Gebiet der Erfindung
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Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf
Schaltungsunterbrecher mit einer magnetischen Auslöseanordnung, bei
der das von einem abnormalen Strom eingeleitete
Magnetfeld einen rastbaren Betriebsmechanismus ausrastet bzw.
löst, um den Unterbrecher auszulösen, und insbesondere
auf eine solche magnetische Auslöseanordnung, die einen
zusätzlichen Magnetkern aufweist, der es gestattet, daß
die magnetische Auslöseanordnung den Unterbrecher bei
relativ niedrigen Überstrompegeln auslöst.
Hintergrundinformation
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Schaltungsunterbrecher bieten einen Schutz für
elektrische Systeme vor elektrischen Fehlerzuständen, wie
beispielsweise Stromüberlastungen und Kurzschlüssen. Eine
allgemeine Bauart eines Schaltungsunterbrechers, die
verwendet wird, um unnormale Zustände in einem elektrischen
System zu unterbrechen, weist eine thermische
Auslösevorrichtung auf, die auf dauerhafte niedrige Überstrompegel
anspricht, und eine magnetische Auslöseanordnung, die auf
höhere Überstrompegel in einem Sekundenbruchteil
anspricht. Ein Beispiel eines solchen
Schaltungsunterbrechers mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1
ist im US-Patent Nr. 4 528 531 offenbart. Bei solchen
Schaltungsunterbrechern weist die thermische
Auslösevorrichtung ein Bimetall auf, welches sich ansprechend auf
den dauerhaften niedrigen Überstrompegel biegt, der durch
es hindurch läuft, und zwar um einen rastbaren
Betriebsmechanismus auszurasten. Der rastbare Betriebsmechanismus
ist federbetrieben, um elektrische Kontakte zu öffnen,
die den Strom unterbrechen. Die magnetische
Auslöseanordnung weist einen Anker auf, der federvorgespannt ist, und
zwar um den Betriebsmechanismus einzurasten. Der Strom
durch das Bimetall erzeugt ein Magnetfeld, welches durch
ein mgnetisches Joch konzenriert wird, um den Anker
anzuziehen, und den Betriebsmechanismus bei einem
festgelegten Überstrompegel auszurasten. Das Bimetall in diesen
Schaltungsunterbrechern wirkt als ein Dreh-Elektromagnet
für die magnetische Auslöseanordnung.
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Solche Schaltungsunterbrecher sind seit vielen Jahren im
Gebrauch gewesen und ihre Konstruktion ist verfeinert
worden, um einen wirksamen verläßlichen
Schaltungsunterbrecher vorzusehen, der leicht und wirtschaftlich in
großem Ausmaß hergestellt werden kann.
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Kürzlich hat sich ein Markt für solche
Schaltungsunterbrecher mit einer magnetischen Auslöseanordnung
entwickelt, die bei niedrigeren Pegeln von plötzlichem
Überstrom arbeitet. Der Überstrompegel, bei dem die
magnetische Auslösung arbeitet, ist eine Funktion von
verschiedenen Faktoren wie beispielsweise die Reibkraft auf den
federbetriebenen rastbaren Betriebsmechanismus, die
Federkonstante der Feder, die den Anker vorspannt, um den
Betriebsmechanismus einzurasten, die Größe des
Magnetfeldes, welches vom Überstrom erzeugt wird und die
Kupplung des Magnetfeldes an den Anker.
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Bei früheren Konstruktionen würde der magnetische
Auslösemechanismus im allgemeinen fünfzehnmal (15X) mit der
Unterbrechernennleistung arbeiten. In jüngerer Zeit hat
der Markt Unterbrecher verlangt, die eine magnetische
Auslösenennleistung im Bereich von 5X bis 10X besitzen.
Jedoch ist bis jetzt eine solche Vorrichtung nicht
entwickelt worden, die leicht an bestehende
Unterbrecherkonstruktionen anpaßbar ist.
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Es bleibt eine Notwendigkeit für einen verbesserten
Schaltungsunterbrecher mit einer magnetischen
Auslöseanordnung zur Verwendung in einem Mehr-Phasen-System,
welche bei niedrigeren Strompegeln wirksam wird,
beispielsweise mit einer Nennleistung von 5-10X, die jedoch
auch zur Anwendung in einem Einzel-Phasenunterbrecher
geeignet sein kann.
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Es gibt eine weitere Notwendigkeit für einen solchen
Schaltungsunterbrecher, der wirtschaftlich hergestellt
werden kann.
