DE3611338A1

DE3611338A1 - Elektrisches schaltgeraet fuer schaltanlagen

Info

Publication number: DE3611338A1
Application number: DE19863611338
Authority: DE
Inventors: Anthony Murrysville Pa. Lee
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1985-04-10
Filing date: 1986-04-04
Publication date: 1986-10-16
Anticipated expiration: 2006-04-05
Also published as: FR2580426B1; GB8607969D0; FR2580426A1; DE3611338C2; AU592782B2; GB2173642B; GB2173642A; CA1252138A; US4636760A; AU5528286A

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Schaltgerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Dabei handelt es sich insbesondere um ein Schaltgerät, das sowohl als strombegrenzend wirkender Schutzschalter als auch gleichzeitig als Lastschalter einsetzbar ist.

In der US-PS 4 001 743 ist ein Schutzschalter mit Spritzguß-Isolierstoffgehäuse beschrieben, der nur eine geringe Größe hat, jedoch auch zum Abschalten hoher überströme in der Lage ist, was auf seiner hohen Abschaltgeschwindigkeit beruht, die zu einer schnellen Kontakttrennung, einem steilen Anstieg der Lichtbogenspannung und demzufolge zu einer wirksamen Begrenzung der im Fehlerstrom- und Kurzschlüßzustand während des Abschaltvorgangs noch durchgelassenen Ströme führt.

Die in Richtung zu automatischer Energiesteuerung gehende Tendenz erfordert den Einsatz von Systemen, welche den Zustand von Verteilungs- und Laststromkreisen überwachen und das selektive Ein- und Ausschalten von Stromkreis-

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komponenten je nach Bedarf durch ferngesteuerte Betätigung von zugeordneten Steuer- und Schaltorganen ermöglichen.

Ω- t)er Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch Weiterentwicklung eines kleinen Hochleistungs-Schutzschalters ein elektrisches Schaltgerät zu schaffen, das sowohl als automatischer Schutzschalter als auch als fernbetätigbarer Lastschalter in Energieverteilungs-, Steuerungs- und Schaltanlagen einsetzbar ist.

üiese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch das im /Anspruch 1 gekennzeichnete Schaltgerät gelöst.

Dieses erfindungsgemäße Schaltgerät kann in einer Stromverteileranlage sowohl als strombegrenzender Schutzschalter zur Begrenzung und Abschaltung von Überströmen einschließlich Kurzschlußströmen als auch als Schalter eingesetzt werden, der von einer davon entfernt gelegenen Steuertafel oder automatisch von einem Computer aus betätigt v/erden kann, um den Stromkreis je nach Bedarf im Hinblick auf seine elektrischen Verbraucher ein- oder aus zuschalten.

Die elektromagnetische Betätigungseinrichtung des Schaltgeräts ist vorzugsweise in einem Raum zwischen der Lichtbogenlöscheinrichtung und einem hinteren üandteil des Gehäuses des Schaltgeräts angeordnet, wobei die Längsachse des Tauchkerns etwa parallel zu dem hinteren Wandteil verläuft, während der bewegliche Schaltkontakt und der diesen mit dein Tauchkern der Betätigungseinrichtung verbindende Hebel etwa in Vorwärts-Rückwärts-Richtung im Gehäuse verlaufen, was eine kompakte Konstruktion ergibt.

Vorzugsweise ist der Raum zur Aufnahme der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung nicht durch entsprechende Vergrößerung des Gehäuses des Schaltgeräts bereitgestellt, sondern vielmehr durch Beschränkung der Löschplatten der

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Lichtbogenlöscheinrichtung auf eine Anzahl, die kleiner als die bisher verwendete Anzahl ist, aber immer noch für Niederspannungsanwendungen, nämlich 12OV/24OV ausreicht.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen mehr im einzelnen beschrieben, in welchen zeigt;

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch das

Schaltgerät nach der Erfindung in

der Kontaktschließstellung; und

Fig. 2 eine ähnliche Schnittdarstellung

des Schaltgeräts in der Kontakt-Öffnungsstellung.

