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Die Erfindung bezieht sich auf einen thermisch auslösenden Schutzschalter mit einem Betätigungselement, insbesondere in Form einer Schaltwippe, das bzw. die mit einem in einem Gehäuse schiebebeweglichen und in Einschaltstellung verrasteten Schieber zusammenwirkt, sowie mit einem Bimetall, das den Schieber infolge eines Überstromes zur Kontaktöffnung entklinkt.
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Ein derartiger Schutzschalter ist aus der
EP 2 246 871 B1 bekannt. Der Schutzschalter umfasst einen mit einer Schaltwippe als Betätigungselement gekoppelten Schieber, dessen Kontaktende an einer Kontaktfeder anliegt. Der in einem Gehäuse schiebebeweglich gehaltene Schieber beaufschlagt die Kontaktfeder entgegen deren Rückstellkraft in Kontaktstellung. Der Schieber rastet in Einschaltstellung des Schutzschalters ein. Zur Verschiebung des Schiebers in die Einschaltstellung mittels der Schaltwippe wirken Rastelemente in Form von Schaltnocken am Schieber und an der Schaltwippe über eine Schaltkante zusammen. Die Verrastung des Schiebers mit der Schaltwippe erfolgt nach Art einer Rast- oder Schnappverbindung, wozu am Schaltwippe ein erstes Rastelement und am Schieber ein zweites Rastelement vorgesehen sind.
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Die Schaltwippe ist zwischen einer Einschaltstellung und einer Ausschaltstellung verschwenkbar und rastet entgegen der Rückstellkraft einer Rückstellfeder in Einschaltrichtung ein. Zur Entklinkung des eingerasteten und mit einem Bimetall gekoppelten Schiebers infolge einer thermischen Auslösung ist dieser aus einer Ausgangsposition um die Schieberlängsachse drehbar im Gehäusesockel des Gehäuses angeordnet. Eine Überstromauslösung des Schutzschalters ist an der in Ausschaltstellung befindlichen Schaltwippe von außerhalb des Gehäuses erkennbar, wobei an der Schaltstellung erkennbar ist, ob der durch den Schutzschalter abgesicherte Stromkreis geschlossen oder unterbrochen ist.
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In der Praxis hat sich gezeigt, dass ein häufiges Betätigen des als Schaltwippe ausgeführten Betätigungselements dazu führen kann, dass eine zuverlässige Verrastung mit dem Schieber nicht mehr sichergestellt ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schutzschalter der genannten Art derart weiterzubilden, dass dieser auch bei mehrmaligem Betätigen zuverlässig arbeitet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Varianten sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Der erfindungsgemäße Schutzschalter zur Absicherung eines Stromkreises umfasst ein Gehäuse in Form vorzugsweise einer Gehäusekappe und eines darin einsitzenden Gehäusesockels, aus dem zweckmäßigerweise bodenseitig eine Anzahl von Kontaktanschlüssen herausragen, die geeigneterweise als Flachkontakte ausgeführt sind. Innerhalb des Gehäuses ist ein Bimetall zur thermischen Auslösung angeordnet, das bevorzugt zwischen einen ersten Kontaktanschluss und über eine Kontaktfeder an einen zweiten Kontaktanschluss geschaltet ist. Ein im Gehäuse schiebebeweglich angeordneter Schieber ist mit einem Betätigungselement, zweckmäßigerweise in Form einer Schaltwippe, im eingeschalteten Zustand des Schutzschalters verrastet, wobei die Rastverbindung durch insbesondere nocken- oder nasenartige Rastelemente am Betätigungselement einerseits und am Schieber andererseits gebildet ist. Zumindest eines dieser beiden Rastelemente besteht aus einem anderen Werkstoff als derjenige des Schiebers bzw. des Betätigungselements.
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Infolge eines Überstroms bewegt das Bimetall eine Entklinkung der Rastverbindung zwischen dem Schieber und dem Betätigungselement mit der Folge einer Kontaktöffnung eines der Kontaktfeder zugeordneten Bewegkontaktes und eines mit zumindest einem der Kontaktanschlüsse verbundenen Festkontaktes.
