DE8423003U1

DE8423003U1 - Elektrischer Schalter

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Publication number: DE8423003U1
Application number: DE19848423003
Authority: DE
Original assignee: Doduco GmbH and Co KG Dr Eugen Duerrwaechter
Current assignee: Doduco Solutions GmbH
Priority date: 1984-08-02
Filing date: 1984-08-02
Publication date: 1984-11-15
Also published as: DE3428519A1

Description

Beschreibung:

Die Erfindung geht aus von einem elektrischen Schalter mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Ein solcher Schalter ist in der älteren, jedoch nicht vorveröffentlichten Paten;tanjnejd^ng MMBHBI beschrieben. Es handelt sich dabei um einen Schalter,welcher als Anschlußkontaktstücke zwei stabförmige Elektroden besitzt, welche einander koaxial gegenüberliegen und durch einen dazwischen koaxial angeordneten Isolator miteinander verbunden sind. Eine der beiden Elektroden besteht aus zwei hintereinander liegenden Abschnitten aus unterschiedlichen, elektrisch leitfähigen Werkstoffen. Der erste, an den Isolator angrenzende Abschnitt besteht aus einem Verbundwerkstoff, welcher neben einem Metall mit guter elektrischer Leitfähigkeit auch eine oder mehrere Substanzen mit lichtbogenlöschenden Eigenschaften enthält. In ihrem an den ersten Abschnitt angrenzenden zweiten Abschnitt besteht diese Elektrode hingegen aus einem üblichen Kontaktwerkstoff, welcher sich bei Dauerstrombelastung günstig verhält, insbesondere Sicherheit gegen Verschweißen bietet und keine besonderen, die Lichtbogenlöschung begünstigenden Zusätze enthält.

Verbundwerkstoffe, welche einerseits eine metallische Komponente mit guter elektrischer Leitfähigkeit und andererseits Zusätze mit lichtbogenlöschender Wirkung

enthalten, sind zum Beispiel in der US-PS 4 011 426, in der DE-OS 26 47 822 sowie in der älteren, aber vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung P 33 12 852,9 beschrieben. Derartige Verbundwerkstoffe besitzen einerseits lichtbogenlöschende Eigenschaft, und zwar dadurch, daß sie elektronegative Gase freisetzende Substanzen enthalten, wie z.B. Schwefel, Bariumsulfat, Eisenammonsulfat, Kalziumfluorid, Polytetrafluoräthylen, CH₃SF₅, Schwefelhexafluorid

oder Selenhexafluorid, wobei letztere z.B. an Molekularsiebe oder andere Adsorptionssubstanzen gebunden oder durch Lichtbogeneinwirkung auf Schwefel, Fluor usw. enthaltende chemische Verbindungen wie Polytetrafluoräthylen erzeugt werden können. Ferner läßt sich das Löschen von Schaltlichtbögen dadurch begünstigen, daß der Verbundwerkstoff anorganische Substanzen enthält, die höher schmelzen als die elektronegative Gase freisetzenden Substanzen, z.B. Glaspulver oder Kalziumfluorid· Pulver, sowie insbesondere Siliziumdioxid in Form von pulverisiertem Quarzsand. Andererseits besitzt der Verbundwerkstoff dadurch eine elektrische Leitfähigkeit, daß er insbesondere Silber oder Kupfer oder Nickel oder Eisen oder Legierungen dieser Metalle enthält.

Hergestellt werden solche Verbundwerkstoffe dadurch, daß man ihre Bestandteile in Pulverform miteinander mischt und mit einem Bindemittel zu einem Festkörper vereinigt. Als Bindemittel kommen in erster Linie

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Kunststoffe in Betracht, vor allem härtbare Ein- und Zweikomponenten-Harze sowie Epoxidharze, Phenolharze, Harnstoffharze, Melaminharze und Silikonharze. Als Bindemittel eignen sich ferner thermoplastische Kunststoffe, soweit sie Füllstoffe aufnehmen können. Beispiele dafür sind Polyamide, Polypropylen, Polyäthylenterephthalat und Polybutylenterephthalat.