Das in den Zeichnungen dargestellte, allgemein mit bezeichnete Schaltgerät weist ein Gehäuse 13 und einen darin untergebrachten Schaltmechanismus 15 und mit einem feststehenden Schaltkontakt 17 und einem beweglichen Schaltkontakt 19 auf. Weiter weist das Schaltgerät 11 Betätigungsorgane, nämlich einen manuell betätigbaren Handgriff 21, eine elektromagnetische Auslöseeinrichtung 23, eine thermische Auslöseeinrichtung in Form eines Bimetallelements 26, und eine Lichtbogenlöscheinrichtung 27 mit einem Stapel magnetisierbarer Platten 89 zum Löschen von zwischen den Schaltkontakten 17 und 19 bei deren Trennung gezogenen Lichtbogen auf.

Das Gehäuse 13 ist aus geeignetem Isolierwerkstoff hergestellt, beispielsweise aus Epoxyharz, und besteht aus einem Sockelteil 31 und einem nicht dargestellten, daran mittels Schrauben oder Nieten oder anderweitig befestigten Deckel. Im Sockelteil 31 sind ein Netzanschluß 35, der in einer öffnung 36 am einen Gehäuseende sitzt, und ein Lastanschluß 37 befestigt, der am entgegengesetzten Gehäuseende sitzt.

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Der Schaltmechanismus 15 umfaßt einen Freigabemechanisrnus 39 mit einem Betätigungshebel 43 und einem Lösehebel 45, die beide drehbar auf einem Stift 47 gelagert sind. Der Lösehebel 45 greift in eine Aussparung des Betätigungshebels 43 ein und ist mittels einer Torsionsfeder 49 im Uhrzeigersinn vorgespannt. Ein Drahtbügel verbindet den Lösehebel 45 mit dem Betätigungshandgriff

Der bewegliche Schaltkontakt 19 ist als längliches Bauteil ausgebildet und mit seinem unteren Ende in einer öffnung 41 drehbar eingesetzt, die in einer Lichtbogenfährung sschiene 85 gebildet ist. Das obere Ende des beweglichen Schaltkontakts 19 ist über einen flexiblen Leiter 50 mit dem oberen Ende des Bimetallelements 26 verbunden, der seinerseits nit seinen unteren Ende an einem zum Lastanschluß 37 verlaufenden Leiterstreifen befestigt ist. Auf den beweglichen Schaltkontakt 19 wirkt eine Sprungfederanordnung 53, die einen Federführungsbügel 57, der bei 59 am beweglichen Schaltkontakt 19 angelenkt und an seinem oberen Ende durch einen Teil des Betätigungshebels 43 gehaltert ist, und eine Schraubenfeder 55 umfaßt, die zwischen dem Teil 103 des Betätigungshebels 43 und einer Schulter bzw. einem Stift 105 des Führungsbügels 57 teilweise zusammengedrückt gehalten wird.

Die Federanordnung 53 wirkt als Sprungwerk zur Bewegung des beweglichen Schaltkontakts 19 zwischen seiner Schließstellung (Fig. 1) und seiner Offenstellung (Fig. 2).

Das Bimetallelement 26 ist über eine Kuppelstange derart mit dem Lösehebel 45 wirkungsmäßig verbunden, daß, wenn ein über das Bimetallelement fließender überstrom seine Ausbiegung im Uhrzeigersinn bewirkt, das Bimetallelement die Kuppelstange 6 3 nach rechts bewegt und dadurch den Lösehebel 45 im Gegenuhrzeigersinn um den Stift 47 schwenkt, wodurch der Lösehebel den Drahtbügel 51 freigibt und damit auch der Betätigungshebel 43 freigesetzt und der Wirkung der Feder 55 ausgesetzt wird, die folglich

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den Betätigungshebel 43 im Gegenuhrzeigersinn schwenkt, wodurch sein unteres Ende 6 7 gegen den beweglichen Schaltkontakt 19 schlägt und diesen vom feststehenden Schaltkontakt 17 weg in seine Offenstellung bewegt. Während dieser Bewegung des beweglichen Schaltkontaktes 19, die aufhört, wenn der Betätigungshebel 43 gegen einen Anschlag 71 im Gehäusesockel 31 schlägt, bewegt sich die Sprungfederanordnung 53 mit dem Kniegelenk 59 über ihre Neutralstellung hinüber und hält demzufolge danach den beweglichen Schaltkontakt wiederum unter Vorspannung in seiner Offenstellung, wie aus Fig. 2 hervorgeht.

