenden
Kontaktfederarm, und zwar um so kräftiger, je weiter der Schalthebel von dem Fühler
ausgelenkt bzw. verschwenkt wird. Während dieser Belastung tritt außerdem eine geringe
Relativbewegung der beiden zusammenwirkenden Kontaktstücke ein. Diese unter Druck
sich vollziehende reibende Relativbewegung wirkt reinigend auf die Oberflächen der
Kontaktstücke, denn Oxydschichten od. dgl. werden dabei abgerieben.
Durch
die neue Ausgestaltung ist es aber auch möglich, hinter dem normal vorgesehenen
Kontaktfederpaar mit dem Festkontaktstück weitere Kontaktfederarme vorzusehen, die
betätigt werden, wenn der Schalthebel über den Druckstift im Sinne einer Kontaktdrucksteigerung
auf das Kontaktfederpaar einwirkt. Eine derartige mehrfache Kontaktgabe ist bei
den bekannten Schnappschaltwerken unmöglich. Da außerdem aber der Schalthebel mit
seinem Druckstift im Bereich des Festkontaktstückes auf den dieses Kontaktstück
tragenden Kontaktfederarm einwirkt, werden auch ungünstige Biegebeanspruchungen
der Kontaktfederarme vermieden, die bei anderen bekannten Kontaktfederarmen zu mechanischer
Verformung und Ermüdung führen.
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Die neue Ausgestaltung des elektrischen Schnappschalters ermöglicht
das Ausführen mehrerer Schalthandlungen, welche dadurch vorgenommen werden, daß
der Druckstift des Schalthebels im Sinne einer Kontaktdrucksteigerung im Bereich
des Festkontaktstückes auf den Kontaktfederarm einwirkt. Die zusätzlichen Kontaktfederpaare,
die auf diese Weise betätigt werden können, können aber nur im Sinne der bereits
erwähnten schleichenden Betätigung geöffnet oder geschlossen werden. Eine derartige
Betätigung ist zwar für Steuer- und Überwachungszwecke geeignet, bei einer Übertragung
von Leistungen müssen andere Maßnahmen getroffen werden. Mehrere auch zur Übertragung
von Leistungen geeignete Kontaktfederpaare können bei einer weiteren Ausgestaltung
des neuen Schnappschalters betätigt werden, welche sich dadurch kennzeichnet, daß
das Schaltwerk zur Betätigung von zwei oder mehr Kontaktfederpaaren mit einem zwei-
oder mehrarmigen Schalthebel sowie zwei oder mehr bevorzugt gemeinsam gelagerten
Schnapphebeln ausgerüstet ist, wobei jedem Arm des Schalthebels und dem jeweils
zugehörigen Schnapphebel eine eigene Schnappfeder zugeordnet ist und als Auflager
für die Gegenfeder eine die Einzelarme des Schalthebels verbindende Brücke vorgesehen
ist, während ein zusätzlicher Hilfsarm des Schalthebels zur Verbindung mit dem Betätigungsglied
dient.
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Bei einer weiteren Ausgestaltung des neuen Schnappschalters sieht
die Erfindung vor, daß die einzelnen Schnapphebel durch entsprechende Einstellung
der Federn entsprechend dem jeweils zurückgelegten Schalthebelweg stufenartig nacheinander
umschnappen, so daß ein Schnappschaltwerk geschaffen wird, das nach Art eines Stufenschalters
arbeitet.
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Besonders vorteilhaft für Schalt- und Steuerungszwecke läßt sich der
neue elektrische Schnappschalter dann verwenden, wenn er nach einem weiteren Merkmal
so ausgebildet wird, daß mehrere Blattfederkontaktarme in bekannter Weise zu einem
in Stufen schaltbaren Kontaktfedersatz zusammengefußt sind und daß dessen erste
Stufe durch den Schaltstift schnappartig und dessen weitere Stufen durch den Druckstift
langsam geschaltet werden. Durch diese Ausgestaltung ist eine vielseitige Überwachung
und Steuerung von Vorgängen in Abhängigkeit einer sich ändernden Größe möglich,
wobei die Änderungen der Größe durch den Fühler auf den Schalthebel übertragen werden.