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Es gibt eine damit in Beziehung stehende Notwendigkeit
für einen Schaltungsunterbrecher mit einer niedrigen
magnetischen Auslösung, der wenig Veränderungen gegenüber
den bestehenden Einzel-Phasen- und
Mehr-Phasen-Schaltungsunterbrecherkonstruktionen erfordert.
Zusammenfassung der Erfindung
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Diese und andere Notwendigkeiten werden durch die
vorliegende Erfindung zufriedengestellt, welche einen
Schaltungsunterbrecher mit den Merkmalen des Anspruchs 1
definiert. Ein solcher Schaltungsunterbrecher besitzt eine
magnetische Auslöseanordnung, die einen beweglichen
Magnetkern aufweist, der zusätzlich zu einem festen
Magnetjoch verwendet wird, um die Empfindlichkeit der
magnetischen Auslöseanordnung zu unterstützen und zu vergrößern.
Die magnetische Auslöseanordnung weist einen Anker auf,
der einen rastbaren Betriebsmechanismus einrastet, um
elektrische Kontakte aufrechtzuhalten, die in
Schaltungsunterbrecher in einer geschlossenen Position enthalten
bzw. vorgesehen sind. Der Anker wird schwenkbar an seinem
unteren Ende verbunden, und besitzt ein freies Ende, wel
ches weg von dem befestigten Magnetjoch vorgespannt ist.
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Ein Luftspalt ist zwischen dem Anker und dem festen
Magnetjoch definiert.
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Das befestigte bzw. feste Magnetjoch umgibt ein leitendes
Glied. Das Joch ist U-förmig und besitzt Schenkel, die
sich nach außen an entgegengesetzten Seiten des leitenden
Gliedes in dem Luftspalt erstrecken. Das Joch
konzentriert den magnetischen Fluß in Richtung des Ankers.
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Eine magnetische Schaltung wird um den stromführenden
Leiter durch das Magnetjoch, den Anker und den Luftspalt
dazwischen gebildet. Die Magnetkraft, die den Anker zum
Joch hin zieht, verändert sich umgekehrt mit dem Quadrat
der Länge des Luftspaltes. Da die Magnetkraft
proportional zum Quadrat des Stroms ist, hat dies zur Folge, daß
der Auslösemechanimus bei niedrigeren Strömen als
anderenfalls arbeitet.
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Die Erfindung ist darauf gerichtet, den Luftspalt zu
verringern und die Flußkonzentration zu vergrößern, wodurch
dieselbe Magnetkraft bei niedrigeren Strompegeln erzeugt
wird, bei denen der Anker dem Betriebsmechanismus
entriegeln bzw. ausrasten wird. Die Erfindung sieht einen U-
förmigen sich bewegenden Magnetkern vor, der benachbart
zum festen Joch angeordnet ist, und der derart befestigt
bzw. montiert ist, daß er innerhalb der magnetischen
Auslöseanordnung zwischen einer herausgeschobenen bzw.
ausgedehnten und einer zurückgezogenen Position läuft. In
der ausgefahrenen Position erstrecken sich die Schenkel
des U-förmigen Kerns in den Luftspalt über die Schenkel
des festen Joches hinaus, wodurch der Luftspalt verkürzt
wird und wodurch genauso weiter der magnetische Fluß
konzentriert wird, der wiederum den erforderlichen Strom
verringert, um den Anker vorzuspannen und zum festen Joch
hin in seine entriegelte bzw. ausgerastete Position zu
ziehen.