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Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass für eine mit der Anzahl der Betätigungen des Schutzschalters abnehmende Zuverlässigkeit der Rastverbindung zwischen dem Schieber und dem Betätigungselement ein Abrieb der Rastelemente ursächlich ist. Als vorrangige Schwachstelle beim Zusammenwirken der beiden Bewegteile, nämlich des Betätigungselements und des Schiebers hat sich das Rastelement des Betätigungselements erwiesen. Ursächlich hierfür wiederum ist die eingeschränkte Auswahl des Werkstoffes des Betätigungselements, zumal dieses üblicherweise in der bevorzugten Ausführungsform als Schaltwippe einen transparenten Werkstoff voraussetzt, um eine Beleuchtung des Schutzschalters mittels eines gehäuseinternen Leuchtmittels zu ermöglichen. Als transparente Werkstoffe kommen vorrangig Polyamid-Kunststoffe (PA) und Polycarbonate (PC) als synthetische Polymere in Frage. Um die gewünschten transparenten Eigenschaften dieser Werkstoffe nicht einzuschränken, ist eine Zugabe oder Beimischung von die Gleiteigenschaften verbessernden Füllstoffen nicht oder zumindest nicht in ausreichendem Maße möglich. Demzufolge ist ein Abrieb des Rastelements praktisch unvermeidbar
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Die Erfindung geht nun von der Überlegung aus, dass einerseits die gewünschten Werkstoffeigenschaften des Schiebers und insbesondere des Betätigungselements unvermindert beibehalten und gegebenenfalls die transparenten Eigenschaften aufrechterhalten werden können, wenn lediglich das Rastelement aus einem vergleichsweise abriebfesten Werkstoff besteht bzw. hergestellt ist. Besonders geeignet erscheint dabei die Bereitstellung eines die Rastfunktion übernehmenden separaten Bauteils, das zweckmäßigerweise als Fügeteil ausgebildet ist und somit herstellungs- und montagetechnisch einfach mit dem entsprechenden Bewegteil, vorzugsweise mit dem Betätigungselement, unverlierbar verbunden werden kann.
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Mögliche Werkstoffe für das jeweilige Rastelement sind eine geeignete Keramik, ein gleitoptimierter Kunststoff oder ein Metall. Hierbei sollte zur Erzielung einer Minimierung des Abriebs eine möglichst genaue Oberflächenrauhigkeit gewählt werden. Als geeignet und insbesondere als kostengünstig hat sich ein Metallteil herausgestellt, das durch ein zerspanendes Feinbearbeitungsverfahren (Honen, Läppen), durch Schleifen oder durch Ziehen bearbeitet werden kann. Wirtschaftlich besonders günstig ist ein Stanzbiegeteil, bei dem der gezogene Oberflächenteil als Rastelement (Rastnase oder Rastnocke) verwendet wird. Das als Rastelement bereitgestellte Bauteil kann als Einpressteil, beispielsweise mit Tannenbaumgeometrie, oder als umspritzbares Bauteil ausgeführt sein.
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In vorteilhafter Ausgestaltung weist das Rastelement eine Rastnocke mit angeformten Fügeabschnitt auf, mit dem das Rastelement in einer korrespondierenden Stecköffnung des geeigneterweise als Schaltwippe ausgeführten Betätigungselementes einsitzt. Eine tannenbaumartige Rast- oder Steckkontur oder eine Außenverzahnung des Fügeabschnitts ermöglicht ein montagetechnisch einfach handbares Einstecken des Rastelements in eine korrespondierende Fügeöffnung des entsprechenden Bewegteils, insbesondere der Schaltwippe, in Steckrichtung, während eine Bewegung des Rastelements in Gegenrichtung blockiert und somit eine zuverlässige Fügeverbindung hergestellt ist.