Sine mit dem Drahtbügel 51 verbundene Feder 53 bewirkt, daß der Drahtbügel der Bewegung des Lösehebels 45 in Gegen-Uhrzeigersinn folgt und dadurch den Handgriff 21 im Uhrzeigersinn in seine Aus-Stellung (Fig. 2) schwenkt, um anzuzeigen, daß eine Schutzschalterauslösung des Schaltgeräts stattgefunden hat. Das Schaltgerät arbeitet mit Freiauslösung, d.h. das Auslösen in die Offenstellung erfolgt auch dann ungehindert, wenn der Handgriff 21 in seiner Ein-Stellung (Fig. 1) festgehalten wird, während der Betätigungshebel 43 für eine Schwenkung im Gegenuhrzeigersinn unter der Einwirkung der Feder 55 freigegeben wird. In diesem Fall kann der entriegelte ürahtbügel 51 einfach auf die obere Kantenfläche 69 des Betätigungshebels 43 aufgleiten, so daß der Betätigungshebel 43 ungehindert im Gegenuhrzeigersinn schwenken kann, und wenn der Handgriff 21 dann losgelassen wird, wird er unter der Wirkung der Feder 73, die eine Zugkraft auf den Drahtbügel 51 ausübt, in seine in Fig, 2 gezeigte Aus-Stellung zurückgestellt.

Die elektromagnetische Auslöseeinrichtung 23 besteht aus einer Spule 75 und einem Anker 77_f die beide in einem im Gehäusesockel 13 montierten Rahmen 79 gehaltert sind. Fließt ein Fehlerstrom oder ein Kurzschlußstrom über das Schaltgerät, d.h. von dessen Netzanschluß 35 über einen

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. a-

Leiter 29, die Spule 75, einen den feststehenden Kontakt enthaltenden Leiter 81, den beweglichen Schaltkontakt 19, den flexiblen Leiter 51, und das Bimetallelement 26 zum Lastanschluß 37, steigt die Erregung der Spule 75 scharf an und der Anker 77 wird augenblicklich gegen den Lösehebel 45 vorgeschleudert, der dadurch im Gegenuhrzeigersinn geschwenkt wird und infolgedessen einen Kontaktöffnungsvorgang auslöst, der in der oben schon im Zusammenhang mit einer thermischen Auslösebetätigung des Auslösehebeis durch Ausbiegung des Bimetallelements 26 beschriebenen Weise abläuft.

Bei einer Trennung der Schaltkontakte 17 und 19 unter Last wird ein elektrischer Lichtbogen 83 (Fig. 2) zwischen ihnen gezogen, der dann schnell von seinem Entstehungsbereich zwischen den sich trennenden Schaltkontakten zur Lichtbogenlöscheinrichtung 27 und in diese hinein wandert. Dabei wird der Lichtbogen gestreckt und zwischen der unteren Lichtbogenleitschiene 85 und einer oberen Lichtbogenleitschiene 87 verlängert, wie bei 83a, 83b und 83c dargestellt ist, so daß die Lichtbogenspannung steil ansteigt und der zu unterbrechende überstrom wirksam begrenzt wird.

Das bis hierher beschriebene Schaltgerät 11 entspricht im wesentlichen demjenigen nach der eingangs erwähnten US-PS 4 001 743.

