EP1130615B1 - Schaltschloss für einen Niederspannungs-Leistungsschalter - Google Patents

Schaltschloss für einen Niederspannungs-Leistungsschalter Download PDF

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EP1130615B1
EP1130615B1 EP01250042A EP01250042A EP1130615B1 EP 1130615 B1 EP1130615 B1 EP 1130615B1 EP 01250042 A EP01250042 A EP 01250042A EP 01250042 A EP01250042 A EP 01250042A EP 1130615 B1 EP1130615 B1 EP 1130615B1
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EP
European Patent Office
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wave
functional elements
shaft
circuit breaker
tripping
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EP01250042A
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English (en)
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EP1130615A2 (de
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Joerg-Uwe Dahl
Ludvik Godesa
Marc Liebetruth
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01H71/10—Operating or release mechanisms
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    • H01H2071/1063—Means for avoiding unauthorised release making use of an equilibrating mass
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    • H01H71/50—Manual reset mechanisms which may be also used for manual release
    • H01H71/505—Latching devices between operating and release mechanism

Definitions

  • the invention is in the field of electrical switches and is in the structural design of a low-voltage networks apply the circuit-breaker used, with a latch mechanism having a latch mechanism equipped.
  • Switch locks used in the aforementioned circuit breakers serve as a mechanical link between the Drive links and the contact members and include all mechanical links, the switching ratio at power up - For closing relatively movable Switch contacts - and when triggered - to open the switch contacts - As well as the latch - Lock the contact device of the circuit breaker in the respective switching position - serve.
  • the latch mechanism is a commonly used one Construction means in switch locks.
  • a known device for controlling the activation of a Circuit breaker has a switch lock, in which an off-latch lever on a tripping half-wave supported.
  • the tripping half-wave serves the contact members to latch in the on position and this latch to be able to pick up again.
  • the annulment of the latch takes place by movements of actuation or release devices transferred to functional elements (driver, boom) be with the central shaft of the tripping half-wave are connected in a manner not shown and which protrude radially from this shaft.
  • There is a Force conversion as a result of which the tripping half-wave has a low, jerky pivoting movement and thus the in a half-wave region of the central shaft supported Turn-off latch release.
  • the well-known switch lock also has a power-on half-wave at which a Power on ratchet lever supported.
  • a Power on ratchet lever By a small, jerky Pivoting the power-on half-wave will be the same in a half-wave region of the central shaft of this Half-shaft supported power-on ratchet lever released.
  • the Power on ratchet lever is mechanical with an energy storage its energy after release of the power-on lever so transferred to the contact members, that the switch contacts are closed and thus the circuit breaker is turned on.
  • For tilting the switch-on half-wave are also movements of actuation or Tripping devices on from a central shaft of Turn-on half-wave radially projecting functional elements transferred (DE 43 33 828 C1).
  • the required functional elements such as For example, elements for receiving and holding of Return springs, actuating arms for force application or Actuator arms for locking elements, from the same Semi-finished and less with the mentioned processing methods are easy to produce, one combines the as rotary milled part trained central shaft, for example, as Plastic tip or trained as a sheet metal part Functional elements whose structural design in Area of the central shaft a correct position, permanent and rotatable connection with the central shaft ensures.
  • a Verklinkungsan extract, also as a full wave trained central shaft has, for example also provided in a known fault current switch.
  • the central shaft is one from a connecting bridge and two Lagerwangen educated rotatable carrier assigned.
  • This Carrier carries in addition to a Verklinkungs Structure forming Verklinkungsnase and as a release lever trained functional element also a mass balance. Both the functional element and the Mass balance axially centrally mounted on the connecting web and extend on radially opposite sides parallel to the axis of the solid shaft (DE 40 05 713 A1).
  • the switching shaft of a low-voltage circuit breaker and the of this shift shaft radially projecting lever than produced by a metal casting process form one-piece switching shaft unit.
  • the Shift shaft is used to transmit a driving force of the drive links on the movable switch contacts.
