DE1640256A1

DE1640256A1 - Elektrischer Unterdruckschalter

Info

Publication number: DE1640256A1
Application number: DE1967G0051219
Authority: DE
Inventors: Sofianek Joseph Carl
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1966-10-03
Filing date: 1967-09-30
Publication date: 1970-08-13
Also published as: CH471455A; SE339258B; JPS4529935B1; US3462572A; FR1540090A; DE1640256B2; GB1161442A

Description

Dlpl.-Ing. Egon Prinz _„ - «+.«ν«™ Dr. Gertrud Hauter ·«»«...Η.. *o. 27.September

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Dlpl.-Ing. Gottfried Leiter Patentanwalt· Taltgramin·! Labyrinth München A λ * Π O C C Triefen: 83 15 10 I 0 H U Z D Poittditdckontoi MOnchan 117078 Unser Zeichen; G 1111

GENERAL ELECTRIC COHFAKI SOHENEOTADY, New York, Y.St.A.

Elektrischer Unterdruckschalter

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Unterdruckschalter und insbesondere einen Kontaktaufbau eines solchen Unterdruckschalter, der sehr grosse Ströme schalten kann»

Die Erfindung bezieht sich auf die allgemeine Art eines Kontaktaufbaus mit einem Scheibenkörper, der mit mehreren sowohl radial als auch in Umfangsrichtung zum Scheibenkörper verlaufenden Schlitzen versehen ist. Die Schlitze werden zur Erzeugung eines auf Lichtbögen einwirkenden Dreheffekts verwendet, der Lichtbögen mit einem auf dem geschützen Abschnitt des Scheibenkörpers liegenden Endpunkt veranlasst, sich um die Mittelachse des Scheibenkörper zu drehen. In der Mitte dieses Scheibenkörper8 befindet sich ein Kontaktbereioh, in dem die Lichtbögen während der Absohaltvorgänge ausgelöst werden. Ein solcher Lichtbogen wird unter dem

Sohw./Ba Einfluss

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Einfluss einer Hagnetkraft radial nach aussen aus dem Kontaktbereich getrieben. Wenn der Lichtbogen dann den Aussenumfang des Scheibenkörpers erreicht, wird er von dem von den Schlitzen im Scheibenkörper verursachten Dreheffekt in Drehung versetzte

Eb hat sich herausgestellt, dass sich infolge der von den Schlitzen hervorgerufenen Lichtbogendrehung der Wert dee Stroms vergrössert, der von Eontaktkörpern mit einem gegebenen Durchmesser abgeschaltet werden kann.

Sin Faktor, der den Wert des mit Hilfe der Kontaktkörper der oben erwähnten Art zu unterbrechenden Stroms zu begrenzen scheint, ist die Möglichkeit, dass der sich normalerweise schnell bewegende Lichtbogenendpunkt unter gewissen Bedingungen in nicht vollständig erklärter Weise am inneren Ende eines Schlitzes verweilt.Dieser Vorgang kann eine übergrosse Erwärmung und Abnützung des Kontaktmaterials an dieser bestimmten Stelle zur folge haben, und er scheint die Abschaltfähigkeit und die Lebensdauer des Kontaktes nachteilig zu beeinflussen.

Ein Ziel der Erfindung ist es, diese Neigung des Lichtbogens zu vertingern, am inneren Ende eines Rotationserzeugungssch5.i-.tze3 in einem solchen Kontaktkörper zu verweilen und eine übergrosse -Abnützung hervorzurufen.

Ein

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BAD ORIGINAL.

Ein scheibenförmiger Kontaktkörper der allgemeinen, oben beschriebenen Art kann so aufgefasst werden, dass er mehrere radial und in Umfangsrichtung verlaufende Pinger besitzt, die von zwei daran anschliessenden Schlitzen begrenzt werden. Sie Grosse der Lichtbogenrotationskraft, die an einem Lichtbogen entwickelt wird, der sich in der Nähe des Aussenumfangs eines Kontaktkörpers befindet, ändert sich direkt mit der wirksamen Länge dieser Finger. Der Durchmesser des scheibenförmigen Kontaktkörper e kann zur Yergrösserung der wirksamen Länge der Finger vergrössert werden, aber gewöhnlich sind es andere Konstruktionsüberlegungen, die den maximal möglichen Durch-» messer der Kontaktkörper begrenzen.