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Es ist zwar bereits bekannt, elektrische Schalter durch mehrere Federn
in Form von Stufenschaltern auszubilden, bei denen eine von Stufe zu Stufe sich
ändernde Schalt- oder Ansprechcharakteristik verwirklicht werden kann. Besonders
vorteilhaft läßt sich dieses Prinzip aber bei einer weiteren Ausgestaltung des neuen
Schnappschalters anwenden, wobei die Gegenfeder in bekannter Weise als justierbare
Zwei-oder Mehrfachstufenfeder ausgebildet ist und wobei für den Stufenschalter die
Aufeinanderfolge der einzelnen Gegenfederstufen den jeweiligen Umschaltpunkten der
Schnappfedern angepaßt ist und zur koaxialen Anordnung der Federn eine nachgiebig
längs zu sich selbst verschiebbare, in einer Endlage jedoch an einem ortsfesten
Widerlager der Grundplatte abgestützte Federbüchse zwischengeschaltet ist.
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Bei dieser Ausgestaltung wird es möglich, mit einem einzigen Federsatz,
der räumlich kompakt und klein außerhalb des Arbeitsbereiches der Schaltwerke angeordnet
ist, alle Schaltstufen bezüglich der Kraft der Rückstellfeder zu beeinflussen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des neuen Schnappschalters
sieht die Erfindung vor, daß wenigstens die Druckstifte der beim Einschalten zuerst
umschnappenden Schaltstufen federnd am zugehörigen Schalthebelarm gehalten sind.
Diese Ausgestaltung dient als Sicherung vor einer mechanischen Überlastung des Kontaktfederpaares,
indem bei überschreiten einer bestimmten, übertragenen Schaltkraft, die Kraft der
Federung des Druckstiftes überwunden wird, eine Zerstörung oder Beschädigung des
entsprechenden Kontaktfederarmes aber vermieden wird: Es ist vorteilhaft, zur Verwirklichung
der in der Praxis auftretenden unterschiedlichen Schaltaufgabe, wenn der Schaltpunkt
bei der Ausbildung des Schnappschalters als Stufenschalter in bezug auf den vom
Schalthebel zurückgelegten Weg mit großer Exaktheit eingestellt werden kann. Bei
einer bevorzugten weiteren Ausgestaltung des elektrischen Schnappschalters wird
diese Möglichkeit dadurch geschaffen, daß wenigstens eine Schnappfeder über eine
bekannte Feineinstellvorrichtung mit dem zugehörigen Schnapphebel verbunden ist.
Bei dieser Feineinstellvorrichtung wird die bekannte Tatsache ausgenutzt, daß für
den Schnappunkt die Stellung der u-förmigen Feder zum zugehörigen Schalt- bzw. Schnapphebel
maßgebend ist. Wenn daher durch eine geeignete Feineinstellvorrichtung die Lage
der Feder zu einem der beiden Hebel verändert wird, dann wird somit zugleich auch
der Schnappunkt verändert.