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Bei der geeigneten Variante des Rastelements als Stanzbiegeteil ist der Fügeabschnitt aus zwei zumindest im Wesentlichen parallele Fügeschenkel und einen Zwischenschenkel gebildet, der eine Schaltkante und im Übergangsbereich zu einem der Fügeschenkel die Rastnocke ausbildet. Geeigneterweise weist hierbei der oder jeder Fügeschenkel zumindest einen Quersteg auf, der im Fügezustand in einer korrespondierenden Stegöffnung des entsprechenden Bewegteils, insbesondere der Schaltwippe, einsitzt.
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Um den im Zuge einer thermischen Auslösung mittels des Bimetalls dreh- oder schwenkbewegten Schieber in dessen Ausgangsposition zurückzuschwenken, ist ein Federelement vorgesehen, das bei einer Schaltwippe als Bedienelement mit zwei zueinander beabstandeten Wippenwänden an diejenige Wippenwand angeformt ist, der das Rastelement aufnehmenden Wippenwand gegenüberliegt.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch Bereitstellung eines Rastelements aus einem vom Werkstoff des eigentlichen Bewegteils (Betätigungselement, Schieber) abweichenden Werkstoff mit vergleichsweise hoher Abriebfestigkeit in einfacher Art und Weise ein auch vielfach betätigbarer Schutzschalter bereitgestellt ist, bei dem bei gleichzeitig hoher Lebensdauer und zuverlässiger Verrastung zwischen den Bewegteilen (Betätigungselement, Schieber) eine praktisch uneingeschränkte Funktionalität des Schutzschalters, insbesondere einer ausreichenden Transparenz im Falle einer Schalterbeleuchtung, sichergestellt ist.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
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1 in perspektivischer Darstellung einen Schutzschalter mit einer Schaltwippe und mit aus einem Gehäuse herausragenden Kontaktanschlüssen,
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2 das Gehäuseinnere des Schutzschalters gemäß 1,
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3 in einer vergrößerten Darstellung einen mit der Schaltwippe sowie mit zwei Kontaktfedern zusammenwirkenden Schieber des Schutzschalters gemäß 2,
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4 in perspektivischer Darstellung eine erste Variante eines Rastelementes mit tannenbaumartiger Schaftkontur,
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5 in perspektivischer Darstellung die Schaltwippe mit einsitzendem Rastelement gemäß 4
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6 in perspektivischer Darstellung die Schaltwippe mit einer Fügeöffnung für eine zweite Variante des Rastelements,
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7 in perspektivischer Darstellung das Rastelement gemäß der zweiten Variante als Stanzbiegeteil, und
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8 und 9 das Rastelement gemäß der zweiten Variante in der Fügeverbindung mit der Schaltwippe in einer Seitenansicht bzw. ausschnittsweise in perspektivischer Ansicht.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt in perspektivischer Darstellung einen Schutzschalter 1 mit einem Gehäuse 2, aus welchem bodenseitig Kontaktanschlüsse 3 bis 6 herausstehen. Eine Gehäusekappe 2' des Gehäuses 2 weist oberseitig eine Gehäuseöffnung 7 auf, in welcher eine Schaltwippe 8 dreh- oder schwenkbeweglich montiert ist. Die Schaltwippe 8 ermöglicht nach Art eines Handauslösers sowohl das manuelle Einschalten als auch ein manuelles Ausschalten des Schutzschalters 1. Am Gehäuse 2 vorgesehene Rastarme 9 dienen zur Verrastung und somit zur Fixierung des Schutzschalters 1 in einer Einbau- oder Montageöffnung. Das Gehäuse 2 ist gehäuseunterseitig mit einem Gehäusesockel 10 abgeschlossen, welcher Rastelemente 11 aufweist, die bei der Montage des Schutzschalters 1 in an der Gehäusekappe 2' vorgesehene Aussparungen 12 einrasten.