Außer organischen Bindemitteln kommen auch anorganisehe Bindemittel in Betracht, z.B. Wasserglas oder niedrig schmelzende Emails.

Leider besitzen solche Verbundwerkstoffe mit" lichtbogenlöschenden Eigenschaften jedoch nicht eine so hohe Strombelastbarkeit wie reine Kontaktwerkstoffe, sodaß das Einschalten und das Führen von Dauerstrom nicht auf dem Elektrodenabschnitt aus diesem Verbundwerkstoff mit lichtbogenlöschender Eigenschaft er-|^ ^_g /y>fiSSiViC folgen sollen. Bei dem in der Patentanmeldung W/^ΛΛ MBS beschriebenen Schalter erreicht man dies durch eine besonders ausgebildete und geführte Schaltbrücke, welche vorzugsweise die Elektroden kranzförmig umgibt. Wegen der im Vergleich zu reinen Metallen geringeren Leitfähigkeit des Verbundwerkstoffs läuft außerdem der Fußpunkt des beim öffnen des Schalters gezogenen Lichtbogens nicht auf den aus diesem Verbundwerkstoff bestehenden Elektrodenabschnitt, wenn das öffnen des Schalters durch Abheben der Schalt.brücke von dem anderen, keine lichtbogenlöschende Substanzen enthaltenden Elektrodenabschnitt

erfolgt. Durch mechanisches Kommutieren muß man vielmehr dafür sorgen, daß die Schaltbrücke vor dem öffnen des Schalters zunächst Kontakt mit dem aus dem Verbundwerkstoff bestehenden Elektrodenabschnitt macht und dann von diesem abhebt.

deshalb Bei dem vorbeschriebenen Schalter ist/die Ausbildung und Führung der axial verschiebbaren Schaltbrücke, welche mit ihren beiden Enden den Elektroden federnd anliegt, ein wenig diffizil. Zwischen dem Isolator, welcher zwischen die beiden Elektroden eingefügt ist, und der Schaltbrücke ist ein elektrisch isolierender Nocken vorgesehen, welchen die Schaltbrücke überbrückt. Wird die Schaltbrücke auf eine Schräge dieses Nockens aufgeschoben, dann hebt sie mit einem Ende von einer der Elektroden ab, wodurch eine Kontakttrennung bewirkt wird. Dabei ist die Anordnung so getroffen, daß die Schaltbrücke von dem Verbundwerkstoff mit lichtbogenlöschender Eigenschaft abhebt, während das Einschalten stets auf jenem Elektrodenabschnitt erfolgt, welcher keine lichtbogenlöschende Zusätze enthält. Dies führt in erwünschter Weise dazu, daß der Lichtbogen, der beim Abheben der Schaltbrücke zwischen dieser und der einen Elektrode gezogen wird, unmittelbar auf dem Werkstoff mit lichtbogenlöschenden Eigenschaften brennt und zur Löschung nicht - wie sonst üblich - in eine gesonderte Löscheinrichtung hineingetrieben werden muss.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Schalter der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher im mechanischen Aufbau einfacher ist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Schalter mit den im j-nspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Kontaktstücke, welche den lichtbogenlöschenden Verbundwerkstoff enthalten, können am Rotor oder am Stator angebracht sein. Die Anordnung wird so getroffen, daß in Bezug auf die vorgegebene Bewegungsrichtung des Rotors die Kontaktabschnitte, welche keine lichtbogenlöschenden Substanzen enthalten, jeweils vor den Kontaktabschnitten aus dem lichtbogenlöschenden Verbundwerkstoff liegen. In beiden Fällen erreicht man auf sehr einfache Weise, daß bei einer

Drehung des Rotors in der vorgegebenen Drehrichtung

das Schließen des Schalters durch Kontaktgabe zwischen Kontaktoberflächenbereichen erfolgt, welche keine lichtbogenlöschenden Substanzen aufweisen, während zum öffnen des Schalters durch Weiterdrehen des Rotors die BerührungsstelIe zwischen zwei einander berührenden Kontaktstücken zunächst in einen Kontaktoberflächenbereich hineinwandert, welcher lichtbogenlöschende

