EP1017072B1 - Elektrisches Schaltgerät, insbesondere Leistungsschutzschalter - Google Patents

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EP1017072B1
EP1017072B1 EP99124510A EP99124510A EP1017072B1 EP 1017072 B1 EP1017072 B1 EP 1017072B1 EP 99124510 A EP99124510 A EP 99124510A EP 99124510 A EP99124510 A EP 99124510A EP 1017072 B1 EP1017072 B1 EP 1017072B1
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EP
European Patent Office
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arc
switching device
arc splitter
wall sections
contact piece
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EP99124510A
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English (en)
French (fr)
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EP1017072A2 (de
EP1017072A3 (de
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Bernhard Schulz
Rainer Dipl.-Ing. Ludovici
Andrè Dickgiesser
Joachim Dipl.-Ing. Becker
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ABB AG Germany
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ABB Patent GmbH
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    • H01H9/30—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H9/34—Stationary parts for restricting or subdividing the arc, e.g. barrier plate
    • H01H9/346—Details concerning the arc formation chamber
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    • H01H9/34—Stationary parts for restricting or subdividing the arc, e.g. barrier plate
    • H01H2009/348—Provisions for recirculation of arcing gasses to improve the arc extinguishing, e.g. move the arc quicker into the arcing chamber
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    • H01H9/30—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H9/34—Stationary parts for restricting or subdividing the arc, e.g. barrier plate
    • H01H9/342—Venting arrangements for arc chutes

Definitions

  • the invention relates to an electrical switching device, in particular a circuit breaker, according to the preamble of claim 1.
  • the extinguishing device in which the arc is permanently extinguished, comprises in an arc splitter stack a plurality of spaced arc extinguishing plates which have emanating from their edge facing the contact point, which narrow according to the switching task to the rear, ie in the arc running direction, whereby the arc easier can run into the arc quenching device.
  • the pre-chamber area located in the region of the contact point in front of the arc-quenching plates is covered on both sides by means of insulating plates, which are usually made of ceramic; There is also the possibility that these insulating panels are made of plastic, which emits gas when an arc occurs, which supports the deletion process. These insulating plates are arranged at a distance from the housing inner walls, so that a flow around the Isolierstoffplatten by the arc gases and beyond also a pressure compensation are possible. The two additional insulating require in addition to the cost of parts and a corresponding installation effort, so that there is a desire to save these insulating panels.
  • the document CH-A-521 017 also discloses such a switching device, wherein the cross section of the quenching channel has the shape of a Loval nozzle.
  • the object of the invention is to further improve the switching device of the type mentioned and to allow without Isolierstoffplatten optimal migration of the arc and pressure equalization in front of and behind the arc.
  • the pre-chamber space is delimited by two wall sections of the inner walls of the housing, whose spacing decreases towards the quenching plates.
  • each wall portion may have a convex curvature to the other wall portion, thereby improving the nozzle shape.
  • the housing 10 for a circuit breaker is cup-shaped and has a housing wall 11, which is supplemented by at this vertically formed walls 12 to a shell.
  • This shell has recesses 13 and 14 for receiving a terminal and other impressions, which are not significant here.
  • the reference numeral 15 denotes the rear bottom wall of the mounted switching device and in the region of the bottom wall 15 is a Vorschraum 16 and behind a space 17 for receiving an arc splitter stack whose completion is completed by a perpendicular to the bottom wall 15 and the inner surface extending comb-shaped end wall 18, in the slots 19 are located, which form exhaust ports for the hot switching gases.
  • the pre-chamber space 16 has a circular arc-shaped portion 20, downstream of which a wall portion 21 connects, which extends obliquely and seen at its arc in the rear end edge 22 has a greater distance from the inner surface of the space 17 than the wall portion 20.
  • Ggf. can the wall portion 20 lie in the same plane as the inner surface of the space of the area 17.
  • the area 17 is the inner wall surface of the housing 10.