Es ist demnach ein weiteres Ziel der Erfindung, die Kontaktkörper so zu konstruieren, dass bei einem Kontaktkörper mit begrenztem Durchmess/rfer Finger mit einer vergrösserten länge geschaffen werden·

Ein Ziel der.Erfindung ist es ausserdem, diese vergrösserte Fingerlänge ohne eine nachteilige Beeinflussung der Fähigkeit des Kontaktkörpers zu schaffen, eine schnelle, vom Lichtbogenauslösebereich radial nach aussen verlaufende Bewegung des Lichtbogens zu verursachen.

Der

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Der nach der Erfindung geschaffene elektrische Unterdruckschalter besitzt eine stark eväaiierte Umhüllung, innerhalb der evakuierten Umhüllung angebfachte, relativ bewegliche Kontaktkörper, die aus einer Berührungsstellung in eine gelöste Stellung beweglich sind, in der zwischen den 'Eontaktkörpern ein Lichtbogen entsteht, wobei einer der Kontaktkörper ein im allgemeinen scheibenförmiges Glied besitzt, . das eine gegen den anderen Kontaktkörper gerichtete Fläche besitzt, an der der Lichtbogen während einer Stromkreisunterbrechung auftreten kann, und Einrichtungen zur Erzeugung einer Rotation des Lichtbogens auf der Fläche des scheibenförmigen Gliedes, die aus mehreren, voneinander entfernt liegenden Schlitzen bestehen, die in dem scheibenförmigen Glied Jeweils radial und in Umfangsrichtung verlaufend angebracht sind, und der Unterdruckschalter ist dadurch gekennzeichnet, dass der eine Kontaktkörper einen im Anschluss an die Hache angebrachten Kontaktknopf besitzt, der am anderen Kontaktkörper angreift, wenn der Kontakt geschlossen ist, dass der Kontaktknopf allgemein in bezug auf den einen Kontaktkörper in der Mitte liegt und einen Aussenumfangsbereich besitzt, der radial vom Aussenumfang des scheibenförmigen Glieds entfernt ist, und dass der Kontaktknopf die Schlitze in der Nähe ihrer Innenenden überbrückt.

Ein

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Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.Darin zeigen:

Fig.1 eine Seitenachnittansicht eines Unterdruckschalter geraäss einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig.2 eine Draufsicht längs der linie 2-2 von Fig.1 und

Fig.3 eine der Schnittansicht von Fig.1 ähnliche Schnittansicht, in der eine abgeänderte Form der Erfindung dargestellt ist.

In 3?ig.1 ist ein elektrischer Unterdruckschalter dargestellt, der mit einer auf einen Druck von 10"^ lorr oder niedriger evakuierten abgedichteten Umhüllung 10 versehen ist. Diese Umhüllung besteht aus einem rohrförmigen Gehäuse 11 aus Isoliermaterial und aus zwei Endkappen 12 und 13, die mit Hilfe von Yakuuradichtungen 14 mit den Enden des Gehäuses 11 verbunden sind.

In der Umhüllung 10 sind zwei relativ bewegliche Kontaktkörper 17 und 18 angebracht, die in Fig.1 mit ausgezogenen linien in ihrer getrennten Lage dargestellt sind. Der obere Kontaktkörper 17 ist ein ortsfester Kontaktkörper, der an einer leiterstange 17a befestigt ist, die an ihrem oberen Ende mit der oberen Endkappe 12 verbunden ist.Der untere

Kontaktkörper

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Kontaktkörper 18 ist ein beweglicher Kontaktkörper, der an einer leitendenBetätigungsstange 18a befestigt ist, die vertikal beweglich angebracht ist. Bei einer Bewegung des Kontaktkörpers 18 nach oben aus seiner mit ausgezogenen Linien dargestellten Lage in seine mit gestrichelten Linien dargestellte Lage bringt die Kontaktkörper in Berührung miteinander, so dass der Schalter geschlossen wird. Eine nach unten erfolgende Bewegung trennt die Kontaktkörper, so dass der Schalter geöffnet wird.