  • the projecting from the central shaft of this switching shaft lever mechanically with the drive links and / or the contact members connected.
  • Such switching waves are therefore subject not the high demands known for latch mechanisms with regard to the surface quality (DE 197 27 853 C1).
  • this object is achieved in that the shaft and the radially projecting functional elements of a Half wave as a one-piece produced in a primary molding process Metal body are formed at the central Shank additionally a cam-shaped mass balance is formed and the mass balance on the one End and the functional elements at the other end of the central Shank are arranged.
  • primary molding are casting or Sintering meant, in particular the investment casting and the MIM (Metal Injection Molding) process.
  • Urform compiler allow it, with high constructive Design freedom the half-waves as one-piece high-strength Components with uniformly high surface quality and dimensional accuracy to manufacture.
  • the individual functional elements require here for the correct position and rotationally fixed arrangement on the central shaft no special structural design and therefore can be lined up axially closer to each other be. This allows the axial length and accordingly also the necessary span of the central shaft in total be chosen much shorter. With shortened span also, the cross section of the central shaft can be essential smaller than in the known half-waves formed be because the bending stress of the central shaft through the acting force of the supported ratchet lever less is.
  • Such a dimensioned half-wave also has low weight and thus a low moment of inertia and can therefore in particular in case of short circuits the acting forces follow faster.
  • the mass balance serves to increase the static shock resistance, with the Functional elements are structurally free formable, since the Mass balance spatially separated from the functional elements is arranged.
  • FIGS to 3 An embodiment of the invention is shown in FIGS to 3 shown.
  • FIG. 1 shows a switch lock with a switch-on latch lever 1, which is supported on a switch-on half-wave 2, and a turn-off pawl lever 3, which is on a tripping half-wave 21 is supported.
  • the power-on half-wave 2 and the Tripping half-wave 21 are identical. It is the half-wave 21 with respect to the half-wave 2 - 180 ° in the the central shafts of both half waves enclosing plane rotated - arranged.
  • the half-wave 2 has one at its two Ends provided with trunnions 4 central shaft 5, the at one end a plurality of radially projecting functional elements 6, 7, 8, 9 and at the other end a mass balance 10 carries. Approximately in the middle of the central shaft 5 is a provided with a Verklinkungs simulation 11 half-wave range 12 formed.
  • the half-wave 2 is as in one Investment casting produced, one-piece, made of steel Metal body formed.
  • a first functional element 6 is as an actuating lever formed, which has a first actuating pin 13 and a Hook 14 for receiving a leg of a return spring 15 (see Figure 1).
  • a second functional element 7 has a second actuating pin 16 and is with a cam-like contour 17 (see Figure 1) provided, the the axial position assurance of the return spring 15 is used. in this connection protrude the first functional element 6 and the second functional element 7 in opposite directions from the central Shank 5 of the half-wave 2 from.
  • Two more functional elements 8, 9 are formed as flat contours and also serve the position of the return spring 15. They protrude - each offset by 90 ° relative to the cam-like contour 17 - From the central shaft 5 from.
  • the one on the other end of the central shaft arranged mass balance 10 serves as Counterweight to the mass of radially projecting functional elements 6, 7, 8, 9 and causes a shift of Focus of the half-wave 2 in the direction of the central Shank 5. This ensures that the weight forces the functional elements alone no tilting the half-wave is caused (shock resistance).
  • the first actuating pin 13 of the tripping half-shaft 21 is acted upon by electrical and / or mechanical tripping or actuating devices 18, not shown in detail, in such a way that the tripping half-shaft 21 causes a slight counterclockwise rotation executes and thus the turn-off pawl lever 3 loses its support on the Verklinkungs composition 11 and is released.
  • the second actuating pin 16 of the switch-on half-wave 2 is acted upon by electrical and / or mechanical tripping or actuating devices 19, likewise not shown in detail, in such a way that the switch-on half-wave 2 is rotated clockwise by a small angle and the switch-on Latch lever 1 loses its support on the Verklinkungs Structure 11 of the power-on half-wave 2.
  • the Verklinkungs Design 11 may initially formed sublime by the Urform compiler and post-processed by a machining process.
  • the first actuating pin 13 of the power-on half-wave 2 is used to empty the circuit breaker and is actuated by an idle lever 20, not shown in detail.