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Substanzen aufweist und von diesem dann die Kontakttrennung erfolgt, sodaß eiw entstehender Schaltlichtbogen auf jeden Fall auf dem Verbundwerkstoff mit lichtbogenlöschenden Eigenschaften fußt. 5

Vorzugsweise sieht man den lichtbogenlöschenden Verbundwerkstoff nur in einem Kontaktstück eines jeden Kontaktstückpaares vor; grundsätzlich ist es jedoch möglich, beide Kontaktstücke eines Kontaktstückpaares aus zwei Abschnitten herzustellen, von denen einer aus einem lichtbogenlöschenden Verbundwerkstoff und der andere aus einem keine lichtbogenlöschende Substanzen enthaltenden Kontaktwerkstoff besteht.Bei einer solchen Ausführungsform erfolgt die Anordnung der Kontaktstücke am Rotor und am Stator in derselben Weise, wie es vorstehend auf S. 8, Z. 13-18 beschrieben wurde.

Das in dem erfindungsgemäßen Schalter zu verwendende Richtgesperre kann einen Aufbau haben, wie er bei herkömmlichen Drehschaltern, die keine Kontaktstücke mit lichtbogenlöschenden Eigenschaften aufweisen, Stand der Technik ist. Vorzugsweise wird das Richtgesperre als Rastgesperre ausgebildet, welches den Rotor in der EIN-Stellung des Scha'lters nur einrasten läßt, solange in dem einen bzw. in den mehreren Kontaktstückpaaren, die der Schalter enthält, die Kontaktgabe nicht auf einem Kontaktabschnitt aus dem Verbundwerkstoff mit lichtbogen-

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löschender Eigenschaft erfolgt. Hierdurch wird sichergestellt, daß bei eingeschaltetem Schalter der über den Schalter fließende Strom nicht über die Kontaktabschnitte mit dem lichtbogenlöschenden Verbundwerkstoff fließt, so daß dieser keiner Dauerstrombelast^ng ausgesetzt, sondern r;ur während des Ausschaltvorganges belastet wird.

Der erfindungsgemäße Schalter kann im einfachsten Fall als einpoliger EIN/AUS-Schalter aufgebaut sein und benötigt dann bei Einfachunterbrechung nur ein einziges Kontaktstückpaar. Er kann jedoch auch als mehrpoliger Schalter ausgebildet sein, welcher entsprechend der Anzahl der zu schaltenden Phasen mehrere Kontaktstückpaare enthält; diese Kontaktstückpaare können in regelmäßigen Abständen entlang des Umfangs von Rotor und Stator angeordnet sein, sie können aber auch in Richtung der Schaltachse (welche mit der Rotorachse übereinstimmt) mit Abstand hintereinander angeordnet sein, z.B. in der Weise, daß der Schalter axial hintereinander mehrere Rotorseteiben oder -arme und eine entsprechende Anzahl von Statorringen aufweist, auf welchen die verschiedenen Kontaktstücke angeordnet sind. Die letztgenannte Anordnung empfiehlt sich insbesondere dann, wenn der Schalter eine Doppelunterbrechung bewirken können soll: In diesem Fall empfiehlt es sich, am Rotor und am Stator je zwei diametral gegenüberliegende Kontaktstücke anzuordnen, welche die doppelt unterbrechenden Kontaktstückpaare bilden. Bei geschlossenem Schalter verläuft die Strofflbahn in diesem Fall von einem der Kontaktstücke des Stators

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über den Rotor zum gegenüberliegenden Kontaktstück des Stators, und diese Strombahn wird bei Drehung des Rotors zweifach unterbrochen. Zum Aufbau eines mehrpoligen Schalters mit Doppelunterbrechung ordnet man je zwei Kontaktstückpaare in entsprechender Weise in Richtung der Schaltachse mit Abstand hintereinander an.

