EP0313062B1 - Kontaktsystem für einen Leistungsschutzschalter - Google Patents
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- H—ELECTRICITY
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- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H77/00—Protective overload circuit-breaking switches operated by excess current and requiring separate action for resetting
- H01H77/02—Protective overload circuit-breaking switches operated by excess current and requiring separate action for resetting in which the excess current itself provides the energy for opening the contacts, and having a separate reset mechanism
- H01H77/10—Protective overload circuit-breaking switches operated by excess current and requiring separate action for resetting in which the excess current itself provides the energy for opening the contacts, and having a separate reset mechanism with electrodynamic opening
- H01H77/102—Protective overload circuit-breaking switches operated by excess current and requiring separate action for resetting in which the excess current itself provides the energy for opening the contacts, and having a separate reset mechanism with electrodynamic opening characterised by special mounting of contact arm, allowing blow-off movement
- H01H77/104—Protective overload circuit-breaking switches operated by excess current and requiring separate action for resetting in which the excess current itself provides the energy for opening the contacts, and having a separate reset mechanism with electrodynamic opening characterised by special mounting of contact arm, allowing blow-off movement with a stable blow-off position
Definitions
- the invention relates to a contact system for circuit breakers according to the preamble of claim 1.
- contact systems in switching devices must also be able to safely switch off overcurrents caused by faults up to the level of the short-circuit current. Since, in particular in the case of short-circuit currents, a shutdown by means of a trigger and switch lock is too slow, one makes use of the electrodynamic forces of the short-circuit current.
- the invention has for its object to propose a contact system that has a reliable contact force in the closed state and allows a safe electrodynamic opening movement when a short-circuit current occurs, which can run independently of the key switch, and which is still supported by the contact pressure spring after a dead center has been exceeded .
- the motion sequence should be as smooth and trouble-free as possible and, in the case of multi-pole devices, independent of the neighboring poles.
- the tension springs are held by a cross member which is arranged at an end of the movable contact arm which extends beyond the pivot point and is opposite the contact point and extends transversely to the contact arm, and in that they are supported at their other ends on a rocker consisting of two legs connected to a crossbar, which is mounted in or near the fulcrum of the movable contact arm, and whose ends of the legs, which are extended beyond the support points of the tension springs, via an articulated connection with the Switch lock are connected.
- the advantage of this arrangement is that due to the occurrence of electrodynamic forces of short-circuit currents, the movable contact moves to the open position regardless of the rocker. During this opening movement, the line of action of the tension springs moves over the pivot point of the movable contact, so that after a certain opening angle is exceeded, the tension springs support the opening movement and hold the contact in the open position after reaching the maximum opening distance.
- the rocker which is rigidly connected to the switching lock via the articulated connection, maintains its position. The rocker only takes the open switch position when the considerably slower switching takes place via the quick release and switch lock. The line of action of the tension springs is moved through the support points on the rocker back over the pivot point of the contact arm and the contact system is ready to be switched on again.
- each contact arm can open electrodynamically if it is acted upon by a short circuit, without being influenced by the neighboring poles. The neighboring poles are then separated using the key switch.
- a cutting edge bearing is formed by the wedge-shaped ends of the legs of the rocker described in claim 3, which engage in wedge-shaped but obtuse-angled recesses.
- the wedge-shaped recesses are arranged in the tabs of the conductor track receiving the axis of the contact lever.
- the blade bearing results in low-friction and low-wear mounting of the rocker. Furthermore, the bearing point can be shifted within certain limits and the contact pressure force can vary.
- the double-edge bearing described in claim 4, however, has the advantage that the movable contact is braked before hitting the fixed contact. This considerably limits the harmful bouncing of the contacts. Furthermore, there is the advantage that the contact forces increase with increasing contact erosion. So that the current supply via the movable contact and the contact arm on the connecting conductor on a movable conductor that would have to be conductively fastened to the contact arm can be dispensed with, it is provided that the bearing pin and the tabs receiving this pin be used as current-carrying elements. The tabs are also part of the connecting conductor track.
- the contact system shows the contact system arranged within a housing 1 in the closed state of the two contacts 21 and 22.