Landscapes

  • Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der elektrischen Schalter und ist bei der konstruktiven Gestaltung eines in Niederspannungsnetzen eingesetzten Leistungsschalters anzuwenden, der mit einem einen Klinkenmechanismus aufweisenden Schaltschloss ausgerüstet ist.
Bei den vorbenannten Leistungsschaltern verwendete Schaltschlösser dienen als mechanisches Zwischenglied zwischen den Antriebsgliedern und den Kontaktgliedern und umfassen alle mechanischen Glieder, die der Schaltübersetzung beim Einschalten - zum Schließen von relativ zueinander bewegbaren Schaltkontakten - und beim Auslösen - zum Öffnen der Schaltkontakte - sowie der Verklinkung - Sperren des Kontaktapparates des Leistungsschalters in der jeweiligen Schaltstellung - dienen. Der Klinkenmechanismus ist ein häufig verwendetes Konstruktionsmittel in Schaltschlössern.
Eine bekannte Einrichtung zur Steuerung der Einschaltung eines Leistungsschalters weist ein Schaltschloss auf, bei dem sich ein Ausschalt-Klinkenhebel an einer Auslöse-Halbwelle abstützt. Die Auslöse-Halbwelle dient dazu, die Kontaktglieder in der Einschaltstellung zu verklinken und diese Verklinkung wieder aufheben zu können. Die Aufhebung der Verklinkung erfolgt, indem Bewegungen von Betätigungs- oder Auslösevorrichtungen auf Funktionselemente (Mitnehmer, Ausleger) übertragen werden, die mit dem zentralen Schaft der Auslöse-Halbwelle in nicht weiter dargestellter Weise verbunden sind und die von diesem Schaft radial abragen. Es erfolgt eine Kraftumwandlung, infolge derer die Auslöse-Halbwelle eine geringe, ruckartige Schwenkbewegung ausführt und damit den in einem Halbwellenbereich des zentralen Schaftes abgestützten Ausschalt-Klinkenhebel freigibt. Das bekannte Schaltschloss weist weiterhin eine Einschalt-Halbwelle auf, an der sich ein Einschalt-Klinkenhebel abstützt. Durch eine geringe, ruckartige Schwenkung der Einschalt-Halbwelle wird der gleichfalls in einem Halbwellenbereich des zentralen Schaftes dieser Halbwelle abgestützte Einschalt-Klinkenhebel freigegeben. Der Einschalt-Klinkenhebel ist mechanisch mit einem Energiespeicher verbunden, dessen Energie nach Freigabe des Einschalt-Klinkenhebels derart auf die Kontaktglieder übertragen wird, dass die Schaltkontakte geschlossen und somit der Leistungsschalter eingeschaltet wird. Zur Schwenkung der Einschalt-Halbwelle werden gleichfalls Bewegungen von Betätigungs- oder Auslösevorrichtungen auf von einem zentralen Schaft der Einschalt-Halbwelle radial abragende Funktionselemente übertragen (DE 43 33 828 C1).
Die Mechanik eines solchen Schaltschlosses unterliegt aufgrund des Einsatzes von Niederspannungs-Leistungsschaltern an wichtigen Stellen elektrischer Anlagen hohen Qualitätsanforderungen. Insbesondere die mit den Klinkenhebeln zusammenwirkenden Halbwellenbereiche der zentralen Schäfte unterliegen besonderen Anforderungen an Maßhaltigkeit, Oberflächengüte und Festigkeit. Die Freigabe des Ausschalt-Klinkenhebels beim Auslösen und die Freigabe des Einschalt-Klinkenhebels beim Einschalten müssen bei genau vorgegebenen Winkelstellungen der Halbwellen und bei bestimmten geforderten Krafteinwirkungen der Betätigungs- oder Auslösevorrichtungen stattfinden. Um diesen Anforderungen zu genügen, werden derartige Halbwellen als Baugruppen aus mehreren Einzelteilen hergestellt. Insbesondere werden die mit den Halbwellenbereichen und mit endseitigen Lagerzapfen versehen, zentralen Schäfte als Dreh- und Frästeil aus Rundstahl hergestellt. Da die benötigten Funktionselemente, wie beispielsweise Elemente zur Aufnahme und Halterung von Rückstellfedern, Betätigungsarme zur Krafteinleitung oder Betätigungsarme für Verriegelungselemente, aus dem gleichen Halbzeug und mit den genannten Bearbeitungsverfahren weniger gut herstellbar sind, kombiniert man den als Dreh-Frästeil ausgebildeten zentralen Schaft beispielsweise mit als Kunststoffspitzteil oder als Metallblechteil ausgebildeten Funktionselementen, deren konstruktive Ausgestaltung im Bereich des zentralen Schaftes eine lagerichtige, dauerhafte und drehfeste Verbindung mit dem zentralen Schaft sicherstellt.