  • a shoulder 23 In the arc running direction in front of the wall portion 20 is a shoulder 23 which is located approximately at the level of the edge 22 ; from this paragraph 23, the inner wall falls in a kind of slope from the section 20; this slope extends approximately to the edge 22.
  • a guide wall 25 which surrounds the wall portion 20 horseshoe-shaped and has a direction opposite to the arc running slot 26 having a gap 27 between the wall 25 and a terminal receiving space 13 final boundary wall 28 is formed.
  • the wall 25 terminates at a certain distance from the bottom wall 15, so that arc gases a remindströmweg outside the wall 25 according to arrow P is made possible.
  • an arc guide rail 29 is located, which is connected to a terminal 30, wherein the connecting portion 31 passes through the slot 26.
  • the bottom wall 15 opposite portion 25a of the wall has a recess 32 through which passes through the movable contact lever 33 of the circuit breaker to which the movable contact piece 34 is attached.
  • the arc guide plate extends within the wall 25 obliquely up to the inner surface of the bottom wall 15 and ends there in an arc guide rail portion 29 a.
  • the section 29a is followed by the arc splitter stack 35 (not shown in detail in the drawing); the arc quenching plates (see below) extend parallel to the arc guide rail section 29a.
  • the arc splitter stack 35 At the opposite end of the arc splitter stack 35 is another arc guide rail 36, on which a protuberance projecting into the prechamber space 37 is formed, onto which the arc base located at the movable contact piece 34 jumps or commutes.
  • the resulting on the fixed contact 38 Lichtbogenfußddling runs in the direction of arrow P1 to the Lichtbogenleitschienenabêt 29a and in the arc quenching plates 35, in which the arc is deleted.
  • FIG. 3 shows the embodiment of the prechamber space.
  • two housing shells 10 are provided, which are directed with their walls 12 against each other. This results in the pre-chamber space 16, which initially greatly extends over the slope 24 into the opposite wall sections 20. From these, the wall sections 21 rise and end in the edges, which, as shown in FIG. 3, are convexly rounded , This is followed by wall sections 39, which run vertically and form the termination of the wall sections 21 in the direction of the arc splitter stack 35.
  • the arc splitter plate package 35 connects, which is composed of a plurality of arc extinguishing plates, which has a recess 41st which emanate from the edge 40 directed towards the contact point and taper in it; the front edge portion 40 on both sides of the recess 41 corresponds approximately to the height of the edge 22, measured from the bottom 17; it projects beyond the front edge 40 or the edge portion which lies between the wall portion 17 and the recess 41.
  • the edges 22 lying directly in front of the arc splitter stack 35 are at the same distance from each other as the clear width of the recesses 41 at the front edge 40 of each quenching plate.
  • This located in the wall portions 20 expansion space is dimensioned so that the movable contact piece 34 passes through this space during the opening movement.
  • the fixed contact piece 38 facing side of the expansion space and the nozzle-shaped constriction are limited by the arc guide rail 29.
  • the space behind the tongue 37 is filled with housing material 42 to prevent escape of the switching gases at this point, since a corresponding opening would hinder the commutation of the arc root of the movable contact piece 34 on the projection 37.
  • the channel 27 serves, as mentioned above, as a return flow channel, which provides for an additional acceleration of the arc. It is crucial that the expansion space begins on the slope directly on the fixed contact 38.
  • the height of the space between the recess 32 through which the movable contact lever 33 of the circuit breaker passes is less than the distance occupied by the two edges 22 immediately before the arc extinguishing plates.
  • a preferred value for the height of the recesses 32 is 1.7 mm; The distance between the two opposite edges is preferably 4.5 mm.