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2 zeigt das Gehäuseinnere des Schutzschalters 1. Der Schutzschalter 1 ist zur Absicherung von zwei Stromkreisen vorgesehen. Einem ersten Stromkreis sind die Kontaktanschlüsse 3 und 5 und dem zweiten Stromkreis sind die Kontaktanschlüsse 4 und 6 zugeordnet. Gehäuseinnenseitig sind die Stromkreise über den jeweiligen Kontaktanschlüssen 3 bis 6 zugeordnete Kontaktfedern 14 und 15 schließ- und unterbrechbar. Die Kontaktfedern 14 und 15 sind an Festenden 16 bzw. 17 gehalten. Diesen gegenüberliegende Freienden 18, 19 stehen in Überdeckung mit gehäuseinnenseitigen Frei- oder Kontaktenden 20, 21 der Kontaktanschlüsse 3 bzw. 4. Die Kontaktfeder 15 ist an ihrem Festende 17 mit dem Kontaktanschluss 6 elektrisch leitend verbunden und an diesem gehalten. Die Kontaktfeder 14 ist über ein Bimetall 22 mit dem Kontaktanschluss 5 elektrisch leitend verbunden.
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Der an die Kontaktanschlüsse 3 und 5 anschließbare Stromkreis ist hitzeschutzüberwacht derart, dass ein durch diesen und über den Kontaktanschluss 5 fließender Strom zunächst durch das Bimetall 22, über dieses durch die Kontaktfeder 14 und über den Kontaktanschluss 3 abfließt. Im Gegensatz dazu ist der an die Kontaktanschlüsse 4 und 6 anschließbare Stromkreis nicht hitzeschutzüberwacht, da ein durch diesen fließender Strom über den Kontaktanschluss 6 und direkt über die Kontaktfeder 15 soweit über den Kontaktanschluss 4 fließt.
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Zum Schließen und Unterbrechen des jeweiligen Stromkreises ist ein Schieber 23 vorgesehen, der im Gehäusesockel 10 zwischen einer Einschaltstellung (Ein-Stellung) und einer Ausschaltstellung (Aus-Stellung) verschiebbar angeordnet ist. In der Darstellung gemäß 2 befindet sich der Schieber 23 in der Ein-Stellung, in welcher dieser mit dessen der Schaltwippe 8 abgewandten Schieberfreienden 23a, 23b die Kontaktfedern 14 bzw. 15 entgegen deren Rückstellkraft in Kontaktschließrichtung beaufschlagt. Dies ist an den geschlossenen Kontakten 24 bis 27 (3) zwischen den Freienden 18, 19 der Kontaktfedern 14 bzw. 15 und den Freienden 20, 21 der Kontaktanschlüsse 3 bzw. 4 erkennbar.
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Der Schieber 23 ist einerseits durch Betätigen der Schaltwippe 8 sowohl in die Ein-Stellung als auch in die Aus-Stellung manuell verschiebbar. Der Schieber 23 ist andererseits durch eine Überstromauslösung in die Aus-Stellung verschiebbar. Im Falle eines über das Bimetall 22 fließenden Überstroms, d. h. eines den Nennstrom des Schutzschalters 1 übersteigenden Strombetrags biegt das Bimetall 22 aufgrund dessen Erhitzung aus. Infolge dieses Ausbiegens des Bimetalls 22 wird der in der Ein-Stellung befindliche arretierte Schieber 23 aus einer Rast- oder Schnappverbindung gelöst oder entklinkt.
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Wie grundsätzlich aus der eingangs genannten
EP 2 246 871 B4 bekannt, ist hierzu das Bimetall
22 etwa U-förmig gebogen und umfasst unter Bildung von zwei vergleichsweise langen Bimetallbügeln und zwei vergleichsweise kurzen Bimetallbügeln zwei zueinander beabstandet verlaufende Bimetallschenkel, die an einem Bimetallende ineinander übergehen und dort miteinander verbunden sind.