Die Ausbildung des Schalters mit je zwei diametral gegenüberliegenden Kontaktstücken zur Doppelunterbrechung ergibt auf sehr einfache Art und Weise große Kontakttrennstrecken in Luft und verleiht dem Schalter eine entsprechend hohe Spannungsfestigkeit.

Die Art und die Anordnung der Kontaktstücke kann so ge-

wählt werden, daß von zwei einander berührenden Kontakt-Stücken bei Drehung des Rotors das eine auf dem anderen abrollt, z.B. in der Meise, daß eine am Rotor gelagerte metallische Rolle als Brücke über zwei am Stator angebrachte Kontaktstücke hinwegrollt, welche hintereinander einen Abschnitt ohne und einen Abschnitt mit lichtbogenlöschenden Substanzen aufweisen; vorzugsweise werden die Kontaktstücke jedoch als Gleitkontakte ausgeführt. Eine vorteilhafte Weiterbildung des Schalters mit Gleitkontakten ist dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktstücke mit dem lichtbogenlöschenden Verbundmaterial als Kontaktmesser ausgebildet sind, welche beim Einschalten in den Spalt von den Gegenkontakt bildenden Kontaktfederpaaren eingeführt werden. Dieses erlaubt eine sehr einfache und sichere Kommutierung und sichert die nötige Kontaktkraft; ausserdem kann unter keinen Umständen ein unerwünschtes Kontaktabheben erfolgen, vielmehr tritt bei Kurzschlußbelastung sogar eine Kontaktdruckverstärkung auf.

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Der erfindungsgemäße Schalter zeichnet sich durch ausserordentliche Einfachheit aus, ermöglicht hohe Trennabstände zwischen den Kontaktstücken, ist dank seiner offenen Bauweise, welche ein Abführen entstehender Rußpartikel begünstigt, nicht anfällig gegen ein Verrußen, und kann überall dort eingesetzt werden, wo man mit Gleitkontakten oder Abrollkontakten arbeiten kann.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den beigefügten, sehr schematischen Zeichnungen dargestellt.

Figur 1 zeigt teilweise im Schnitt die Drauf

sicht auf einen einpoligen Schalter mit Doppelunterbrechung in geöffnetem Zustand,

Figur 2 zeigt denselben Schalter in ge

schlossenem Zustand,

Figur 3 zeigt denselben Schalter während der Öffnungsbewegung, Figur 4 zeigt den Querschnitt IV-IV durch

den geschlossenen Schalter gemäß Fig. 2,

Figur 5 zeigt als Detail in etwas vergrößertem

Maßstab die Schnittansicht V-V durch den geschlossenen Schalter gemäß Fig. 4,

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Figur 6 zeigt eine Darstellung entsprechend

Fig. 1 eines etwas abgewandelten Schalters, und

Figur 7 als Detail ein Richtgesperre zur

Verwendung in den beschriebenen Schaltern.

Der in den Fig. 1 bis 5 dargestellte Schalter besitzt einen ringförmigen, elektrisch isolierenden Stator 1, welcher mittels Bolzen 2 an einem nicht dargestellten Gehäuse befestigt ist. Der Stator 1 trägt einander diametral gegenüberliegend zwei Kontaktfederpaare 3, welche sich ausserhalb des Stators 1 in Anschlußklemmen 4 fortsetzen. Die Kontaktfederpaare sind in der Draufsicht L-förmig gestaltet, wobei die kurzen Schenkel des L des einen Kontaktfederpaares in die entgegengesetzte Richtung weisen wie die des anderen Kontaktfederpaares.

In konzentrischer Anordnung innerhalb des Stators 1

befindet sich ein um eine Schaltachse 5 in Richtung des Pfeils 6 drehbarer Rotor 7 in Gestalt eines zweischenkligen Hebels, dessen beide Hebelarme jeweils L-förmig ausgebildet sind, wobei die beiden kurzen

Schenkel des L in entgegengesetzte Richtungen weisen.