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Zur Betätigung des neuen elektrischen Schnappschalters können in der
Praxis zahlreiche Meß- oder Überwachungseinrichtungen verwendet werden, vorausgesetzt,
sie liefern hinreichend große Kräfte, um über den Fühler den Schalthebel zu verschwenken
und dabei die Kräfte der Gegenfedern usw. zu überwinden. Ein praktisches Anwendungsbeispiel
für den neuen elektrischen Schnappschalter stellen Überwachungsschalter für Durchlauferhitzer
dar, bei denen zur Betätigung eine Differenzdruckdose dient. Mittels einer derartigen
Druckdifferenzdose und des neuen elektrischen Schnappschalters kann dafür gesorgt
werden, daß beim Öffnen eines Wasserhahnes und beim Durchströmen eines elektrischen
Durchlauferhitzers die elektrischen Heizelemente eingeschaltet werden. Je nach Stärke
des Zuflusses und sich entsprechend veränderndem Druck werden dann entsprechend
der Ausbildung des Schnappschalters als Stufenschalter weitere Schaltstufen der
Heizelemente hinzugeschaltet, falls der höhere Wasserdurchfluß eine höhere Heizleistung
erfordert. Der neue elektrische Schnappschalter kann aber auch beispielsweise von
Bimetallelementen betätigt werden und auf
diese Weise zur Temperaturregelung
verwendet werden.
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Ein Ausführungsbeispiel des neuen elektrischen Schnappschalters, der
als Beispiel auf eine Differenzdruckdose eines elektrischen Durchlauferhitzers montiert
ist, ist in den Zeichnungen gezeigt.
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F i g. 1 zeigt eine teils geschnittene perspektivische Darstellung
des neuen elektrischen Schnappschalters; F i g. 2 zeigt einen Schnitt durch das
Schaltwerk des neuen Schnappschalters; F i g. 3 zeigt einen Schnitt durch eine Einzelheit
des Schaltwerkes des neuen Schalters.
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In der F i g. 1 ist eine Differenzdruckdose 1 mit Rohranschlüssen
2 und 3 dargestellt, welche über einen in F i g. 2 in strichpunktierten Linien
dargestellten Stift 4, der von einer Membran der Differenzdruckdose in Richtung
der Pfeile 5 bewegt werden kann, auf ein elektrisches Schnappschaltwerk 6 einwirkt.
Dieses Schnappschaltwerk ist in F i g. 2 besonders klar zu erkennen. Es besteht
aus einem im wesentlichen winkelförmigen Schnapphebel 7 und einem geradlinig
ausgebildeten Schalthebel B. Beide sind drehbar auf der als Grundplatte dienenden
Differenzdruckdose 1 gelagert. Die freien Enden des Schalthebels 8 und des
Schnapphebels 7 sind über eine Schnappfeder 9 miteinander verbunden, die SZ-förmig
ausgebildet ist.
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Zur Betätigung dieses Schnappwerkes wirkt der Stift 4 in Richtung
der Pfeile 5 auf den Schalthebel 8
ein und verschwenkt diesen um das
Gelenk 10. Dieses Gelenk 10 dient im gezeigten Beispiel auch dem Schnapphebel
7 als Gelenk. In der F i g. 2 ist das Schnappwerk in eingeschaltetem Zustand gezeigt.
In diesem Zustand sind Kontaktstücke 11. eines Ruhekontaktfederpaares 12,13
in gegenseitiger Berührung, so daß ein Stromkreis geschlossen ist. Ein auf dem Schalthebel
8 ruhender, nachgiebig oder federnd gelagerter Druckstift 14 drückt bei Fortdauer
der Schalthebelbewegung auf das Kontaktfederpaar 12,13
und bewirkt dabei zunächst
eine Steigerung des Kontaktdruckes, mit welchem die Kontaktstücke 11 aufeinanderliegen,
und bei weiterer Fortdauer der das Schließen des Schalters bewirkenden Bewegung
des Schalthebels 8 in Richtung des Pfeiles 15 tritt zusätzlich zur
Drucksteigerung eine Auslenkung beider Kontaktfedern 12, 13 aus der in F
i g. 2 gezeigten Lage ein, und die Oberflächen der Kontaktstücke 11
gleiten
reibend aufeinander, wobei eine Reinigung der Oberflächen stattfindet.
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Auf dem Schnapphebel 7 ist ein Schaltstift 16 befestigt,
der bei der in F i g. 2 gezeigten eingeschalteten Stellung des Schnappschaltwerkes
6 einen deutlich sichtbaren Abstand 17 von der Kontaktfeder 12 aufweist.