- the fixed contact 22 is part of a busbar 15, while the movable contact 21 is arranged on the contact lever 2, which pivots about the axis 23 in the case of the contact opening and leads the resulting arc into the quenching chamber 11.
- the axis 23 is mounted in the tabs 19, 19 'which are angled from the connecting conductor 16.
- the conductor track 16, which thus carries the contact system, is held on the one hand with the flanged plug connection 17 between the walls 12, 12 'and is supported on the other hand on the elevation 18 of the housing 1.
- a recess 25 is provided which serves to receive a cross member 5.
- the second counter bearing for the tension springs 41, 42 is formed by outwardly bent tabs 34, 34 'of the rocker 3 .
- the rocker 3 itself is supported with recesses 32, 32 arranged in the legs 31, 31 'of the rocker 3 on the mounting bracket 23, which forms the fulcrum. On the opposite side, it is held by an articulated connection 13, which serves as a coupling element to the switch lock, not shown here.
- the line of action of the tension spring arrangement 4 runs at a distance A from the pivot point 28 of the rocker 3 and the movable one Contact arm 2.
- torque acts on the movable contact arm with a contact pressure-increasing effect.
- the distance A increases. Since the torque is the product of spring force and lever arm A, the contact force also increases and the contact resistance decreases.
- rocker bearing of the rocker 3 is not exclusively fixed on the axis 23. As shown in FIGS. 2 and 3, other more advantageous solutions are also conceivable.
- the ends 36, 36 'of the legs 31, 31' of the rocker 3 are also wedge-shaped but with an acute angle.
- the distance A in Fig. 1 can vary within certain limits. The contact pressure force thus increases or decreases in the same way.
- a support of the rocker 3 is shown in a double-edge bearing.
- Each of the tabs 19 and 19 ' has two adjacent recesses 38a, 38a'rang. 38b, 38b ', in which the wedge-shaped ends of the legs 31, 31' of the rocker 3 are mounted.
- Each of the recesses 38a, 38a 'and 38b, 38b' is also assigned a wedge-shaped end 37a, 37a 'and 37b, 37b'.
- either one or the other cutting edge bearing is engaged. This creates a short pause in the stable position, especially when the movement is in the contact-closing direction, when both pairs of cutting edge bearings rest in the recesses with the same pressure.
- the arrangement of the cutting edge bearings is chosen so that this point of persistence is shortly before the moving contact with the fixed contact. The contact bounce is considerably reduced by the delay, the impact speed.
- FIG. 4 shows the contact system in the opening position that is caused by the electrodynamic effect of a short-circuit current.
- the rocker 3 remains in its original position because it is still prevented from moving by the articulated connection 13 connected to the switching lock.
- the abutment of the spring assembly 4 on the cross member 5 is pivoted such that the line of action of the spring assembly 4 moves over the pivot point of the contact arm 2 and thus builds up a reverse torque that supports the contact opening and the movable contact arm in holds its open position.
- the open position by a circuit via the switch lock, not shown here, is shown in Fig. 5.
- the rocker 3 is moved by the hinge connection 13, which engages in the bores of the ends 30, 30 'of the legs 31, 31', in the open position. After a short movement, the web 33 lies against the stop 26 of the contact arm 2 and takes it into the open contact position.
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Kontaktsystem für Leistungsschalter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Kontaktsysteme in Schaltgeräten müssen vielfach neben dem betriebsmäßigen Schalten des Nennstromes auch in der Lage sein, störungsbedingte Überströme bis zur Höhe des Kurzschlußstromes sicher abzuschalten. Da insbesondere bei Kurzschlußströmen eine Abschaltung über Auslöser und Schaltschloß zu träge ist, macht man sich die elektrodynamischen Kräfte des Kurzschlußstromes zu nutze.
- Dazu ist jedoch erforderlich, daß der bewegliche Kontakt sich unabhängig und, so weit möglich, unbeeinflußt von der Verbindung zum Schaltschloß oder sonstigen die Bewegung hemmenden Elementen in die Offenstellung bewegen kann und in dieser verbleibt. Diese elektrodynamische öffnungsbewegung kann noch durch Federkraft beschleunigt werden, wenn infolge der öffnungsbewegung die Kraftwirkung von Kontaktdruckfedern durch das Überschreiten eines Totpunktes umgekehrt wird und die Bewegung in Richtung der Offenstellung unterstützt.