Landscapes

  • Arc-Extinguishing Devices That Are Switches (AREA)
  • Keying Circuit Devices (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein elektrisches Schaltgerät, insbesondere einen Leitungsschutzschalter, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
  • Mit einem derartigen Schaltgerät können Kurzschlußströme abgeschaltet werden, weil der bei einer Ausschalthandlung entstehende Lichtbogen in einer entsprechenden Lichtbogenlöschkammer gelöscht wird. Die Löscheinrichtung, in der der Lichtbogen endgültig gelöscht wird, umfaßt in einem Lichtbogenlöschblechpaket mehrere auf Abstand angeordnete Lichtbogenlöschbleche, die von ihrer der Kontaktstelle zugewandten Kante ausgehende Aussparungen besitzen, die entsprechend der Schaltaufgabe sich nach hinten, also in Lichtbogenlaufrichtung, verengen, wodurch der Lichtbogen leichter in die Lichtbogenlöscheinrichtung einlaufen kann. Der im Bereich der Kontaktstelle vor den Lichtbogenlöschblechen befindliche Vorkammerbereich ist beidseitig mittels durch Isolierstoffplatten abgedeckt, die meist aus Keramik bestehen; es besteht auch die Möglichkeit, daß diese Isolierstoffplatten aus Kunststoff bestehen, der bei Auftreten eines Lichtbogens Gas abgibt, welches den Löschvorgang unterstützt. Diese Isolierstoffplatten sind in Abstand zu den Gehäuseinnenwänden angeordnet, so daß eine Umströmung der Isolierstoffplatten durch die Lichtbogengase und darüber hinaus auch ein Druckausgleich möglich sind. Die beiden zusätzlichen Isolierstoffplatten erfordern außer den Teilekosten auch einen entsprechenden Montageaufwand, so daß der Wunsch besteht, diese Isolierstoffplatten einzusparen.
  • Aus der FR 2 575 861 B1 ist bekannt, an den Gehäuseinnenwänden der Lichtbogenkammer gegenüberliegende Rippenreihen anzuformen, zwischen denen ein zentraler Kanal bleibt. Bei der Ausbildung dieses Schalters stehen formgestalterische und preßtechnische Maßnahmen im Vordergrund. Eine optimierte Gasrückführung sowie ein schnelles Ablaufen des Lichtbogens von der Kontaktstelle in die Löschkammer sind bei einer solchen Ausgestaltung nicht ohne weiteres gewährleistet.
  • Aus der EP 0 387 761 B1 ist bekannt, an den Gehäuseinnenwänden an den Lichtbogenlaufschienen dicht anliegende Stege anzuformen; außerdem sind im Vorkammerraum verteilt Säulen bzw. Zapfen angeordnet, die den Lichtbogen seitlich begrenzen. Bei einer Lichtbogenwanderung würde durch die Rückströmung der Gase zwischen den Säulen eine evtl. hemmende Druckdifferenz vor und hinter dem Lichtbogen wirksam ausgeglichen. Durch den Wegfall von Isolierstoffplatten im Vorkammerbereich ergibt sich hierbei eine Kostenersparnis. Jedoch erscheint die Ausgestaltung der Stege und Säulen kompliziert.
  • Das Dokument CH-A-521 017 offenbart ebenfalls ein derartiges Schaltgerät, wobei der Querschnitt des Löschkanals die Form einer Loval-Düse hat.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, das Schaltgerät der eingangs genannten Art weiter zu verbessern und ohne Isolierstoffplatten eine optimale Wanderung des Lichtbogens sowie einen Druckausgleich vor und hinter dem Lichtbogen zu ermöglichen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruches 1.
  • Erfindungsgemäß ist der Vorkammerraum von zwei Wandabschnitten der Gehäuseinnenwandungen begrenzt, deren Abstand sich zu den Löschblechen hin verringert.