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Die Verschiebung des Schiebers 23 in dessen Aus-Stellung erfolgt aufgrund der Rückstellkraft der blattfederartigen Kontaktfedern 14, 15 in deren Auslöse- oder Federkraftrichtung. In der gezeigten Ein-Stellung des Schiebers 23 sind die Kontakte 24, 25 zwischen der Kontaktfeder 14 und dem Kontaktanschluss 3 sowie die Kontakte 26, 27 zwischen der Kontaktfeder 15 und dem Kontaktanschluss 4 geschlossen. In der Ein-Stellung des Schiebers 23 ist weiter eine zwischen der Schaltwippe 8 und dem Schieber 23 gebildete Rast- oder Schnappverbindung 28 verriegelt. Im Gegensatz dazu ist die Rastverbindung 28 in der Aus-Stellung des Schiebers 23 entriegelt.
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3 zeigt in einer ausschnittsweisen Darstellung der 2 die Rastverbindung 28 des Schutzschalters 1 in verriegeltem Zustand der beteiligten Bewegungselemente des Schutzschalters 1, d. h. des Schiebers 23 mit der Schaltwippe 8. Die Rastverbindung 28 ist durch einen am Schieber 23 vorgesehenen Rastnocken (Rastnase) 29a eines ersten Rastelement 29 und einen an der Schaltwippe 8 angeformten Rastnocken (Rastnase) 30a als ein zweites Rastelement 30 gebildet.
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Um den Schieber 23 aus der Aus-Stellung in die gezeigte Ein-Stellung zu verschieben, ist die Schaltwippe 8 um eine Drehachse 31, insbesondere in Form eines am Gehäusesockel 10 angeformten Lagerzapfen, in Einschaltrichtung schwenkbeweglich angeordnet. An der Schaltwippe 8 ist eine unmittelbar neben der Rastnocke 30 angeordnete Schaltkante 32 vorgesehen. Beim Kippen der Schaltwippe 8 in Einschaltrichtung fährt der schieberseitige Rastnocken 29a an der schaltwippenseitigen Schaltkante 32 entlang, bis der Rastnocken 29a den wippenseitige Rastnocken 30a hintergreift und somit einrastet, so dass der Schieber 23 in dieser Einschaltstellung arretiert ist.
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Eine Rückführung des Schiebers 23 von der Ein-Stellung in die Aus-Stellung aufgrund einer Überstromauslösung erfolgt durch das Ausbiegen des Bimetalls 22 aus der Zeichenebene gemäß 2 heraus, so dass die Rastverbindung 24 automatisch entriegelt wird. Hierzu ist der Schieber 23 um eine Dreh- oder Schieberlängsachse drehbar am Gehäusesockel 10 gelagert. Zur Rückdrehung des Schiebers 23 nach erfolgter Entriegelung der Rastverbindung 28 ist an der Schaltwippe 8 ein Federelement 33 vorgesehen. Dieses fährt während der Rückführung der Schaltwippe 8 in dessen Ausschaltstellung an einer Vorderseite des Schiebers 23 entlang, so dass der durch die Entriegelung der Rastverbindung 28 gedrehte Schieber 23 eine Rückdrehung in dessen Neutralstellung erfährt. Die Überstromauslösung ist von außerhalb des Gehäuses 2 anhand der Stellung der Schaltwippe 8 erkennbar.
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4 zeigt eine erste Ausführungsform des wippenseitigen Rastelements 30 in Form eines Fügebauteils mit einem Fügeschaft 34 und der Rastnocke 30a, die endseitig an den Fügeschaft 34 angeformt ist. Der Fügeschaft 34 weist eine tannenbaumartige Außenkontur oder -verzahnung 35 auf. Mit diesem Fügeschaft 34 wird das Rastelement 30 in eine wippenseitige Fügeöffnung 36 form- und kraftschlüssig eingesteckt. Eine im Übergang zwischen der Rastnocke 30a und dem Fügeschaft 34 vorgesehene Anlagekante 37 des Rastelemente 30 liegt im in 5 gezeigten Fügezustand an einer wandseitigen Anlagefläche 38 der ausschnittsweise gezeigten Schaltwippe 8 an.