Die Betätigungsstange 18a ragt frei durch eine Öffnung in der unteren Endkappe 13. Die Dichtung um die Betätigungen stange 18a wird von einem biegsamen Metallbalg 20 gebildet, der eine Vertikalbewegung der Betätigungsstange ohne eine ahädigende Beeinflussung des Unterdrucks in der Umhüllung erlaubt. Wie aus Fig.1 hervorgeht, ist der Metallbalg mit seinen Enden dicht mit der Betätigungsstange 18a bzw, mit der unteren Endkappe 13 verbunden.

Jeder der dargestellten Kontaktkörper 17 und 18 ist scheibenförmig ausgeführt, und er besitzt eine gegen den anderen Kontaktkörper gerichtete Hauptfläche. Jeder Kontaktkörper / besitzt einen in der M^tte angebrachten Kontakt knopf 25» der durch Hartlöten am Rest des Kontaktkörpers befestigt

ist.

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iat. Diese Kontaktkripfe besitzen eine in der Mitte ^xangebrachte Ausnehmung 27» so dass die Berührung zwischen den ^Kontaktknöpfen an einer ringförmigen Eontaktfläche 30 erfolgt» wenn die Kontaktkörper ihre in Fig.1 gestrichelt dargestellte Berührungslage einnehmen. Biese ringförmigen Kontaktflächen 30 besitzen einen solchen Durchmesser, dass der durch den geschlossenen Kontakt fliessende Strom einem radial nach aussen gebogenen,, schleifenförmigen Weg L folgt, der in Pig.1 mit einer strichpunktierten Linie dargestellt ist. Die magnetische Wirkung des längs dieses schleifenförmigen Weges L flieseenden Stroms versucht in bekannter Welse, die Schleife zu verlängern. Als Folge davon treibt die magnetische Wirkung des längs der Schleife fliessenden Stroms einen Lichtbogen radial nach aussen, der beim Trennen der Kontaktkörper zwischen den Kontaktflächen 30 entsteht.

Wenn sich die Enden des Lichtbogens gegen den Auaaenumfang der Kontaktkörper 17 und 18 bewegen, unterliegt der Lichtbogen einer in Umfangerichtung wirkenden magnetischen Kraft, die ihn um die Mittelachse der Kontaktkörper in Drehung versetzt. Diese in Umfangsrichtung wirkende magnetische Kraft wird von einer Vielzahl von Schlitzen 32 erzeugt, die in jedem der Kontaktkörper so angebracht sind, dass diese in mehrere .Finger 33 aufgeteilt werden, die von zwei angrenzenden Schlitzen begrenzt werden. Die.Schlitze verlaufen vom

Aussenumfang

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ORIGINAL

Aussenumfang der Kontaktkörper längs Bahnen radial nach innen, die sich sowohl in Umfangsrichtung als auch radial zu den Kontaktkörpern erstrecken, wie in Fig.2 dargestellt ist. Die Schlitze 32 zwingen den zu oder von einem Lichtbogen fliessenden Ström auf dem geschlitzten Abschnitt des Eontakts zu fliessen, damit er einer Bahn folgt, die in der Nähe des Lichtbogens eine in Umfangsrichtung zu den Kontakt-. körpern verlaufende Komponente besitzt.Diese in Umfangsrichtung verlaufende Komponente des längs des Wegs L fliessenden Stroms bewirkt, dass eine reine, in Umfangsrichtung wirkende Kraft entsteht, die den Lichtbogen um die Mittelachse der Kontaktkörper in Drehung zu versetzen versucht.

Diese in Umfangsrichtung wirkende Kraftkomponente ist stark gnug, jedes Ende des Lichtbogens über die Schlitze 32 zu treiben, so dass eine kontinuierliche Drehbewegung des Liahtbögens auf der K_ontaktfläche entsteht. Diese kontinuierliche Drehbewegung des Lichtbogens erlaubt ein6 Unterbrechung grösserer Ströme, da durch offensichtlich die vom Lichtbogen verursachte Kontaktabnützung verringert wird, so dass die Menge der erzeugten Metalldämpfe verringert wird.Dadurch können die Metalldämpfe vollständiger kondensieren, wenn kein Strom flieset.