An sich ist für das Schaltschloss eines Niederspannungs-Leistungsschalters auch eine Auslösewelle bekannt, bei der der als Vollwelle ausgebildete zentrale Schaft und die mittig und an den Enden radial abragenden Funktionselemente als ein einstückiges Kunststoffteil ausgebildet sind. Damit die Auslösung bei der vorgegebenen Winkelstellung der Auslösewelle und bei der geforderten Krafteinwirkung stattfinden kann, wirkt ein Verklinkungselement mit einem speziell vorgefertigten, in präziser Lage drehfest in das Kunststoffteil eingebetteten Metallteil zusammen (DE 28 12 320 C2).
Eine Verklinkungsanordnung, die ebenfalls einen als Vollwelle ausgebildeten zentralen Schaft aufweist ist beispielsweise auch in einem bekannten Fehlerstromschalter vorgesehen. Dem zentralen Schaft ist ein aus einem Verbindungssteg und zwei Lagerwangen gebildeter drehfester Träger zugeordnet. Dieser Träger trägt zusätzlich zu einer die Verklinkungsfläche bildenden Verklinkungsnase und einem als Auslösehebel ausgebildeten Funktionselement auch einen Massenausgleich. Dabei sind sowohl das Funktionselement als auch der Massenausgleich axial mittig an dem Verbindungssteg befestigt und erstrecken sich auf radial gegenüberliegenden Seiten parallel zur Achse der Vollwelle (DE 40 05 713 A1).
An sich ist weiterhin bekannt, die Schaltwelle eines Niederspannungs-Leistungsschalters und die von dieser Schaltwelle radial abragenden Hebel als in einem Metallgießverfahren hergestellte einstückige Schaltwelleneinheit auszubilden. Die Schaltwelle dient der Übertragung einer Antriebskraft der Antriebsglieder auf die bewegbaren Schaltkontakte. Hierbei sind die vom zentralen Schaft dieser Schaltwelle abragenden Hebel mechanisch mit den Antriebsgliedern und/oder den Kontaktgliedern verbunden. Derartige Schaltwellen unterliegen daher nicht den für Klinkenmechanismen bekannten hohen Forderungen bezüglich der Oberflächengüte (DE 197 27 853 C1).
Ausgehend von einem Schaltschloss mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 (DE 43 33 828 C1) liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Gestalt der Halbwellen so zu optimieren, dass sie kostengünstiger herstellbar sind.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der Schaft und die radial abragenden Funktionselemente einer Halbwelle als ein in einem Urformverfahren hergestellter einstückiger Metallkörper ausgebildet sind, an dem zentralen Schaft zusätzlich ein nockenartigr ausgebildeter Massenausgleich angeformt ist und der Massenausgleich an dem einen Ende und die Funktionselemente an dem anderen Ende des zentralen Schaftes angeordnet sind.
Mit dem Begriff "Urformverfahren" sind Gießverfahren oder Sinterverfahren gemeint, zu denen insbesondere das Feingießen und das MIM-Verfahren (Metall-Injection-Molding) gehören.
Derartige Urformverfahren gestatten es, bei hoher konstruktiver Gestaltungsfreiheit die Halbwellen als einstückige hochfeste Bauteile mit gleichmäßig hoher Oberflächengüte und Maßgenauigkeit zu fertigen. Die einzelnen Funktionselemente erfordern hierbei zur lagerichtigen und drehfesten Anordnung auf dem zentralen Schaft keine besondere konstruktive Ausgestaltung und können daher axial dichter aneinander gereiht sein. Hierdurch kann die axiale Baulänge und entsprechend auch die notwendige Stützweite des zentralen Schaftes insgesamt wesentlich kürzer gewählt werden. Bei verkürzter Stützweite kann auch der Querschnitt des zentralen Schaftes wesentlich kleiner als bei den bekannten Halbwellen ausgebildet sein, da die Biegebeanspruchung des zentralen Schaftes durch die einwirkende Kraft des abgestützten Klinkenhebels geringer ist. Eine derart dimensionierte Halbwelle weist auch ein geringes Gewicht und damit ein geringes Trägheitsmoment auf und kann demzufolge insbesondere bei Kurzschlüssen den einwirkenden Kräften schneller folgen. - Der Massenausgleich dient der Erhöhung der statischen Schockfestigkeit, wobei die Funktionselemente konstruktiv frei gestaltbar sind, da der Massenausgleich von den Funktionselementen räumlich getrennt angeordnet ist.
Wenn man zusätzlich jede der beiden Halbwellen des Schaltschlosses so ausgestaltet, dass sie sowohl die zum Einschalten erforderlichen als auch die zum Auslösen erforderlichen Funktionselemente trägt, dann kann der gleiche Metallkörper sowohl als Einschalt-Halbwelle als auch als Auslöse-Halbwelle dienen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren 1 bis 3 dargestellt.