Gemäß der Erfindung ist das Schaltgerät 11 außerdem mit einer Schalteinrichtung ausgestattet, die es zusätzlich zur Schutzschalterfunktion für eine normale Schaltfunktion geeignet macht. Genauer gesagt: das Schaltgerät 11 ist mit einer elektromagnetischen Betätigungseinrichtung in Form eines Elektromagneten 25 ausgestattet, der eine Erregerspule 93 und einen darin beweglichen Tauchkern 95 aufweist. Der Elektromagnet 25 ist im Gehäuse 13 untergebracht, und zwar in einem Raum, der zwischen der Licht-

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Ί . AO-

bogenlöscheinrichtung 27 und der rückwärtigen Gehäusewand gebildet ist, wobei die Längsachse des Tauchkerns 95 etwa parallel zur hinteren Gehäusewand verläuft. Der Tauchkern 95 ist über einen Hebel 96 und ein Kuppelglied wirkungsmäßig mit dem beweglichen Schaltkontakt 19 verbunden. Der Hebel 96, der etwa in Vorwärts-Rückwärts-Richtung mit Bezug auf das Gehäuse 13 angeordnet und auf einem Gelenkstift 115 drehbar gelagert ist, ist mit einem unteren Ende gelenkig mit dem Tauchkern 95 verbunden, während sein oberes Ende an dem Kuppelglied 61 angelenkt ist, das · seinerseits gelenkig mit dem beweglichen Schaltkontakt 19 verbunden ist, nämlich mit dem Kniegelenk 59, das zwischen dem beweglichen Schaltkontakt 19 und der Sprungfederanordnung 53 gebildet ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Tauchkern im Ruhezustand, also bei nicht erregter Spule 93, mittels einer Zugfeder 9 7 in Kontaktschließrichtung vorgespannt, wie in Fig. 1 gezeigt ist. Bei Erregung der Spule 93, die beispielsweise ferngesteuert erfolgt, wird der Tauchkern 95 in die Spule 93 tiefer hineingezogen, wodurch der Hebel 96 entgegen der Vorspannung der Feder 97 im Uhrzeigersinn um seinen Gelenkstift 115 geschwenkt wird und über das Kuppelglied 61 den beweglichen Schaltkontakt 19 vom feststehenden Schaltkontakt 17 wegbewegt (siehe Fig. 2). Bei dieser Bewegung des beweglichen Schaltkonakts 19 in seine Offenstellung durchläuft die Sprungfederanordnung 93 ihre Neutralstellung in Richtung nach rechts (in der Neutralstellung verläuft die Wirkungslinie der Feder 55 durch den Drehpunkt 41 des beweglichen Schaltkontakts 19 und gleichzeitig durch das Kniegelenk 59), so daß sich das Kniegelenk 59 dann rechts von einer zwischen dem Drehpunkt 41 des beweglichen Schaltkontakts 19 und der Gelenkverbindung der Sprungfederanordnung 53 mit dem Betätigungshebel 43 verlaufenden Linie liegt.
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Während die Spule 93 erregt ist, verhindert der zurückgezogene Tauchkern 9 5 eine Schwenkung des Hebels 96

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im Uhrzeigersinn und sperrt demzufolge eine Bewegung des * beweglichen Schaltkontakts 19 in Schließrichtung selbst dann, wenn versucht werden sollte, durch manuelles Betätigen des Handgriffs 21 aus seiner Aus-Stellung (Fig, 2) im Gegenuhrzeigersinn in seine Ein-Stellung (Fig. 1) die Schaltkontakte zu schließen. Ein solcher Versuch hätte lediglich zur Folge, daß der Betätigungshebel 43 im Uhrzeigersinn geschwenkt und dadurch die Feder 55 der Sprungfederanordnung 53 stärker zusammengedrückt würde, was aber aus den oben angegebenen Gründen trotzdem nicht zu einer Kontaktschließung führen kann.