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Vorzugsweise wird der bewegliche Kern derart montiert
bzw. befestigt, daß er in das U-förmige feste Joch
hineinpaßt, und von ihm umgeben wird. Wenn Strom durch das
leitende Glied fließt, tritt eine Anziehung zwischen dem
Kern und dem Anker auf; der Kern wird aus dem Joch in
seine ausgefahrene Position herausgezogen, wodurch der
Luftspalt zwischen dem Anker und dem Kern verringert
wird. Der Anker wird weiter zurück zum Joch hin gezogen
und kommt in Kontakt mit dem Kern und treibt den Kern
zurück in das Joch; daraus folgt der volle Weg des Ankers,
der erforderlich ist, um den Betriebsmechanismus
auszurasten und den Auslöseriegel bzw. die Auslösestange zu
drehen. Der sich bewegende Kern hilft dabei, den Anker zum
Magnetjoch hinzuziehen und tut dies bei niedrigeren
Strompegeln, als ohne den beweglichen Kern nötig wären.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ein vollständiges Veständnis der Erfindung kann aus der
folgenden Beschreibung des bevorzugten
Ausführungsbeispiels erreicht werden, wenn sie in Verbindung mit den
Begleitzeichnungen gelesen wird, in denen die Figuren
folgendes darstellen:
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Fig. 1 ist eine Ansicht eines Schaltungsunterbrechers
mit gegossenem bzw. geformtem Gehäuse, der die
Erfindung aufweist;
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Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht der Vorrichtung
der Fig. 1 entlang der Linie 2-2 der Fig. 1;
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Fig. 3 ist eine isometrische Explosionsansicht, die
die Anordnung der magnetischen Unteranordnung
veranschaulicht, die den Magnetkern der
vorliegenden Erfindung aufweist;
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Fig. 4 ist eine vertikale Schnittansicht der
magnetischen Unteranordnung, die den beweglichen Kern
der vorliegenden Erfindung aufweist;
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Fig. 5 ist eine Horizontalschnitt-Ansicht einer
Magnetanordnung, die den beweglichen Kern der
vorliegenden Erfindung aufweist, und zwar entlang
der Linien 5-5 der Fig. 4;
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Fig. 6 ist ein schematisches Diagramm der
Magnetschaltung, die von den Elementen der magnetischen
Auslöseanordnung erzeugt wird, die den
beweglichen Kern der vorliegenden Erfindung und den
Anker aufweist;
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Fig. 7 ist ein Vertikalschnitt eines Teils des
Schaltungsunterbrechers der Fig. 1 entlang der
gleichen Linie wie Fig. 2, wobei sie jedoch die
magnetische Auslöseanordnung und die elektrischen
Kontakte für eine Phase eines beispielshaften
Mehr-Phasenunterbrechers in der geöffneten
Position zeigt;
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Fig. 8 ist ein Vertikalschnitt eines Teils des
Schaltungsunterbrechers der Fig. 1 entlang der
gleichen Linie wie Fig. 2, wobei sie jedoch die
magnetische Auslöseanordnung und elektrische
Kontakte für eine Phase eines beispielshaften
Mehr-Phasenunterbrechers in der ausgelösten
Position zeigt.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
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Mit Bezug auf die Zeichnungen ist ein
Schaltungsunterbrecher 1 mit gegossenem bzw. geformten Gehäuse gezeigt,
der eine magnetische Auslöse- bzw. Trennanordnung
aufweist, wobei der sich bewegende Kern darin vorgesehen
ist, um den magnetischen Auslöse- bzw. Trennpunkt gemäß
der Lehre der vorliegenden Erfindung abzusenken. Während
der Schaltungsunterbrecher 1 hier als ein
Drei-Phasen- oder Drei-Pol-Schaltungsunterbrecher abgebildet und
beschrieben wird, sind die Prinzipien der Erfindung
gleichfalls auf Einzel- oder Mehr-Phasen-Schaltungsunterbrecher
und auf sowohl Wechselstrom- als auch
Gleichstrom-Schaltungsunterbrecher anwendbar.
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Der Schaltungsunterbrecher 1 weist eine gegossene,
elektrisch-isolierende oberabdeckung 8 auf, die an einer
gegossenen, elektrisch isolierenden Unterabdeckung oder
Basis 6 durch Befestigungselemente 34 befestigt ist (Fig.
2).
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Mit Bezug auf Fig. 1 ist ein beispielhaftes
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt, wobei ein
Satz von ersten elektrischen Anschlüssen oder
Leitungsanschlüssen 9a, 9b und 9c vorgesehen sind, und zwar einer
für jeden Pol oder jede Phase. Gleichfalls ist ein Satz
von zweiten elektrischen Anschlüssen oder Lastanschlüssen
11a, 11b und 11c am anderen Ende der
Schaltungsunterbrecherbasis 6 vorgesehen (Fig. 2). Diese Anschlüsse werden
verwendet, um elektrisch den Schaltungsunterbrecher 1 in
einer dreiphasigen elektrischen Schaltung zu verbinden
bzw. anzuschließen, und zwar um ein dreiphasiges
elektrisches System zu schützen.