Die kurzen Schenkel des L stellen sowohl bei den Kontaktfederpaaren 3 als auch beim Rotor 7 die Kontaktstücke 8 und 9 dar, wobei die Kontaktstücke des Rotors in zwei Abschnitte 9a und 9b unterteilt sind, welche in Bezug auf die Drehrichtung 6 hintereinander angeordnet sind. Die Kontaktstücke 8 und 9a bestehen aus einem üblichen Kontaktwerkstoff ohne irgendwelche lichtbogenlöschende

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Zusätze, wohingegen die Abschnitte 9b der Kontaktstücke 9 aus einem Verbundwerkstoff mit lichtbogenlöschenden Zusätzen bestehen. Die Anordnung ist so getroffen, daß bei Drehung des Rotors in Richtung des Pfeils 6 das Schließen des Schalters durch Kontaktgabe zwischen den Kontaktabschnitten 9a des Rotors und den Kontaktstücken 8 der Kontaktfedern 3 erfolgt, sodaß an der Kontaktgabe die Abschnitte 9b des Rotors nicht beteiligt sind; letztere liegen bei geschlossenem Schalter - wie in Fig. 2 dargestellt-noch ausserhalb des Einwirkungs- · bereiches der Kontaktfedern 3 und unterliegen keiner Dauerstrombelastung. Wenn jedoch der Rotor 7 zum öffnen des Schalters in Richtung des Pfeils 6 weiter—gedreht wird, dann wandern die Kontaktabschnitte 9b mit dem lichtbogenlöschenden Verbundwerkstoff in den Einwirkungsbereich der Kontaktfedern 3 und gleichzeitig wandern die Kontaktabschnitte 9a des Rotors aus dem Einwirkungsbereich der Kontaktfedern 3 heraus, sodaß die Kontakttrennung schließlich zwischen den Kontaktstücken 8 und den Kontaktabschnitten 9b erfolgt, ein entstehender Lichtbogen mithin auf dem Verbundwerkstoff mit lichtbogenlöschenden Eigenschaften fußt.

Um das Einlaufen des Rotors in die Kontaktfederpaare 3 zu erleichtern, sind diese auf ihrer Eingangsseite wie in Fig. 5 dargestellt - keilförmig geöffnet.

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Die in Fig. 6 dargestellte Abwandlung des in den Fig.

1 bis 5 dargestellten Schalters ist dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor Kontaktstücke 18 aus herkömmlichem Kontaktwerkstoff ohne irgendwelche lichtbogenlöschende Zusätze enthält, wohingegen die Kontaktstücke an den Enden der Kontaktfedern 3 unterteilt sind in einen Abschnitt 19a aus einem gewöhnlichen Kontaktwerkstoff ohne lichtbogenlöschende Zusätze und einen Abschnitt 19b aus einem Verbundwerkstoff mit lichtbogenlöschenden Zusätzen. ,

Einen mehrpoligen Schalter kann man zusammenstellen, indem man mehrere der in den Figuren dargestellten Anordnungen aus Rotor und Stator in Richtung der Schaltachse 5 hintereinander anordnet und durch die Bolzen

2 und die Schaltachse 5 zu einer baulichen Einheit verbindet.

Ein Richtgesperre 17 zur Verwendung in den vorstehend beschriebenen Schaltern zeigt die Fig. 6. Es besteht aus einem drehfest auf der Achse 5 angebrachten Sperrad 10, welches vier in 90°-Lage angeordnete Rastausnehmungen 11 besitzt, welche einerseites durch eine radial verlaufende Schulter 12 und andererseits durch eine konvexe Schrägfläche 13 begrenzt sind. In einer starr mit dem Stator 1 verbundenen Buchse 14 befindet sich ein Stößel 15, welcher durch eine Feder 16 gegen die Umfangsflache des Sperrades 10 gedrückt wird und mit diesem als Sperrklinke zusammenwirkt. Bei Drehung in Richtung des Pfeils 6 wird die Sperrklinke 15 durch

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die Schrägfläche 13 in die Buchse 14 zurückgeschoben» bis sie nach überschreiten der nächsten Schulter 12 in die anschließende Ausnehmung 11 einrastet. Bei Drehrichtungsumkehr läuft das Sperrad mit der Schulter 12 gegen die Sperrklinke 15 und ist blockiert. Befindet sich die Sperrklinke 15 in einer der Ausnehmungen 11, ist der Schalter entweder eingeschaltet (Fig. 2) oder ausgeschaltet (Fig. 1).