Dieser Abstand 17 verringert sich oder vergrößert sich bei Bewegungen des Betätigungsstiftes
4 und bei eingeschaltetem Schnappschaltwerk 6 mehr oder weniger stark, es
tritt jedoch niemals eine Berührung zwischen dem Schaltstift 16 und der Kontaktfeder
12
ein. Erst dann, wenn der Schalthebel 8 entgegengesetzt zum Pfeil
15 verschwenkt wird und den I1mschnappunkt passiert hat, vollzieht der Schnapphebel
7 eine sprunghafte Bewegung in Richtung des Pfeiles 18 in F i g. 2,
so daß der Schaltstift 16 an der Kontaktfeder 1.2 zur Anlage kommt und die
Kontaktstücke 11. im Zuge einer schlagartigen Bewegung rasch voneinander
abhebt und trennt. In dieser weit voneinander entfernten Stellung werden die beiden
Kontaktstücke 11 so lange gehalten, bis der Schalthebel 8 im Zuge
einer in Richtung des Pfeiles 15 verlaufenden Bewegung erneut den Umschnappunkt
erreicht und passiert hat. Danach nimmt der Schnapphebel 7 mit seinem Schaltstift
16 wieder die in F i g. 2 gezeigte Stellung ein.
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Die Schwenkbewegungen des Schalthebels 8 in Richtung und entgegengesetzt
zur Richtung des Pfeiles 15 werden einerseits von den Bewegungen des Schalt-
oder Betätigungsstiftes 4, andererseits aber von einer Gegenfeder
19 beeinflußt, die dem Betätigungsstift 4 entgegenwirkt. Die F i g.
3 zeigt einen Schnitt durch eine zweistufige Gegenfeder. Wie aus der F i g. 3 zu
erkennen ist, dient der Schalthebel 8 als Auflager für eine erste Wendelfeder
20, die sich auf einer Grundplatte 21 abstützt. Die Vorspannung dieser
Feder 25 läßt sich durch einen Gewindestift 22
und einen auf dem Stift
verstellbaren Federteller 23 einstellen. Der Gewindestift 22 ist im Schalthebel
8 eingeschraubt. In der Grundplatte 21 ist eine Federbüchse 24 gleitend geführt.
Diese Federbüchse 24 dient zur Aufnahme einer weiteren Wendelfeder 25,
die
gemeinsam mit der bereits genannten Feder 20
die zweistufige Gegenfeder
19 bildet. Als einstellbares Widerlager für diese zweite Wendelfeder
25 dient ein von einer Schraube 26 gehaltener Federteller
27, der sich über die Schraube 26 auf einem geeigneten Widerlager
28, das Bestandteil des Rahmens ist, abstützt. Wird der Schalthebel
8 in Richtung des Pfeiles 29 in F i g. 3 bewegt, so wird zunächst
die Feder 20 gespannt. Im Zuge dieser Bewegung in Richtung des Pfeiles
29 legt sich der Gewindestift 22 schließlich gegen den Boden der Federbüchse
24 und drückt diese gegen die Wirkung der Feder 25 bei Führung in
der Grundplatte 21 nach oben. Während dieser weiteren Bewegung des Schalthebels
8 in Richtung des Pfeiles 29 muß nicht nur die Kraft der Feder
20, sondern zusätzlich auch noch die Kraft der Feder 25 überwunden werden.
Die gezeigte und beschriebene zweistufige Gegenfeder 19 besteht aus den Federn
20
und 25, die getrennt einstellbar sind. Unter dem Einfiuß dieser beiden
Federn setzt der Schalthebel 8 den Bewegungen des Betätigungsstiftes 4 einen
sich stufenartig verändernden Widerstand entgegen. Dieser stufenartig sich ändernde
Betätigungswiderstand, den das Schaltwerk 6 auf den Betätigungsstift
4 der Differenzdruckdose 1 überwinden muß, wird dazu ausgenutzt, auch
eine Stufenschaltung vorzunehmen.