Bei Entregung der Erregerspule 9 3 wird der Tauchkern 95 durch die Zugfeder 97 wieder in seine Ruhestellung (Fig. 1) zurückgeholt, wodurch der Hebel 9 6 im Gegenuhrzeigersinn geschwenkt und der bewegliche Schaltkontakt 19 folglich wieder in seine Kontaktschließstellung bewegt *

wird. Während dieser Bewegung des beweglichen Schalt- -^

kontakts 96 in Schließrichtung bewegt sich die aus dem *

beweglichen Schaltkontakt und der Sprungfederanordnung 53 « bestehende Kniehebelanordnung in Schließrichtung über ihre Neutralstellung hinüber. Mit der Kniehebelanordnung wirkt ein im Gehäuse 13 gebildeter Vorsprung 101 als Anschlag zusammen, der den Weg der Sprungfederanordnung 53 in Kontaktöffnungsrichtung begrenzt. Wenn sich der Tauchkern 95 in seiner Ruhestellung gemäß Fig, 1 befindet (entspricht der Kontaktschließstellung), ist der Hebel 96 unabhängig vom Tauchkern 95 schwenkbar, um ein öffnen und Schließen des beweglichen Schaltkontakts 19 durch manuelle Betätigung des Handgriffs 21 und auch ein öffnen der Schaltkontakte durch Ansprechen des Bimetallelements 26 oder der elektromagnetischen Auslöseeinrichtung 23 * auf einem überstrom zu ermöglichen. Zum Zwecke dieser j

freien Bewegbarkeit des Hebels 96 ist die Verbindung ^*

zwischen dem Tauchkern 95 und dem am Hebel 96 angeordneten Gelenkstift durch ein ausreichend langes Langloch 99 gebildet.

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« Schließlich weist das Schaltgerät eine Anzeigeeinrichtung zur Herstellung einer Sichtanzeige darüber auf, ob die Schaltkontakte geöffnet oder geschlossen sind. Die Anzeigeeinrichtung v/eist ein längliches, hebelartiges Bauteil 109 auf, das mit seinem einen Ende bei 113 (Pig. 2) mit dem Gelenkstift 115 des Hebels 96 verkeilt und zusammen mit dem Hebel 96 bewegbar ist und an seinem anderen Ende eine Fahne 107 trägt, die sich im Bereich einer in einem Frontwandteil des Gehäuses 13 gebildeten Sichtöffnung 111 befindet. Dabei ist die

Anordnung so getroffen, daß das Bauteil 109 bei einem w Kontaktöffnungsvorgang so bewegt wird, daß die Fahne sichtbar unter die Sichtöffnung 111 zu liegen kommt (Fig. 2), und daß das Bauteil 109 bei einem Kontaktschließvorgang so bewegt wird, daß die Fahne 107 unter der Sichtöffnung 111 wegbewegt wird und unsichtbar ist (Fig. 1).

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Leerseite -

Claims

Patentansprüche

1. Elektrisches Schaltgerät für Schaltanlagen, das in einem isolierenden Gehäuse einen feststehenden Schaltkontakt, einen länglichen, zwischen seiner Offenstellung und seiner Schließstellung schwenkbaren beweglichen Schaltkontakt, einem Schaltmechanismus zum öffnen und Schließen des beweglichen Schaltkontakts, mindestens eine auf überstrom ansprechende Auslöseeinrichtung zum automatischen Einleiten der Kontaktöffnung, und eine Lichtbogenlöscheinrichtung aufweist, gekennzeichnet durch eine elektromagnetische Betätigungseinrichtung (25), die in dem isolierenden Gehäuse (13) untergebracht und ferngesteuert *, zwischen einem erregten Zustand und einem entregten Zustand φ umschaltbar ist sowie einen Tauchkern (95) aufweist, der zwischen einer dem entregten Zustand entsprechenden Ruhestellung und einer dem erregten Zustand entsprechenden Arbeitsstellung verschiebbar ist, und durch einen drehbar gelagerten Hebel (96), der den Tauchkern (95) mit dem beweglichen Schaltkontakt (19) derart kuppelt, daß eine Bewegung des Tauchkerns in seine Arbeitsstellung die zwangsweise öffnung des beweglichen Schaltkontakts (19) unabhängig von der Funktion des Schaltmechanismus bewirkt, während bei in der Ruhestellung befindlichem Tauchkern der Schaltzustand des beweglichen Schaltkontakts durch die Punktionen des Schaltmechanismus und der überstrom-Auslöseeinrichtung vorgegeben ist.