- Bei einem aus der DE-OS 33 47 120 bekannten Kontaktsystem wird dies dadurch erreicht, daß der Angriffspunkt der Kontaktdruckfeder auf dem beweglichen Kontaktarm verschiebbar gelagert ist, und sich als Folge einer elektrodynamischen (oder sonstigen) öffnung über den Drehpunkt des Kontaktarmes hinweg bewegt. Hierdurch wird bei geschlossenen Kontakten ein Kontaktdruck bewirkt und bei geöffnetem Kontakt ein diesen geöffnet haltendes Drehmoment erzeugt. Nachteilig wirkt sich bei dieser Lösung jedoch aus, daß die Kontaktdruckfeder über eine Rolle auf den beweglichen Kontaktarm wirkt und sich im Verlauf der öffnungsbewegung auf einer Führungsbahn verschiebt. Hierdurch kommt es trotz der rollenden Bewegung zu einer Reibung zwischen der Rolle und dem Kontaktarm und damit zu der Gefahr des metallischen Abriebs.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kontaktsystem vorzuschlagen, das im geschlossenen Zustand eine zuverlässige Kontaktkraft aufweist und bei dem Auftreten eines Kurzschlußstromes eine sichere elektrodynamische öffnungsbewegung zuläßt, die unabhängig vom Schaltschloß ablaufen kann, und die durch die Kontaktdruckfeder nach Überschreiten eines Totpunktes noch unterstützt wird. Dabei soll der Bewegungsablauf möglichst reibungsarm und störungsfrei und bei mehrpoligen Geräten unabhänig von den benachbarten Polen erfolgen.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei dem im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschreibenen Kontaktsystem die Zugfedern von einer Traverse gehalten sind, die an einem über den Drehpunkt hinaus verlängerten der Kontaktstelle gegenüberliegenden Ende des beweglichen Kontaktarmes, quer zum Kontaktarm verlaufend angeordnet ist, und daß sie sich an ihren anderen Enden an einer aus zwei mit einem Quersteg verbunden Schenkeln bestehenden Wippe abstützen, die im oder in der Nähe des Drehpunktes des beweglichen Kontaktarmes gelagert ist, und deren über die Abstützpunkte der Zugfedern hinaus verlängerten Enden der Schenkel über eine Gelenkverbindung mit dem Schaltschloß verbunden sind.
- Der Vorteil dieser Anordnung liegt darin, daß sich bei dem Auftreten elektrodynamischer Kräfte aufgrund von Kurzschlußströmen, der bewegliche Kontakt unabhängig von der Wippe in die geöffnete Stellung bewegt. Bei dieser öffnungsbewegung wandert die Wirkungslinie der Zugfedern über den Drehpunkt des beweglichen Kontaktes, so daß nach Überschreiten eines bestimmten öffnungswinkels die Zugfedern die öffnungsbewegung unterstützen und den Kontakt nach Erreichen des maximalen öffnungsweges in der geöffneten Stellung halten. Bei diesem Vorgang behält die Wippe, die über die Gelenkverbindung starr mit dem Schaltschloß verbunden ist, ihre Stellung bei. Erst wenn über Schnellauslöser und Schaltschloß die erheblich trägere Schaltung erfolgt, nimmt die Wippe die geöffnete Schaltstellung ein. Dabei wird die Wirkungslinie der Zugfedern durch die Abstützpunkte an der Wippe wieder zurück über den Drehpunkt des Kontaktarmes bewegt und das Kontaktsystem ist wieder einschaltbereit.
- Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß der bewegliche Kontaktarm nur über die Wippe betätigt wird und daher unabhängig beweglich ist. Aus diesem Grunde kann bei mehrpoligen Schaltgeräten jeder Kontaktarm, wenn er von einem Kurzschluß beaufschlagt wird, ohne Beeinflussung durch die Nachbarpole elektrodynamisch öffnen. Die benachbarten Pole werden danach erst über das Schaltschloß getrennt.