Ein Paktor, der denWert des mit Hilfe der Kontaktkörper zu unterbrechenden Stroms zu begrenzen scheint, ist die Möglichkeit, dass sich der normalerweise schnell bewegende Lichtbogen-

end punkt '

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endpunkt unter gewissen, bei grossen Strömen auftretenden Bedingungen am inneren Ende eines Schlitzes verweilt. Dieser Vorgang kann eine übergrosse Erwärmung und Abnützung des Kontaktmaterials zur lOlge haben, und er scheint die Abschaltfähigkeit des Kontakts nachteilig zu beeinflussen.

Die Neigung des Lichtbogens, am inneren Ende der Schlitze zu verweilen oder zu haften, konnte dadurch wesentlich verringert werden, dass die Schlitze 32 radial nach innen über den Aussenrand des Kontaktknopfes 25 verengert wurden. Dies ist in Fig.2 am besten zu erkennen, wo dargestellt ist, dass sich der Kontaktknopf 25 überbrückend über das innere Ende jedes Schlitzes 32 erstreckt.Der am weitesten innen liegende Punkt jedes Schlitzes 32 ist mit 32a bezeichnet.Wenn sich ein Endpunkt eines auf der Hauptfläche des Kontaktkörpers auftretenden Mchtbogenendpunktes der "Überschneidungsstelle eines Schlitzes 32 mit dem Aussenumfang des Kontaktknopfs nähert, tritt eine nicht völlig erklärbare magnetische Abstosswirkung auf, die dem lichtbogen eine kontinuierliche Bewegung aufzwingt, so dass er nicht an dieser bestimmten Stelle verweilen kann.Es sind zahlreiche gemäss dem in 3?ig.2 dargestellten Aufbau hergestellte Kontaktkörper nach wiederholten Absehaltvorgängen grosser Ströme untersucht worden. Diese Untersuchungen haben einen weit geringeren Abbrand an dieser bestimmten Stelle ergeben, als er bei ähnlichen Kontaktkörpern typisch ist, deren Schlitze am

Aussenumfang

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AusBenumfang der Koataktknöpfe enden. Dies ist der EaIl gewesen, obwohl mit den gemäss IMg.2 aufgebauten Eontakt körpern grössere Ströme, z.B. 25 000 Ampere als bei den Kontaktkörpern abgeschaltet worden sind, deren Schlitze am Aussenumfang ihrer Kontäctknöpfe enden.

Die Grosse der Lichtbogenrotationskraft, die an einem Lichtbogen entwickelt wird, der sich in der Nähe des Aussenumfangs eines Kontaktkörpers 17 oder 18 befindet, ändert sich direkt mit der wirksamen Länge der finger 33· Der Durchmesser des Kontakt körpers kann zur Vergrößerung der wirksamen Länge der Finger vergrössert werden, aber gewöhnlich sind es andere Konstruktionsüberlegungen, die den maximalmöglichen Durchmesser der Kontaktkörper begrenzen. An dem Kontaktkörper werden dadurch Finger mit einer vergrösserten Länge geschaffen, dass die Schlitze über den Aussenumfang des Kontaktknopfs 25 hinaus nach innen verlängert werden.