2, SchaltgerSt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, ^ daß die elektromagnetische Betätigungseinrichtung (25)

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zwischen der Lichtbogenlöscheinrichtung (21) und dem

^ rückwärtigen Wandteil des Isoliergehäuses (13) derart

angeordnet ist, daß die Längsachse des Tauchkerns (95) etwa parallel zur rückwärtigen Gehäusewand verläuft, und daß der den Tauchkern mit dem beweglichen Schaltkontakt (19) kuppelnde Hebel (96) etwa in Vorwärts-Rückwärts-Richtung in .Gehäuse angeordnet ist.

3, Schaltgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hebel (96) derart mit dein Tauchkern (95) gekuppelt ist, daß er bei in der Ruhestellung befindlichen Tauchkern frei zwischen seinen der Kontaktöffnungsstellung *"" und der Kontaktschließstellung entsprechenden Stellungen bewegbar ist, daß er aber bei in der Arbeitsstellung befindlichen Tauchkern zwangsweise in seiner der Kontaktöffnungsstellung entsprechenden Stellung gehalten wird.

^

4. Schaltgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

> daß der Hebel (96) über einen in einem Langloch (99) ver-

♦ 20 schiebbaren Gelenkstift gelenkig mit dem Tauchkern (95) verbunden ist.

5. Schaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Tauchkern (95) durch eine

^, 25 Feder (97) in seine Ruhestellung vorgespannt ist und bei Erregung der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung (25) magnetisch in seine Arbeitsstellung gezogen wird.

6, Schaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltmechanismus (15) einen

schwenkbar gelagerten Betätigungshebel (43) , und eine ^ zwischen dem Betätigungshebel und dem beweglichen Schalt-

y kontakt (19) angeordnete und aen Betätigungshebel in Kontakt-,_w Öffnungsrichtung vorspannende Sprungfederanordnung (53) aufweist, und daß die Sprungfederanordnung (53) zusammen mit dem beweglichen Schaltkontakt (19) eine Kniehebelanordnung

bildet und mit diesem durch ein Kniegelenk (59) verbunden ist, wobei diese Kniegelenkanordnung beim Umschalten des beweglichen Schaltkontakts zwischen seiner Offenstellung und seiner Schließstellung jeweils durch ihre Neutralstellung hindurchbewegt wird,

7. Schaltgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Hebel {96) über ein Kuppelglied (61) mit dem beweglichen Schaltkontakt (19) verbunden ist, wobei das Kuppelglied (61) mit dem Kniegelenk (59) der Kniehebelanordnung verbunden ist.

8. Schaltgerät nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse ein Anschlag (101) gebildet ist, der mit der Sprungfederanordnung (53) zusammenwirkt und den Bewegungsweg der Kniehebelanordnung in Kontaktöffnungsrichtung begrenzt.

9, Schaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8,

dadurch gekennzeichnet, daß das isolierende Gehäuse (13) in seinem Frontwandbereich eine Sichtöffnung (111) aufweist und ein Anzeigeelement (109) vorgesehen ist, das bei einem Umschalten des beweglichen Schaltkontakts (19) zwischen seiner Offenstellung und seiner Schließstellung betätigt wird und eine durch die Sichtöffnung (111) wahrnehmbare Sichtanzeige der jeweiligen Schaltstellung des beweglichen Schaltkontakts liefert.

10, Schaltgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Anzeigeelement (109) ein längliches Bauteil mit einer an seinem freien Ende angeordneten Fahne (107) ist, das mit seinem anderen Ende mit dem genannten Hebel (96) verbunden und mit diesem zusammen bewegbar ist, derart, daß in der einen Schaltstellung des beweglichen Schaltkontakts die Fahne (107) durch die Sichtöffnung (111) hindurch sichtbar und in der anderen Schaltstellung die Fahne nicht sichtbar ist.

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