  • Entscheidend für diese konstruktive Ausgestaltung ist, daß im Moment der Kontaktöffnung und der Entstehung des Lichtbogens zunächst ein großer Expansionsraum zur Verfügung steht, der sich in Richtung der Lichtbogenlöschkammer düsenförmig verengt. Dabei wird ausgenutzt, daß eine Flüssigkeit oder ein Gas in einem engeren Teil einer Röhre schneller strömt, wodurch sich dort der Druck reduziert, wogegen der Druck im erweiterten Teil höher ist. Aufgrund dieser Druckdifferenz wird eine Beschleunigung des Lichtbogens in die Lichtbogenlöschkammer erzielt. Es ist außerdem aus der Literatur bekannt, daß beim Abschaltvorgang im Augenblick der Kontakttrennung eine Stoßwelle entsteht, die mit Überschallgeschwindigkeit in Richtung zur Lichtbogenlöschkammer hin läuft und dort an den Löschblechzungen und ggf. auch an einer Verdämmung hinter der Kammer reflektiert wird. Aufgrund der besonderen Ausgestaltung des Vorkammerraumes wird eine bessere Abführung des Gases erreicht.
  • Wenn das Schaltgerät mit Lichtbogenlöschblechen versehen wird, von deren dem Vorkammerraum zugewandten Kante eine sich in Lichtbogenlaufrichtung verengende Aussparung ausgeht, dann besitzen die Wandabschnitte unmittelbar vor dem Löschblechpaket einen der lichten Weite der Aussparung im Kantenbereich gleichen oder geringfügig geringeren Abstand. In diesem geringeren Abstand kann darüber hinaus jeder Wandungsabschnitt eine zum anderen Wandungsabschnitt konvexe Krümmung aufweisen, wodurch eine Verbesserung der Düsenform erzielt wird. -
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den weiteren Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine Einsicht in ein erfindungsgemäß ausgestattetes Gehäuse,
    Fig. 2
    eine Einsicht in das Gehäuse mit eingebauten Lichtbogenleitschienen und beweglichem Kontaktstück, und
    Fig. 3
    eine Schnittansicht gemäß der Schnittlinie III-III.
  • Das Gehäuse 10 für einen Leitungsschutzschalter ist schalenförmig ausgebildet und besitzt eine Gehäusewand 11, die von an dieser senkrecht angeformten Wänden 12 zu einer Schale ergänzt wird. Diese Schale besitzt Aussparungen 13 und 14 zur Aufnahme einer Anschlußklemme und weitere Einprägungen, die hier nicht von Bedeutung sind. Die Bezugsziffer 15 bezeichnet die hintere Bodenwand des montierten Schaltgerätes und im Bereich der Bodenwand 15 befindet sich ein Vorkammerraum 16 und dahinter ein Raum 17 zur Aufnahme eines Lichtbogenlöschblechpaketes, deren Abschluß durch eine senkrecht zur Bodenwandung 15 und zur Innenfläche verlaufende kammförmige Abschlußwand 18 abgeschlossen ist, in der sich Schlitze 19 befinden, die für die heißen Schaltgase Auspufföffnungen bilden.
  • Der Vorkammerraum 16 besitzt einen kreisbogenförmigen Abschnitt 20, von dem aus stromabwärts ein Wandabschnitt 21 anschließt, der schräg verläuft und an seiner in Lichtbogenlaufrichtung gesehen hinteren Endkante 22 einen größeren Abstand von der Innenfläche des Raumes 17 besitzt als der Wandabschnitt 20. Ggf. kann der Wandabschnitt 20 in der gleichen Ebene liegen wie die Innenfläche des Raumes des Bereiches 17. Der Bereich 17 ist die Innenwandfläche des Gehäuses 10. In Lichtbogenlaufrichtung gesehen vor dem Wandabschnitt 20 befindet sich ein Absatz 23, der etwa in der Höhe der Kante 22 liegt; von diesem Absatz 23 fällt die Innenwandung in einer Art Böschung ab zum Abschnitt 20; diese Böschung verläuft etwa bis zur Kante 22. An den Absatz 23, auf dessen dem Wandabschnitt 20 entgegengesetzt liegenden Ende ist eine Führungswandung 25 angeformt, die den Wandabschnitt 20 hufeisenförmig umgibt und einen entgegengesetzt zur Lichtbogenlaufrichtung befindlichen Schlitz 26 aufweist, der mit einem Zwischenraum 27 zwischen der Wandung 25 und einer den Klemmenaufnahmeraum 13 abschließenden Begrenzungswand 28 gebildet ist. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, endet die Wandung 25 in bestimmtem Abstand von der Bodenwand 15, so daß Lichtbogengasen ein Rückströmweg außerhalb der Wandung 25 gemäß Pfeilrichtung P ermöglicht wird.