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Wie anhand der nachfolgenden 7 vergleichsweise deutlich ersichtlich ist, befindet sich das Rastelemente 30 an einer dem Schieber 23 zugewandten Freikante 39 einer ersten Wandung 40, die einer hierzu parallel zweiten Wandung 41 der Schaltwippe 8 beabstandet gegenüber liegt. An dieser dem Rastelement 30 gegenüberliegenden Wandung 41 ist das Federelement 33 angeformt, das einen Quersteg 42 aufweist, mit dem das Federelement 33 mit dem Schieber 23 zu dessen Rückstellung in die in 3 gezeigte Ausgangsposition zurückschwenkt.
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Die 6 bis 9 zeigen eine weitere Variante mit einem als metallisches Stanzbiegeteil ausgeführten Rastelement 30. Bei dieser Variante weist das Rastelement 30 einen aus zwei Fügeschenkeln 34a und 34b gebildeten Fügeschaft 34 auf, die in Verbindung mit einem Zwischenschenkel 34c ein insgesamt etwa U-förmiges Fügebauteil als Rastelement 30 ausbilden. Der Zwischenschenkel 34c ist unter Ausbildung der Schaltkante 32 schräg verlaufend und bildet im Übergang zu einem der beiden Fügeschenkel 34b die Rastnocke 30a aus. Die Fügeschenkel 34a, 34b sind im Ausführungsbeispiel mit jeweils zwei Querstegen 34d ausgebildet. Mit diesen greift das Rastelement 30 in korrespondierende Stegöffnungen 43 ein, die in einer (ersten) Wandung 40 der Schaltwippe 8 eingeformt sind.
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Den Fügezustand des Rastelements 30 mit der Schaltwippe 8 zeigen die 8 und 9 in einer Seitenansicht bzw. in einem perspektivischen Ausschnitt der Schaltwippe 8.
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Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
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Beispielsweise kann zusätzlich oder alternativ das schieberseitige Rastelement 29 ebenso wie das wippenseitige Rastelement 30 aus einem im Vergleich zum Werkstoff des jeweiligen Bewegelements (Schaltwippe 8 und/oder Schieber 23) abriebfesten Werkstoff bestehen.
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Ebenso kann das schieberseitige Rastelement 29 als Steckteil gemäß der Ausführungsform nach den 4 und 5 oder als Stanzbiegeteil gemäß der Ausführungsform nach den 6 bis 9 ausgeführt sein.
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Zudem kann anstelle einer Steckverbindung auch eine Umspritzung des aus einem abriebfesten Werkstoff bestehenden Rastelements 29, 30 im Zuge der Herstellung bzw. Fertigung des entsprechenden Bewegteils (Schaltwippe 8, Schieber 23) im Kunststoffspritzverfahren umspritzt werden.
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Desweiteren kann anstelle einer Schaltwippe auch ein anderes Betätigungselement, beispielsweise ein Taster oder dergleichen vorgesehen sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schutzschalter
- 2
- Gehäuse
- 2'
- Gehäusekappe
- 3 bis 6
- Kontaktanschluss
- 7
- Gehäuseöffnung
- 8
- Betätigungselement
- 9
- Rastelemente
- 10
- Gehäusesockel
- 11
- Rastelemente
- 12
- Aussparung
- 14, 15
- Kontaktfeder
- 16, 17
- Festende
- 18, 19
- Freiende
- 22
- Bimetall
- 23
- Schieber
- 24 bis 27
- Kontakt
- 28
- Rastverbindung
- 29
- erstes Rastelement
- 30
- zweites Rastelement
- 31
- Drehachse
- 32
- Schaltkante
- 33
- Federelement
- 34
- Fügeabschnitt
- 34a, b
- Fügeschenkel
- 34c
- Zwischenschenkel
- 34d
- Quersteg
- 35
- Steg-/Außenkontur
- 36
- Fügeöffnung
- 37
- Anlagekante
- 38
- Anlagefläche
- 39
- Freikante
- 40
- erste Wandung
- 41
- zweite Wandung
- 42
- Quersteg
- 43
- Stecköffnung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2246871 B1 [0002]
- EP 2246871 B4 [0031]