Vor dem Entwurf gemäss Fig.2 wurde die Verwendung eines Kontaktknopfs 25 mit kleinerem Durchmesser an den Kontaktkörpern zur Erzeugung längerer Finger in Erwägung gezogen« Es hat sich jedoch herausgestellt, dass infolge des / kleineren Durchmessers die Geschwindigkeit beträchtlich herabgesetzt wird, mit der der Lichtbogen nach seiner Auslösung radial nach aussen getrieben wird. Mittels einer

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über den Aussenumfang des Kontaktnopfs 25 hinaus erfolgenden radialen Verlängerung der Schlitze nach innen kann ein Kontaktknopf mit dem grossen Durchmesser verwendet werden, der zur Erzielung der erwünschten grossen Geschwindigkeit der radial nach aussen gerichteten Lichtbogenbewegung erforderlich ist, ohne dass die Länge der Finger verringert wird. Damit die radial nach aussen gerichtete Krümmung des Stromwegs Ii verstärkt wird, wird eine Büchse aus einem Metall mit groesem Widerstand, etwa aus rostfreiem Stahl, um jede der Kontaktstangen 17a und 18a dort angebracht, wo diese mit dem Kontaktkörperaufbau verbunden sind. Das Vorhandensein dieser Büchse zwingt den grössten !eil des Stroms, im Hittelbereich des Kontaktkörpers einzudringen, so dass der Strom radial nach aussen fliesäen muss, damit er die Kontaktfläche 30 erreicht.

Ein'weiterer Torteil des geraäss Fig.2 aufgebauten Kontaktkörpers ist die zusätzliche mechanische Festigkeit, die den relativ langen und schlanken Fingern 35 von dem zentralen Kontaktknop"f,25 verliehen wird. Da der Kontaktknopf 25 mit allen Fingern und mit dem Mittelbereich des scheibenförmigen Kontaktkörpers hartverlötet ist, widersteht er jeder Neigung der Finger, sich aufgrund von mechanischen Kräften zu verbiegen, die bei einem Abschaltvorgang auftreten.

In

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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht der Kontaktknopf 25 aus ,einem Material wie etwa aus Kupfer-Wismut- oder Kupfer-Blei-Legierungen, das sehr widerstanäsfähig gegen ein Verschweissen der Kontaktstelle ist, wie in der USA-Patentschrift 3 246 979 ausgeführt ist.DerRest des Kontaktkörpers besteht vorzugsweise aus einem anderen, leichtjzu bearbeitenden Material wie etwa reinem Kupfer.Obwohl der Kontaktknopf vorzugsweise aus einem vom restlichen Kontaktkörper verschiedenen Material hergestellt ist, ist es injgewissen Anwendungsfällen auch befriedigend, für den ganzen Kontaktkörper das gleiche Material zu verwenden, so dass der Kontaktknopf an den. restlichen Kontaktkörper angeformt ist. ·

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erstrecken sich die Schlitze 32 in dem ausserhalb des Kontaktknopfs liegendenlfereich durch die gesamte Dicke ihrer zugehörigen Kontaktkörper , und sie erstrecken sich auch bis zum äussersten Rand der Kontaktkörper, so dass die Finger fast vollständig voneinander getrennt sind. Durch diesen getrennten Aufbau ergibt sich eine stärkere Lichtbogenrotationskraft, da der zu einem Lichtbogenend-punkt fliessende Strom auf einen Weg beschränkt ist, der zur Erzeugung der Lichtbogenrotation besonders geformt ist.

Zur

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Zur Abscheidung der von den Lichtbögen erzeugten Metalldämpfe sind geeignete dampfabscheidende Schirme 50, 54, 56 und 58 vorgesehen. Der Hauptschirm 50 besteht aus einem Rohrteil, das die Lichtbogenstrecke 52 umgibt und zwischen dem isolierenden Gehäuse 11 und der Iiichtbogenstrecke angebracht ist. .Dieser Hauptschirm liegt vorzugsweise auf einem Potential, das zwischen den Potentialen der Elektroden bei geöffnetem Schalter liegt. Rohrförmige, mit den Endkappen 12 bzw. 13 verbundene Hilfsschirme 54 umgeben die beiden Enden des Hauptschirms 50. Zusätzliche rohrf örmige Hilfssehirrne 56, die ebenfalls mit den Endkappen verbunden sind, sind vom Hauptschirm umgeben. Ein geeigneter napfförmiger Schirm 50a ist um den Metallbalg 20 angebracht, damit dieser vor den vom Lichtbogen erzeugten Produkten geschützt wird. Diese Abschirmung ist genauer in der gleichzeitig eingereichten Patentanmeldung ... ("Unterdruckschalter¹¹ entsprechend der US-Patentanmeldung 583 893 vom 3.Oktober 1966) beschrieben.