- Eine vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich aus dem in dem Anspruch 2 gekennzeichneten Merkmal, die Wippe mittels Aussparungen auf der Achse des Kontakthebels zu lagern und auf diese Weise das Wippenlager zu bilden. Die Wippe wird dabei durch die Zugfedern gegen die Lagerachse gezogen.
- Aus den Ansprüchen 3 und 4 sind weitere vorteilhafte Ausführungen für die Lagerung der Wippe zu entnehmen. Durch die in Anspruch 3 beschriebenen keilförmig ausgeführten Enden der Schenkel der Wippe, die in ebenfalls keilförmigen jedoch stumpfwinkligeren Aussparungen eingreifen, wird ein Schneidenlager gebildet. Die keilförmigen Aussparungen sind in den die Achse des Kontakthebels aufnehmenden Laschen der Leiterbahn angeordnet. Durch das Schneidenlager ergibt sich eine reibungs- und verschleißarme Lagerung der Wippe. Weiterhin läßt sich dadurch der Lagerpunkt in gewissen Grenzen verschieben und die Kontaktdruckkraft variieren.
- Das in Anspruch 4 beschriebene Doppelschneidenlager bietet dagegen den Vorteil, daß der bewegliche Kontakt vor dem Auftreffen auf den festen Kontakt abgebremst wird. Hierdurch wird das schädliche Prellen der Kontakte wesentlich eingeschränkt. Weiterhin ergibt sich der Vorteil, daß sich bei zunehmendem Kontaktabbrand die Kontaktkräfte erhöhen. Damit bei der Stromführung über den beweglichen Kontakt und den Kontaktarm auf die Anschlußleiterbahn auf einen beweglichen Leiter, der an dem Kontaktarm leitend befestigt werden müßte, verzichtet werden kann, ist vorgesehen, den Lagerstift und die diesen Stift aufnehmenen Laschen als stromführende Elemente zu benutzen. Die Laschen sind gleichzeitig Teil der Anschlußleiterbahn.
- Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung beschrieben. Es zeigen:
- Fig. 1 das Kontaktsystem mit geschlossen Kontakten.
- Fig. 2 das Wippenlager mit einer Schneide
- Fig. 3 das Wippenlager mit Doppelschneide
- Fig. 4 die öffnungsstellung nach elektrodynamischer öffnung
- Fig. 5 die öffnung nach öffnung durch das Schaltschloß
- Fig. 6 eine Ansicht in Schließrichtung des Kontaktarmes
- In Fig. 1 ist das innerhalb eines Gehäuses 1 angeordnete Kontaktsystem im geschlossenen Zustand der beiden Kontakte 21 und 22 dargestellt. Der feststehende Kontakt 22 ist Teil einer Stromschiene 15 während der bewegliche Kontakt 21 auf dem Kontakthebel 2 angeordnet ist, der sich im Falle der Kontaktöffnung um die Achse 23 verschwenkt und den dabei entstehenden Lichtbogen in die Löschkammer 11 führt. Die Achse 23 ist in den Laschen 19, 19′ gelagert, die von der Anschlußleiterbahn 16 abgewinkelt sind. Die Leiterbahn 16, die damit das Kontaktsystem trägt, ist einerseits mit dem umgebördelten Steckanschlu8 17 zwischen den Wänden 12, 12′ gehalten und stützt sich anderereits auf der Erhöhung 18 des Gehäuses 1 ab. In dem über die Lagerstelle ragenden Teil 24 des beweglichen Kontaktarmes 2 ist eine Aussparung 25 vorgesehen, die der Aufnahme einer Traverse 5 dient. Die Traverse 5, die als quer zu dem Kontaktarm 2 angeordnetes Kunststoffteil ausgeführt ist, wirkt als erstes Gegenlager für die Zugfedern 41 und 42. Das zweite Gegenlager für die Zugfedern 41, 42 wird durch nach außen gebogenen Laschen 34, 34′ der Wippe 3 gebildet. Die Wippe 3 selbst stützt sich mit in den Schenkel 31, 31′der Wippe 3 angeordneten Aussparungen 32, 32 auf der Lagerlasche 23 ab, die den Drehpunkt bildet. Auf der Gegenseite wird sie über eine Gelenkverbindung 13 gehalten, die als Koppelelement zu dem hier nicht dargestellten Schaltschloß dient. Die Wirkungslinie der Zugfederanordnung 4 verläuft in einem Abstand A zum Drehpunkt 28 der Wippe 3 und dem beweglichen Kontaktarm 2. Dadurch wirkt in der geschlossenen Schaltstellung ein Drehmoment mit kontaktdruckverstärkender Wirkung auf den beweglichen Kontaktarm. Bei zunehmendem Kontaktabbrand vergrößert sich die Strecke A. Da sich das Drehmoment das Produkt aus Federkraft und Hebelarm A darstellt, nimmt damit auch die Kontaktkraft zu und der Übergangswiderstand verringert sich.