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Während in den F i g. 2 und 3 der Aufbau des neuen Schalters dargestellt
ist, zeigt die F i g. 1 eine in der Praxis verwirklichte Ausführungsform. Es ist
zu erkennen, daß zur Aufnahme der Kontaktfederpaare 12, 13 die bereits als
Stütze für die Feder 20 erwähnte Grundplatte 21 dient, die über Distanzbolzen
30 fest mit der Differenzdruckdose 1 verbunden ist. Bei der praktischen
Ausführung in F i g. 1, die einen Zweistufenschalter zeigt, sind zwei Kontaktfederpaare
12, 13 und 12a, 13a nebeneinander auf der Grundplatte
21 befestigt. Jedem Kontaktfederpaar 12 und 13 sowie
12a und 13a ist ein Schnappschaltwerk 6
zugeordnet, und zwar
derart, daß für jedes Kontaktfederpaar ein Schnapphebel 7 bzw. 7a mit zugehörigem
Schaltstift 16 bzw. 16a usw. vorgesehen. ist. Der Schalthebel 8 hingegen
ist einstöckig, jedoch doppelarmig ausgebildet, und eine Brücke 31 dient zur Verbindung
der freien Enden seiner beiden Arme. Diese Brücke 31 dient auch als Widerlager für
die beiden SZ-Federn 9 und 9a sowie als Auflager für die zweistufige Gegenfeder
19. Die Schaltcharakteristik dieses
zweistufigen Schalters
wird somit zunächst von dem jeweiligen Betätigungshub des Betätigungsstiftes 4 der
Differenzdruckdose 1, weiterhin von dem jeweiligen Belastungszustand der zweistufigen
Gegenfeder 19 und schließlich von den entsprechend angeordneten und eingestellten
beiden Q-Federn 9 und 9 a bestimmt. Es kann auf diese Weise erreicht werden, daß
das Kontaktfederpaar 12, 13 bereits bei einem sehr kurzen Hub des Betätigungsstiftes
4 und bei relativ geringer Gegenwirkung der Feder 19 geschlossen wird, während zum
Schließen des zweiten Kontaktfederpaares 12a, 13a ein sehr hoher Druck der Gegenfeder
19 zu überwinden und zugleich durch entsprechende Anordnung und Bemessung der SZ-Feder
9a ein relativ großer Weg vom Schalthebel 8 zurückgelegt werden muß.
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Der beschriebene Schalter kann sinngemäß beliebig erweitert und so
als mehrstufiger Schalter mit beliebiger Schaltcharakteristik ausgebildet werden.
Die Einstellgenauigkeit kann durch entsprechende Justierung der Kontaktfederpaare,
die Schaltart durch entsprechende Wechsel der Art der Kontaktfederpaare zahlreichen
besonderen Bedingungen und Erfordernissen angepaßt werden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel
wurde zur Betätigung des Schnappschalters der Betätigungsstift 4 einer Differenzdruckdose
vorgesehen, die in ein elektrisches Warmwassergerät eingebaut ist. Neben dieser
Verwendung für Warmwasserbereitungsgeräte ergeben sich in der Praxis zahlreiche
andere Anwendungszwecke für den Schnappschalter, wenn druck- oder strömungsabhängige
Schalthandlungen auszuführen sind. An Stelle einer hydraulischen Betätigung des
beschriebenen Schnappschalters können auch andere Betätigungsarten angewendet werden.
Bei entsprechender Dimensionierung der Gegenfeder 19 lassen sich auch sehr geringe
Kräfte zum Schalten oder Betätigen des Schnapp-Schaltwerkes ausnutzen, so daß beispielsweise
Bimetallstreifen als Betätigungsvorrichtungen in Frage kommen und eine temperaturabhängige
Betätigung des Schnappschaltwerkes ermöglicht wird.