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Der Schaltungsunterbrecher 1 weist weiter einen
elektrisch-iosolierenden steifen manuell in Eingriff zu
bringenden Handgriff 13 auf, der sich durch eine Öffnung 15
in der Oberabdeckung 3 erstreckt, um den
Schaltungsunterbrecher in seine geschlossene Position (Fig. 2) oder
seine offene Position (Fig. 7) zu stellen. Der
Schaltungsunterbrecher 1 kann auch eine ausgelöste Position
(Fig. 8) annehmen. Der Schaltungsunterbrecher 1 kann aus
der ausgelösten Position in die geschlossene Position zum
weiteren Schutzbetrieb durch ein Bewegen des Handgriffes
13 über bzw. durch die offene Position (Fig. 7)
zurückgesetzt werden. Der Handgriff 13 kann entweder manuell oder
automatisch durch einen Betriebsmechanismus 21 bewegt
werden, der genauer unten beschrieben werden soll.
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Mit Bezug auf Fig. 2 weist der Schaltungsunterbrecher 1
als seine Hauptkomponenten für jede Phase einen Satz von
elektrischen Kontakten 24 auf, die einen unteren
elektrischen Kontakt 25, einen oberen elektrischen Kontakt
27, einen Betriebsmechanismus 21 und einen
Auslösemechanismus 23 besitzen. Mit jedem Satz von elektrischen
Kontakten 24 ist ein elektrischer Bogenschacht 29 und ein
Spaltmotor 31 assoziiert. Der Bogenschacht 29 und der
Spaltmotor 31 sind für sich herkömmlich und werden somit
nicht im Detail besprochen. Kurz, der Bogenschacht 29
wird verwendet, um einen einzigen elektrischen Bogen, der
zwischen sich trennenden elektrischen Kontakten 25 und 27
auf einen Fehlerzustand hin gebildet wird, in eine Serie
von elektrischen Bögen aufzuteilen, was die gesamte
Bogenspannung vergrößert und eine Begrenzung der
Fehlerstromgröße zur Folge hat. Der Spaltmotor 31, der entweder
aus einer Serie von im allgemeinen U-förmigen
Stahllamellen, die in einer elektrischen Isolierung eingeschlossen
sind, oder aus einem im allgemeinen U-förmigen
elektrisch-isolierenden festen Stahlriegel besteht, ist um
die Kontakte 25 und 27 herum angeordnet, um das
Magnetfeld zu konzentrieren, welches auf einen Kurzschluß mit
hohem Pegel oder auf einen Fehlerstromzustand hin erzeugt
wird, wodurch stark die magnetischen Rückstoßkräfte
zwischen den sich trennenden elektrischen Kontakten 25 und
27 vergrößert werden, um schnell ihre Trenung zu
beschleunigen. Die schnelle Trennung der elektrischen
Kontakte
25 und 27 hat einen relativ hohen Bogenwiderstand
zur Folge, um die Größe des Fehlerstroms zu begrenzen.
Eine detailliertere Beschreibung des Bogenschachtes 29
und des Spaltmotors 31 ist im US-Patent Nr. 3 815 059 zu
finden.
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Der untere elektrische Kontakt 25 weist folgendes auf:
ein unteres, ausgeformtes stationäres Glied 62, welches
an der Basis 6 durch Befestigungsmittel 64 befestigt ist,
einen unteren beweglichen Kontaktarm 37, ein Paar von
elektrischen Kontaktdruckfedern 68, untere
Kontaktvorspannmittel oder eine Druckfeder 70, einen Kontakt 39, um
physisch und elektrisch den oberen elektrischen Kontakt
27 berühren und einen elektrischen Isolierstreifen 74.
Der Leitungsanschluß 9b weist einen integralen Endteil
des Gliedes 62 auf. Der untere elektrische Kontakt 25
verwendet die hohen magnetischen Rückstoßkräfte, die von
einem Kurzschluß mit hohem Pegel oder einem Fehlerstrom
erzeugt werden, der durch die langgestreckten parallelen
Teile der elektrischen Kontakte 25 und 27 fließt, um eine
schnelle Abwärtsbewegung des Kontaktarms 37 gegen die
Vorspannung der Druckfeder 70 zu bewirken (Fig. 2). Eine
sehr schnelle Trennung der elektrischen Kontakte 25 und
27 und ein daraus folgendes schnelles Ansteigen des
Widerstandes über den elektrischen Bogen, der zwischen den
elektrischen Kontakten 25 und 27 gebildet wird, wird
dadurch erreicht, wodurch eine wirksame
Fehlerstrombegrenzung innerhalb der Grenzen der relativ geringen
physischen Abmessungen vorgesehen wird.