Claims

PATE NTAN WA IiT Ε'·' '-·* ' DR. RUDOLF BAUER · DIPL.-ING. HELMUT HUBBUCH DIPL.-PHYS. ULRICH TWELMEIER WESTLICHE 28 - 31 (AM LEOPOLDPLATZI O-7S3O PFORZHEIM (WEST-GERMANY) St (0 72 311 10 22 90/70 TELEGRAMME: PATMARK

1. August 1984 III/Be

DODUCO KG Dr. Eugen Dürrwächter, 7530 Pforzheim

" Elektrischer Schalter "

Ponspr-iche:

1. Elektrischer EIN/AUS-Schalter mit einem oder

mehreren Kontaktstückpaaren, deren Kontaktstücke zum öffnen und Schließen des Schalters relativ zueinander bewegbar sind und von denen je ein Kontaktstück aus zwei in Bewegungsri€htung hintereinander angeordneten Abschnitten besteht, von denen der eine aus einem Kontaktwerkstoff mit hoher elektrischer Leitfähigkeit gebildet ist, wohingegen der andere aus einem Verbundwerkstoff gebildet ist, welcher sowohl einen Metallanteil als auch Substanzen enthält, welche die Löschung des Schaltl i.chtbogens begünstigen, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter als Drehschalter ausgebildet ist, welcher das eine oder die mehreren beweglichen Kontaktstücke (9, 18) mit Abstand

von der Schaltachse (5) auf einem Rotor (7) und das eine bzw. die mehreren unbeweglichen Kontaktstücke (8, 19) mit entsprechendem Abstand von der Schaltachse (5) auf einem Stator (1) trägt,
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daß ein Richtgesperre (17 ) vorgesehen ist, welches eine Drehung des Rotors (7) ausschließlich in einer Richtung (6) erlaubt,

und daß in den aus zwei unterschiedlichen Abschnitten (9a, 9b; 19a, 19b) bestehenden Kontaktstücken (9,19) deren Reihenfolge im Hinblick auf die vorbestimmte Drehrichtung (6) des Rotors (7) so gewählt ist, daß das Einschalten stets durch Kontaktgabe zwischen Kontaktabschnitten (8, 9a; 18, 19a) mit hoher elektrischer Leitfähigkeit und das Ausschalten stets durch Kontakttrennung von einem aus dem Verbundwerkstoff bestehenden Kontaktabschnitt (9b; 19b) erfolgt.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß das Richtgesperre (17) als Rastgesperre ausgebildet ist, welches den Rotor (7) in der EIN-Stellung des Schalters nur einrasten läßt, solange in dem •bzw. den Kontaktstückpaaren (8,9; 18,19) die Kontaktgäbe nicht auf einem Kontaktabschnitt (9b; 19b) aus dem Verbundwerkstoff mit lichtbogenlöschender Eigenschaft erfolgt.

3. Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (7) und der Stator (1)

zum Zwecke der Doppelunterbrechung je zwei diametral gegenüberliegende Kontaktstücke (8,9; 18,19) tragen. 5

4. Schalter nach einem der vorstehenden Ansprüche, . dadurch gekennzeichnet, dal* er in Richtung der

Schaltachse mit Abstand hintereinander angeordnet
mehrere Kontaktpaare aufweist.
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5. Schalter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (7) das

eine bzw. die mehreren Kontaktstücke (9) mit dem
lichtbogenlöschenden Verbundmaterial trägt.
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6. Schalter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktstücke (9)

mit dem lichtbogenlöschenden Verbundmaterial als
Kontaktmesser ausgebildet sind, welche beim Einschalten in den Spalt von den Gegenkontakt bildenden Kontaktfederpaaren (8) eingeführt werden.