Dabei zeigen
  • Figur 1 ein Schaltschloss mit einem gemäß der Erfindung ausgebildeten Klinkenmechanismus,
  • Figur 2 eine Halbwelle, die gemäß Figur 1 ein erstes Mal als Einschalt-Halbwelle und ein zweites Mal als Auslöse-Halbwelle verwendet ist, und
  • Figur 3 eine Seitenansicht des Schaltschlosses gemäß Figur 1.
    • Figur 1 zeigt ein Schaltschloss mit einem Einschalt-Klinkenhebel 1, der sich an einer Einschalt-Halbwelle 2 abstützt, und einem Ausschalt-Klinkenhebel 3, der sich an einer Auslösehalbwelle 21 abstützt. Die Einschalt-Halbwelle 2 und die Auslöse-Halbwelle 21 sind identisch ausgebildet. Dabei ist die Halbwelle 21 gegenüber der Halbwelle 2 - um 180° in der die zentralen Schäfte beider Halbwellen einschließenden Ebene gedreht - angeordnet.
    Gemäß Figur 2 weist die Halbwelle 2 einen an seinen beiden Enden mit Lagerzapfen 4 versehenen zentralen Schaft 5 auf, der an dem einen Ende mehrere radial abragende Funktionselemente 6, 7, 8, 9 und an dem anderen Ende einen Massenausgleich 10 trägt. Etwa in der Mitte des zentralen Schaftes 5 ist ein mit einer Verklinkungsfläche 11 versehener Halbwellenbereich 12 ausgebildet. Die Halbwelle 2 ist als in einem Feingießverfahren hergestellter, einstückiger, aus Stahl bestehender Metallkörper ausgebildet.
    Ein erstes Funktionselement 6 ist als ein Betätigungshebel ausgebildet, der einen ersten Betätigungszapfen 13 sowie einen Haken 14 zur Aufnahme eines Schenkels einer Rückstellfeder 15 (vgl. Figur 1) aufweist. Ein zweites Funktionselement 7 weist einen zweiten Betätigungszapfen 16 auf und ist mit einer nockenartigen Kontur 17 (vgl. Figur 1) versehen, die der axialen Lagesicherung der Rückstellfeder 15 dient. Hierbei ragen das erste Funktionselement 6 und das zweite Funktionselement 7 in entgegengesetzten Richtungen vom zentralen Schaft 5 der Halbwelle 2 ab. Zwei weitere Funktionselemente 8, 9 sind als flache Konturen ausgebildet und dienen gleichfalls der Lagesicherung der Rückstellfeder 15. Sie ragen - gegenüber der nockenartigen Kontur 17 jeweils um 90° versetzt - vom zentralen Schaft 5 ab. Der an dem anderen Ende des zentralen Schaftes angeordnete Massenausgleich 10 dient als Gegengewicht gegenüber der Masse der radial abragenden Funktionselemente 6, 7, 8, 9 und bewirkt eine Verlagerung des Schwerpunktes der Halbwelle 2 in Richtung des zentralen Schaftes 5. Damit ist sichergestellt, dass durch die Gewichtskräfte der Funktionselemente allein keine Schwenkung der Halbwelle verursacht wird (Schockfestigkeit).
    Gemäß der Figur 3 wird zum Auslösen (Ausschalten) des Leistungsschalters der erste Betätigungszapfen 13 der Auslöse-Halbwelle 21 durch nicht detailliert dargestellte elektrische und/oder mechanische Auslöse- oder Betätigungseinrichtungen 18 derart beaufschlagt, dass die Auslöse-Halbwelle 21 eine geringe Schwenkung entgegen dem Uhrzeigersinn ausführt und damit der Ausschalt-Klinkenhebel 3 seine Abstützung an der Verklinkungsfläche 11 verliert und freigegeben wird. Zum Einschalten des Leistungsschalters wird der zweite Betätigungszapfen 16 der Einschalt-Halbwelle 2 durch ebenfalls nicht detailliert dargestellte elektrische und/oder mechanische Auslöse- oder Betätigungseinrichtungen 19 derart beaufschlagt, dass die Einschalt-Halbwelle 2 um einen geringen Winkel im Uhrzeigersinn gedreht wird und der Einschalt-Klinkenhebel 1 seine Abstützung an der Verklinkungsfläche 11 der Einschalt-Halbwelle 2 verliert. Für ein genaues Auslösen und Einschalten des Leistungsschalters bei vorgegebenen Winkelstellungen der Halbwellen und unter Einwirkung genau vorbestimmter Kräfte ist die Oberflächengüte und die konzentrische Lage der Verklinkungsfläche 11 maßgebend. Um beide Eigenschaften zu optimieren, kann die Verklinkungsfläche 11 durch das Urformverfahren zunächst erhaben ausgebildet und durch ein spanabhebendes Verfahren nachbearbeitet sein.
    Der erste Betätigungszapfen 13 der Einschalt-Halbwelle 2 dient zur Leerschaltung des Leistungsschalters und wird durch einen nicht detailliert dargestellten Leerschalthebel 20 betätigt.