  • Auf den Absatz 23 kommt eine Lichtbogenleitschiene 29 zu liegen, die mit einer Anschlußklemme 30 verbunden ist, wobei der Verbindungsabschnitt 31 durch den Schlitz 26 hindurchgelangt.
  • Der der Bodenwand 15 entgegengesetzt liegende Abschnitt 25a der Wandung besitzt eine Aussparung 32, durch die der bewegliche Kontakthebel 33 des Leitungsschutzschalters hindurchgreift, an dem das bewegliche Kontaktstück 34 angebracht ist.
  • Das Lichtbogenleitblech verläuft innerhalb der Wandung 25 schräg hin bis zur Innenfläche der Bodenwand 15 und endet dort in einem Lichtbogenleitschienenabschnitt 29a.
  • An den Abschnitt 29a schließt sich das in der Zeichnung nicht näher dargestellte Lichtbogenlöschblechpaket 35 an; die Lichtbogenlöschbleche (siehe weiter unten) verlaufen parallel zum Lichtbogenleitschienenabschnitt 29a. Am entgegengesetzten Ende des Lichtbogenlöschblechpaketes 35 befindet sich eine weitere Lichtbogenleitschiene 36, an der ein in den Vorkammerraum hineinragender Vorsprung 37 angeformt ist, auf den bei einer Ausschalthandlung der am beweglichen Kontaktstück 34 befindliche Lichtbogenfußpunkt überspringt bzw. kommutiert. Der am festen Kontaktstück 38 entstehende Lichtbogenfußpunkt läuft in Pfeilrichtung P1 zum Lichtbogenleitschienenabschnitt 29a und in die Lichtbogenlöschbleche 35, in denen der Lichtbogen gelöscht wird.
  • Die Fig. 3 zeigt die Ausgestaltung des Vorkammerraumes. Im montierten Zustand, wenn das Schaltgerät zusammengebaut ist, sind zwei Gehäuseschalen 10 vorgesehen, die mit ihren Wandungen 12 gegeneinander gerichtet sind. Dadurch entsteht der Vorkammerraum 16, der sich über die Böschung 24 zunächst stark erweitert bis in die sich gegenüberliegenden Wandabschnitte 20. Von diesen aus steigen die Wandabschnitte 21 an und enden in den Kanten, die, wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, konvex abgerundet sind. Daran schließen sich Wandabschnitte 39 an, die senkrecht verlaufen und den Abschluß der Wandabschnitte 21 in Richtung zum Lichtbogenlöschblechpaket 35 bilden. An diesen Wandabschluß 39 schließt sich das Lichtbogenlöschblechpaket 35 an, das aus mehreren Lichtbogenlöschblechen zusammengesetzt ist, die eine Aussparung 41 besitzen, die von der zur Kontaktstelle hin gerichteten Kante 40 ausgehen und sich darin verjüngen; der vorder Kantenabschnitt 40 beidseitig zur Aussparung 41 entspricht etwa der Höhe der Kante 22, gemessen vom Boden 17 aus; er überragt die vordere Kante 40 bzw. den Kantenabschnitt, der zwischen dem Wandabschnitt 17 und der Aussparung 41 liegt.