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Der obere elektrische Kontakt 27 weist einen drehbaren
Kontaktarm 41 und einen Kontakt 43 auf, um physisch und
elektrisch den unteren elektrischen Kontakt 25 zu
kontaktieren.
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Der Betriebsmechanismus 21 weist folgendes auf: einen
über-mittigen bzw. über die Mitte wirkenden
Kippmechanismus 47, eine integrale aus einem Stück gegossene
Querstange 49, ein Paar von starren, voneinander
beabstandeten Metallseitenplatten 51, ein starres schwenkbares
Metallhandgriffjoch 53, einen starren Stopp-Haltestift 55,
ein Paar von Betriebzugfedern 57 und einen
Rastmechanismus 59.
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Der über-mittige Kippmechanismus 47 weist eine starre
Metallwiege 61 auf, die um die Längsmittelachse eines
Wiegentragstiftes 60 drehbar ist, der in den Seitenplatten
51 gelagert ist.
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Der Kippmechanismus 47 weist weiter folgendes auf: ein
Paar von oberen Kippverbindungen 65, ein Paar von unteren
Kippverbindungen 67, einen Kippfederstift 69 und einen
oberen Kippverbindungs-Folgestift 71. Die unteren
Kippverbindungen 67 sind an jeder Seite des drehbaren
Kontaktarms 41 des oberen elektrischen Kontaktes 27 durch
den Kippkontaktstift 73 gesichert. Der Kippkontaktstift
73 geht auch durch eine (nicht gezeigte) Öffnung, die
durch den oberen elektrischen Kontakt 27 ausgebildet ist,
was es dem oberen elektrischen Kontakt 27 möglich macht,
sich frei um die Längsmittelachse des Stiftes 73 zu
drehen.
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Die Enden des Stiftes 73 werden in der gegossenen
Querstange 49 aufgenommen und gehalten. Somit wird die
Bewegung des oberen elektrischen Kontaktes 27 und die
entsprechende Bewegung der Querstange 49 durch Bewegen der
unteren Kippverbindungen 67 bewirkt. In dieser Weise
bewirkt eine Bewegung des oberen elektrischen Kontaktes 27
durch den Betriebsmechanismus 21 im Mittelpol oder in der
Mittelphase des Schaltungsunterbrechers 1 gleichzeitig
durch die starre Querstange 49 die gleiche Bewegung der
elektrischen Kontakte 27, die mit den anderen Polen oder
Phasen des Schaltungsunterbrechers 1 assoziiert sind.
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Die oberen Kippverbindungen 65 und die unteren
Kippverbindungen 67 sind schwenkbar durch die Kippfederstifte 69
verbunden. Die Betriebzugfedern 57 werden zwischen dem
Kippfederstift 69 und dem Handgriffjoch 53 derart
gespannt, daß die Federn 57 unter Spannung bleiben, was den
Betrieb des über-mittigen Kippmechanismuses 47
kontrollierbar durch und ansprechend auf die äußere Bewegung des
Handgriffs 13 macht.
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Die oberen Verbindungen 65 weisen auch Ausnehmungen oder
Nuten 77 zum Aufnehmen und Rückhalten des Stiftes 71 auf.
Der Stift 71 geht durch die Wiege 61 an einer Stelle, die
um einen vorbestimmten Abstand von der Drehachse der
Wiege 61 beabstandet ist. Die Federspannung von den Federn
57 hält den Stift 71 in Eingriff mit den oberen
Kippverbindungen 65. Somit bewirkt eine Drehbewegung der Wiege
61 eine entsprechende Bewegung oder Verschiebung der
oberen Teile der Verbindungen 65.