    Claims (2)

    1. Schaltschloss für einen Niederspannungs-Leistungsschalter mit einem Einschalt-Klinkenhebel (1), der sich an einer Einschalt-Halbwelle (2) abstützt, und einem Ausschalt-Klinkenhebel (3), der sich an einer Auslöse-Halbwelle (21) abstützt, wobei jede Halbwelle (2, 21) einen an seinen beiden Enden mit Lagerzapfen (4) versehenen, aus Metall bestehenden, zentralen Schaft (5) aufweist, der verschiedene radial abragende Funktionselemente (6, 7, 8, 9) trägt,
      dadurch gekennzeichnet, dass
      der Schaft (5) und die radial abragenden Funktionselemente (6, 7, 8, 9) einer Halbwelle als ein in einem Urformverfahren hergestellter einstückiger Metallkörper ausgebildet sind,
      an dem zentralen Schaft (5) zusätzlich ein nockenartig ausgebildeter Massenausgleich (10) angeformt ist und
      der Massenausgleich (10) an dem einen Ende und die Funktionselemente (6, 7, 8, 9) an dem anderen Ende des zentralen Schaftes (5) angeordnet sind.
    2. Schaltschloss nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet, dass
      jede der beiden Halbwellen (2, 21) sowohl die zum Einschalten erforderlichen als auch die zum Auslösen erforderlichen Funktionselemente (6, 7, 8, 9) trägt.
    EP01250042A 2000-02-29 2001-02-07 Schaltschloss für einen Niederspannungs-Leistungsschalter Expired - Lifetime EP1130615B1 (de)

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    DE10010727 2000-02-29
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    ID=7633591

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    EP01250042A Expired - Lifetime EP1130615B1 (de) 2000-02-29 2001-02-07 Schaltschloss für einen Niederspannungs-Leistungsschalter

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