- Das Wippenlager der Wippe 3 ist nicht ausschließlich auf die Achse 23 festgelegt. Wie in den Fig. 2 und 3 dargestellt, sind auch andere vorteilhaftere Lösungen denkbar.
- In Fig. 2 stützt sich die Wippe in keilförmigen Aussparungen 35, 35′, die in die Laschen 19, 19′ geprägt sind.
- Die Enden 36, 36′ der Schenkel 31, 31′ der Wippe 3 sind ebenfalls keilförmig jedoch mit spitzerem Winkel ausgführt. Je nach Anordnung der Aussparungen 35, 35′ auf den Laschen 19, 19′ läßt sich der Abstand A (in Fig. 1) in bestimmten Grenzen variieren. Damit vergrößert oder verkleinert sich die Kontaktdruckkraft in gleicher Weise.
- In Fig. 3 ist eine Abstützung der Wippe 3 in einem Doppelschneidenlager dargestellt. Jede der Laschen 19 und 19′ weist zwei nebeneinanderliegende Aussparungen 38a, 38a′bzw. 38b, 38b′ auf, in denen die keilförmigen Enden der Schenkel 31, 31′ der Wippe 3 gelagert sind. Dabei ist jeder der Aussparungen 38a, 38a′ bzw. 38b, 38b′ auch ein keilförmiges Ende 37a, 37a′ bzw. 37b, 37b′ zugeordnet. Je nach Stellung der Wippe ist das entweder das eine oder das andere Schneidenlager im Eingriff. Dabei entsteht insbesondere bei dem Bewegungsablauf in kontaktschließender Richtung ein kurzes Verharren in der stabilen Stellung, wenn beide Schneidenlagerpaare mit gleichem Druck in den Aussparungen anliegen. Die Anordnung der Schneidenlager ist so gewählt, daß dieser Verharrungspunkt kurz vor dem Auftreffen des beweglichen auf den festen Kontakt liegt. Durch die Verzögerung, der Auftreffgeschwindigkeit wird das Kontaktprellen erheblich vermindert.
- Fig. 4 zeigt das Kontaktsystem in der durch die elektrodynamische Wirkung eines Kurzschlußstromes erfolgten öffnungsstellung. Die Wippe 3 verharrt in ihrer ursprünglichen Stellung, da sie von der mit dem Schaltschloß verbundenen Gelenkverbindung 13 noch an der Bewegung gehindert wird. Durch die Bewegung des beweglichen Kontaktarmes 2 wird das Widerlager der Federanordnung 4 an der Traverse 5 derart verschwenkt, daß die Wirkungslinie der Federanordnung 4 sich über den Drehpunkt des Kontaktarmes 2 bewegt und damit ein umgekehrtes Drehmoment aufbaut, das die Kontaktöffnung unterstützt und den beweglichen Kontaktarm in seiner geöffneten Stellung hält.
- Die geöffnete Stellung durch eine Schaltung über das hier nicht näher bezeichnete Schaltschloß ist in Fig. 5 dargestellt. Die Wippe 3 wird durch die Gelenkverbindung 13, die in die Bohrungen der Enden 30, 30′ der Schenkel 31, 31′ greift, in die Offenstellung bewegt. Dabei legt sich nach kurzer Bewegung der Steg 33 an den Anschlag 26 des Kontaktarmes 2 und nimmt diesen mit in die geöffnte Kontaktstellung.