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Die Wiege 61 besitzt einen Spalt bzw. Schlitz oder eine
Nut 79, die eine geneigte flache Rastoberfläche 142
definiert, die konfiguriert bzw. angeordnet ist, um mit
einer geneigten flachen Wiegenrastoberfläche 144 in
Eingriff zu kommen, die im oberen Ende eines langgestreckten
Spaltes oder einer Öffnung 81 in einer im allgemeinen
flachen Zwischenrastplatte 148 ausgebildet ist. Die Wiege
61 weist auch ein im allgemeinen flaches Handgriffjoch
auf, welches die Oberfläche 85 berührt, die konfiguriert
bzw. angeordnet ist, um eine nach herabstehende
langgestreckte Oberfläche 87 zu berühren, die am oberen Ende
des Handgriffjochs 53 ausgebildet ist. Die Betriebsfedern
57 bewegen den Handgriff 13 während eines Auslösevorgangs
und die Oberflächen 85 und 87 ordnen den Handgriff 13 in
der ausgelösten Position an (Fig. 8), und zwar zwischen
der geschlossenen Position (Fig. 2) und der offenen
Position (Fig. 7) des Handgriffes 13, um anzuzeigen, daß der
Schaltungsunterbrecher 1 ausgelöst hat. Zusätzlich setzt
das Ineingriffkommen der Oberflächen 85 und 87 den
Betriebsmechanismus 21 zurück, und zwar folgend auf einen
Auslösebetrieb durch Bewegung der Wiege 61 im
Uhrzeigersinn gegen die Vorspanung der Betriebsfedern 57 aus
seiner ausgelösten Position (Fig. 8) in und über seine
offene Position (Fig. 5), um das Rasten bzw. Einrasten der
Rastflächen in der Nut 79 und in der Öffnung 81 zu
ermöglichen.
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Weitere Details des Betriebsmechanismus und seiner
assoziierten gegossenen Querstange 49 können aus der
Beschreibung des ähnlichen Betriebsmechanismuses erhalten
werden, der im US-Patent Nr. 4 528 531 offenbart ist.
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Der Auslösemechanismus 23 weist folgendes auf: die
Zwischenrastplatte 148, eine aus einem Stück gegossene
Schaltstange 172, eine bewegliche oder schwenkbare
Handgriffjoch-Rastvorrichtung 166, einen
Torsionsfedertragstift 63, eine doppeltwirkende Torsionsfeder 170, einen
Anker 103, eine Ankertorsionsfeder 1051 ein festes
Magnetjoch 100, einen beweglichen Magnetkern 101, ein
Bimetall 99 und einen Anschlußverbinder 107. Das Bimetall
99 ist elektrisch mit dem Anschluß 11b durch den
Anschlußverbinder 107 verbunden. Das feste Joch 101 umgibt
physisch das Bimetall 99, wodurch eine magnetische
Schaltung eingerichtet wird, die vollständig im folgenden
besprochen wird, um ein Ansprechen auf einen Kurzschluß
oder auf Fehlerstromzustände vorzusehen.
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Eine Ankerstopp- bzw. Ankeranschlagplatte 185 besitzt
einen herabstehenden Kantenteil 187, der mit dem oberen
Ende des Ankers 103 in Eingriff steht, um seine Bewegung
gegen den Uhrzeigersinn zu begrenzen. Die
schraubenförmige Ankertorsionsfeder 105 ist auf dem Glied 161
des Jochs 100 montiert bzw. befestigt. Die Feder 105
besitzt ein langgestrecktes Ende, welches als ein Federarm
106 ausgebildet ist, um den oberen Teil des Ankers 103
gegen eine Bewegung im Uhrzeigersinn vorzuspannen Ein
entgegengesetztes nach oben angeordnetes langgestrecktes
Ende 108 der Torsionsferder 105 ist in einer von einer
Vielzahl von voneinander beabstandeten (nicht gezeigten)
Öffnungen angeordnet, die durch die obere Fläche der
Platte 185 gebildet werden. Die Federspannung des
Federarms 106 kann durch eine Positionierung des Endes 108 der
Torsionsfeder 105 in einer anderen der Öffnungen
eingestellt werden, die durch die obere Fläche der Tragplatte
185 gebildet sind.
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Vorzugsweise wird die Auslösestange 172 als eine
gegossene integrale oder aus einem Stück bestehende
Auslösestange 172 gebildet, die einen sich nach unten
herabstehenden Kontaktschenkel 194 für jeden Pol oder jede Phase
des Schaltungsunterbrechers 1 besitzt. Zusätzlich weist
die Auslösestange 172 einen vergrößerten
Ankertragabschnitt 250 für jeden Pol oder jede Phase des
Schaltungsunterbrechers 1 auf. Jeder Tragabschnitt 250 weist eine
langgestreckte Tasche 252 auf, die dadurch ausgeformt
wird, um den Anker 103 aufzunehmen. Der Anker 103 steht
mit dem asszoiierten Kontaktschenkel 194 der
Auslösestange 172 im Eingriff und dreht ihn im Uhrzeigersinn auf
das Auftreten eines Kurzschlusses, eines
Federstromzustandes oder eines abnormalen Stromzustandes mit
niedrigem Pegel hin.