  • Die unmittelbar vor dem Lichtbogenlöschblechpaket 35 liegenden Kanten 22 besitzen einen gleichen Abstand voneinander wie die lichte Weite der Aussparungen 41 an der vorderen Kante 40 jedes Löschbleches. Dieser im Bereich der Wandabschnitte 20 befindliche Expansionsraum ist so bemessen, daß das bewegliche Kontaktstück 34 bei der Öffnungsbewegung diesen Raum durchquert. Die dem Festkontaktstück 38 zugewandte Seite des Expansionsraumes sowie die düsenförmige Verengung werden durch die Lichtbogenleitschiene 29 begrenzt. Der Raum hinter der Zunge 37 ist mit Gehäusematerial 42 angefüllt, um ein Ausströmen der Schaltgase an dieser Stelle zu verhindern, da eine entsprechende Öffnung die Kommutierung des Lichtbogenfußpunktes vom beweglichen Kontaktstück 34 auf den Vorsprung 37 behindern würde. Der Kanal 27 dient, wie oben erwähnt, als Rückströmungskanal, der für eine zusätzliche Beschleunigung des Lichtbogens sorgt. Entscheidend ist dabei, daß der Expansionsraum über die Böschung unmittelbar am Festkontaktstück 38 beginnt.
  • Bei einer besonders günstigen Ausgestaltung der Erfindung ist die Höhe des Raumes zwischen der Aussparung 32, durch die der bewegliche Kontakthebel 33 des Leitungsschutzschalters hindurchgreift, geringer als der Abstand, den die beiden Kanten 22 unmittelbar vor den Lichtbogenlöschblechen einnehmen. Ein bevorzugter Wert für die Höhe der Aussparungen 32 beträgt 1,7 mm; der Abstand der beiden sich gegenüberliegenden Kanten beträgt in bevorzugter Weise 4,5 mm.

Claims (6)

  1. Elektrisches Schaltgerät, insbesondere Leitungsschutzschalter, mit einer Kontaktstelle mit beweglichem Kontaktstück (34) und feststehendem Kontaktstück (38), mit einer sich an das feststehende Kontaktstück anschließenden ersten Lichtbogenleitschiene (29) und mit einer zweiten Lichtbogenleitschiene (36), die an das bewegliche Kontaktstück in dessen Ausschaltstellung anschließt, mit einem zwischen den Lichtbogenleitschienen befindlichen Lichtbogenlöschblechpaket (35), in das der Lichtbogen beim Ausschalten hineinläuft und darin gelöscht wird, und mit einem zwischen der Kontaktstelle und dem Lichtbogenlöschblechpaket (35) angeordneten Vorkammerraum (12), dadurch gekennzeichnet, daß der Vorkammerraum von zwei Wandabschnitten (20, 21) begrenzt ist, deren Abstand sich zu den Löschblechen (35) hin verringert.
  2. Schaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandabschnitte im Bereich der Kontaktstelle einen maximalen Abstand voneinander haben, so daß ein großer Expansionsraum für den Lichtbogen gebildet ist.
  3. Schaltgerät nach Anspruch 1 oder 2, mit Lichtbogenlöschblechen, von deren dem Vorkammerraum zugewandten Kante eines sich in Lichtbogenlaufrichtung verengende Aussparung anschließt, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandabschnitte im Löschblechbereich der lichten Weite der Aussparungen der Löschbleche am Kantenbereich gleichen oder geringfügig geringeren Abstand voneinander besitzen.
  4. Schaltgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die an die vordere Kante der Lichtbogenlöschbleche anschließenden Wandabschnitte (21, 39) eine aufeinander zu konvexe Krümmung aufweisen.
  5. Schaltgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorkammerraum im Bewegungsbereich des beweglichen Kontaktstückes durch die etwa kreisförmigen Wandabschnitte (20) begrenzt ist, deren Abstand voneinander etwa der Höhe des Lichtbogenlöschblechpaketes senkrecht zur Wandinnenfläche des Gehäues entspricht.
  6. Schaltgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Aussparung (32), durch die der Kontakthebel (33) hindurchgreift, geringer ist als der Abstand der beiden Kanten (22) unmittelbar vor dem Löschblechbereich.
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EP1017072A3 EP1017072A3 (de) 2001-07-18
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