- In der Ansicht in Fig. 6 ist insbesondere die Anordnung der beiden Zugfedern 41 und 42 beidseitig der Wippe 3 zu erkenne. Als Befestigungspunkte für die Zugefdern 41. 42 dienen auf der einen Seite die Arme einer quer zu dem beweglichen Kontaktarm 2 angeordneten Traverse 5, während das zweite Gegenlager durch nach außen gebogene Laschen 34 und 34′ der Wippe 3 gebildet wird. Der bewegliche Kontaktarm 2 ist zwischen den durch einen Quersteg 33 verbundenen Schenkeln verbundenen Schenkeln 31, 31′ der Wippe 3 angeordnet und auf der Lagerachse 23, die zwischen den beiden Laschen 19, 19′ gehalten ist, gelagert.
Claims (6)
- Kontaktsystem für einen Leistungsschalter, das im Kurzschlußfalle elektrodynamisch öffnet, jedoch auch über ein Schaltschloß betätigt werden kann, bestehend aus einem feststehenden Kontakt (22) und einem beweglichen Kontakt (21), der an einem, auf einer in zwei Laschen (19, 19') gehaltenen Achse (23) drehbar gelagerten Kontaktarm (2) angeordnet ist, auf den eine aus zwei beidseitig des beweglichen Kontaktarmes (2) angeordneten Zugfedern (41, 42) bestehende Federanordnung (4) wirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugfedern (41, 42) von einer Traverse (5) gehalten sind, die an einem über den Drehpunkt (28) hinaus verlängerten der Kontaktstelle gegenüberliegenden Ende (24) des beweglichen Kontaktarmes (2), quer zum beweglichen Kontaktarm (2) verlaufend, angeordnet ist, und daß sie sich an ihren anderen Enden an einer aus zwei mit einem Quersteg (33) verbundenen Schenkeln (31, 31′ ) bestehenden Wippe (3) abstützen, die im oder in der Nähe des Drehpunktes (28) des beweglichen Kontaktarmes (2) gelagert ist, und deren über die Abstützpunkte der Zugfedern (41, 42) hinaus verlängerten Enden (30, 30′) der Schenkel (31, 31′) über eine Gelenkverbindung (13) mit dem Schaltschloß verbunden sind.
- Kontaktsystem für einen Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wippe (3) sich mittels Aussparungen (32, 32′) an den Enden ihrer Wippenschenkel (31, 31′) auf der Lagerachse (23) des beweglichen Kontaktarmes (2) abstützt und auf diese Weise das Wippenlager bildet.
- Kontaktsystem für Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden (36, 36′) der Wippenschenkel (31, 31′) keilförmig ausgebildet sind und sich in ebenfalls keinförmigen, jedoch stumpfwinkligen, Aussparungen (35, 35′) der die Lagerachse (23) tragenden Laschen (19, 19′) abstützen und so ein Schneidenlager für die Bewegung der Wippe (3) bilden.
- Kontaktsystem für Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wippenschenkel (31, 31′) zwei doppelt keilförmig ausgeführte Enden (37a, 37b, 37a′, 37b′) aufweisen, die sich in ebenfalls zwei, doppelt keilförmigen, jedoch stumpfwinkliger ausgeführten Aussparungen (38a, 38b, 38a′, 38b′) der die Lagerachse (23) tragenden Laschen (19, 19′) abstützen und damit zwei im Bewegungsablauf der Wippe (3) nacheinander arbeitenden Schneidenlager bilden.
- Kontaktsystem für einen Leistungsschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerachse (23) zwischen den durch die Spitzen des Doppelschneidenlagers verlaufenden Mittellinien (39a, 39b) angeordnet ist.
- Kontaktsystem für einen Leistungsschalter nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die den beweglichen Kontaktarm (2) tragende Lagerachse (23) und die die Lagerachse tragenden Laschen (19, 19′) stromführende Teile sind.
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