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Die Auslösestange 172 weist auch eine Rastoberfläche bzw.
Rastfläche 258 auf (Fig. 2), um eine (nicht gezeigte)
Auslösestangen-Rastfläche auf der Zwischenrastplatte 148
in Eingriff zu bringen, und einzurasten. Eine Bewegung
der Auslösestange 172 und eine entsprechende Bewegung der
Rastflächen 258 hat eine Bewegung zwischen der Wiege 61
und der Zwischenrastplatte 148 entlang der Oberflächen
142 und 144 zur Folge, was sofort die Wiege 61 aus der
Zwischenrastplatte 148 ausrastet und die Drehbewegung
gegen den Uhrzeigersinn der Wiege 61 und einen
Auslösebetrieb des Schaltungsunterbrechers 1 ermöglicht.
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Insbesondere mit Bezug auf den magnetischen
Auslösebetrieb und auf den sich bewegenden Magnetkern, der die
vorliegende Erfindung verkörpert, weist die magnetische
Auslöseanordnung 95 eine magnetische Unteranordnung 97
genauso wie einen Anker 103 und eine
Vorspanntorsionsfeder 105 auf, die zuvor beschrieben worden sind (Fig. 2).
Die magnetische Unteranordnung ist am besten in Fig. 3
gezeigt, welche eine iosometrische Zeichnung der
Unteranordnung 97 ist. Die magnetische Unteranordnung 97 weist
einen sich bewegenden Kern 101 auf, der ein U-förmiger
Einsatz ist, der vorzugsweise aus Stahl besteht, und zwar
mit sich nach außen erstreckenden Schenkeln 111 und 113,
und einer Basis 115. Ein Einstellarm 109 ist vorgesehen,
um den Kern 101 in der magnetischen Unteranordnung 97 zu
montieren und zu tragen, während es dem Kern 101
gestattet ist, wie zuvor besprochen, hin- und herzulaufen. Wenn
die magnetische Unteranordnung 97 montiert ist, sitzen
die Schenkel 111 und 113 des Kerns 101 an den Seiten 117
bzw. 119 des Einstellarms 109. Der Kern 101 ruht auf den
Schultern 121 und 123 des Arms 109 und ist in seiner
Aufwärtsbewegung durch die obere Schulter 131 begrenzt, die
unter dem Flansch 125 ist, und durch die obere Schulter
133, die unter dem Flansch 127 des Arms 109 ist.
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Der Einstellarm 109 ist direkt an das Bimetall 99
angeschweißt (siehe Fig. 4). Das Bimtall 99 wirkt als das
leitende Glied der magnetischen Unteranordnung 97. Die
obere Fläche 137 des Arms 109 steht direkt mit dem
Bimetall 99 in Eingriff. Der untere Teil 139 des
Einstellarms 109 ist an einem Versetzungsteil 135 versetzt. Die
untere Fläche 139 des Arms 109 besitzt eine Öffnung 129
dadurch, welche geeignet ist, um eine Einstellschraube
141 aufzunehmen, und zwar zur Einstellung der thermischen
Auslöseeinstellung, wie genauer im folgenden besprochen
wird.
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Das feste Magnetjoch 100 ist der Primärmagnet der
magnetischen Unteranordnung 97; es besteht vorzugsweise aus
Stahl oder einem anderen geeigneten magnetischen Material
und es ist auch U-förmig, wobei es sich nach außen
erstreckende Schenkel 151 und 153 und eine langgestreckte
Basis 155 besitzt, und zwar mit einem langgestreckten
Unterteil 169.
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Die Schenkel 151 und 153 des Joches 100 umschließen den
sich bewegenden Kern 101, wenn die Vorrichtung montiert
wird. Der Unterteil 169 des Joches 100 besitzt eine mit
Gewinde versehene Öffnung 171, durch welche die
Einstellschraube 141 geschraubt wird. Der Unterteil 169 des
festen Joches 100 besitzt einen oberen Satz von Flanschen
173 und einen unteren Satz von Flanschen 175, die
geeignet sind, um mit Teilen der gegossenen Basis 6 des
Schaltungsunterbrechers 1 in Eingriff zu stehen.