In der Ausführungsform von 3?ig.3 kann in jeden Kontaktknopf 25 direkt hinter der rfagförmigen Kontaktfläche 30 zur weiteren Ausprägung der radial nach aussen erfolgenden Krümmung des Stromwegs L ein ringförmiger Einsatz 70 aus einem Material mit hohem Widerstand wie etwa sus rostfreiem Stahl eingefügt werden.Der Einsatz gleicht dem Einsatz , der in der ÜS^-Patentschrift 3 158 719 beschrieben

ISULi

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ist. Zwischen dem Aussenumfang des Kontaktknopfs 25 und dem Hauptkörper des Kontaktkörpers ist ein kleiner Zwischenraum 72 freigelassen, damit der Strom nicht wesentlich durch die Aussenumfangsfläche in den Kontaktknopf eindringen kann sondern gezwungen ist, durch den Mittelbereich des Kontaktknopfs einzudringen. Der ringförmige Einsatz 70 setzt dem längs einer vertikalen Bahn hindurchfliessenden Strom einen hohen Widerstand entgegen, so dass der in den Kontaktknopf eindringende Strom zusätzlich veranlasst wird, durch den Mittelbereich einzudringen. In der abgeänderten Ausführungsform von Pig.3 erstrecken sich die spiralförmigen Schlitze 32 über den ringförmigen Einsatz 70 hinaus radial nach, innen. Auf diese Weise überbrücken der Einsatz 70 und der Körper des Kontaktknopfs 25 die Inne-nenden der Schlitze 32. Die Aussenumfangsfläche des aus rostfreiem Stahl bestehenden Einsatzes 70 ist vorzugsweise ein wenig radial gegen die Aussenumfangsflache des Kontaktknopfs 25 nach innen versetzt, damit die Möglichkeit verringert wird, dass ein Lichtbogenendpunkt am Einsatz 70 haftet.

Patenta nsprüohe

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Claims

Patentansprüche

1. Elektrischer Unterdruckschalter mit einer stark evakuierten Umhüllung, innerhalb der evakuierten Umhüllung angebrachten, relativ beweglichen Kontaktkörperη, die aus einer Berührungsstellung in eine gelöste Stellung beweglich sind, in der zwischen den Ifcntaktkörpern ein Lichtbogen entsteht, wobei einer der Kontaktkörper ein im allgemeinen scheibenförmiges Glied besitzt, das eine gegen den anderen Kontaktkörper gerichtete fläche besitzt, an der der Lichtbogen während einer Stromkreis unterbrechung auftreten kann, und mit Einrichtungen zur Erzeugung einer Rotation des Lichtbogens auf der Fläche des scheibenförmigen Glieds, die aus mehreren, voneinander entfernt liegenden Schlitzen bestehen, die in dem artieibenföroigen Glied jeweils radial und in Umfangsrichtung verlaufend angebracht sind, dadurch gekennzeichnet, dass der eine Kontaktkörper einen im Anschluss an die Fläche angebrächten Kontaktknopf besitzt, der am anderen Kontaktkörper angreift, wenn der Kontakt geschlossen ist, dass der Kontaktknopf allgemein in bezug auf den einen Kontatcüörper in der Mitte liegt und einen Aussenumfangsbereich besitzt, der radial vom Ausenumfang des scheibenförmigen Glieds entfernt ist, und dass der Kontaktknopf die Schlitze in der Nähe ihrer Innenenden überdeckt.

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2. Elektrischer Unterdruckschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Schlitze bis zum äussersten i..and des scheibenförmigen Glieds und in dem Bereich durch dessen gesamte !Dicke erstrecken, der radial ausserhalb des Kontaktknopfs liegt.

3. Elektrischer Unterdruckschalter nach den Ansprüchen 1-2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktknopf und das scheibenförmige Glied aus verschiedenen !-!feterialien hergestellt sind und dass der Kontaktknopf aus einer gegen Kontaktverschweissen widerstandsfähigen Legierung hergestellt ist.

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