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Der Anschlußverbinder 107 ist eine Fortsetzung des
Anschlusses 11b; er leitet Strom in das Bimetall 99 durch
seinen oberen Teil 181, der am oberen Abschnitt 91 des
Bimetalls 99 angeschweißt ist. Das Bimetall 99 weist ein
ausgeformtes unteres Ende 143 auf, welches um einen
vorbestimmten Abstand vom unteren Ende des nach unten
herabstehenden Kontaktschenkels 194 der Auslösestange 172
beabstandet ist (Fig. 2). In einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die Beabstandung zwischen dem
Ende 143 und dem Schenkel 194 eingestellt werden, um die
Ansprech- bzw. Anwortzeit des Schaltungsunterbrechers 1
auf Überlastzuständes zu verändern, und zwar durch
geeignetes Drehen einer Einstellschraube 141. Die
Einstellschraube 141 ist in die Öffnung 171 des festen Joches 100
eingeschraubt und geht durch die Öffnung 129 des
Einstellarms 109 und steht mit der Kante des Arms 109 in
Eingriff, die die Öffnung 129 umgibt. Wenn die Schraube 141
festgezogen wird, bewegt dies den Arm 109, der auf das
Bimetall 99 aufgeschweißt ist, was wiederum in einer
entsprechenden Veränderung der Position des unteren Endes
143 des Bimetalls 99 resultiert. Wie erwähnt, hat dies
eine gewünsche Veränderung der Ansprechzeit des
Unterbrechers auf andauernde Überlastzustände mit niedrigem Pegel
zur Folge.
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Die Anordnung der magnetischen Unteranordnung 97 der
vorliegenden Erfindung ist am besten mit Bezug auf Fig. 3 zu
verstehen. Der Oberteil 137 des Einstellarms 109 ist auf
das Bimetall 99 geschweißt. Der bewegliche Kern 101 wird
dann um die Mitte des Einstellarms 109 an den Seiten 117
und 119 angeordnet. Der bewegliche Kern 101 ruht auf der
Schulter 121 und 123 des Arms 109. Der Kern 101 ist in
der Aufwärtsbewegung durch die Schultern 131 und 133 des
Arms 109 begrenzt. Der Anschlußverbinder 107 ist an
seinem Oberteil 181 an den Oberteil 191 des Bimetalls 99
angeschweißt. Das Bimetall 99, der Einstellarm 109, der
bewegliche Kern 101 und der Anschlußverbinder 107, die wie
zuvor besprochen, verbunden sind, werden dann in den U-
förmigen Teil des festen Joches 100 derart
fallengelassen,
daß die sich nach außen erstreckenden Flansche
125 und 127 des Arms 109 in die Spalte 157 des Joches 100
durch Reibung eingepaßt sind. Die gesamte Unteranordnung
97 wird dann im Schaltungsunterbrecher 1 in (nicht
gezeigten) ausgeformten bzw. gegossenen Spalten angeordnet,
die geeignet sind, um die Unteranordnung 97 aufzunehmen.
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Wenn die magnetische Unteranordnung 97 in geeigneter
Weise im Schaltungsunterbrecher 1 positioniert und befestigt
ist, wird ein stromführender leitender Pfad zwischen dem
unteren Ende 143 des Bimetalls 99 und dem oberen
elektrischen Kontakt 27 eingerichtet, und zwar durch einen
flexiblen Kupfer-Shunt- bzw. Kupfernebenschluß 200, der
durch irgendwelche geeigneten Mittel wie beispielsweise
Löten bzw. Hartlöten mit dem unteren Ende 143 des
Bimetalls 99 und dem oberen elektrischen Kontakt 27 innerhalb
der Querstange 49 verbunden ist. In dieser Weise ist ein
elektrischer Pfad durch den Schaltungsunterbrecher 1
zwischen den Anschlüssen 9b und 11b (Fig. 2) vorgesehen, und
zwar über den unteren elektrischen Kontakt 25, den oberen
elektrischen Kontakt 27, den flexiblen Shunt- bzw.
Nebenschluß 200, das Bimetall 99 und den Anschlußverbinder
107.
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Die magnetische Schaltung, die in der magnetischen
Unteranordnung 97 erzeugt wird, ist schematisch in Fig. 6
gezeigt. Wenn der Strom durch das Bimetall 99 fließt, wird
ein Fluß in der magnetischen Schaltung der Fig. 6
erzeugt. Es gibt somit eine magnetische Anziehung zwischen
dem Kern 101 und dem Anker 103. Wie oben erwähnt, zieht
dies den Kern 101 aus dem Joch 100. Dies verringert den
Luftspalt G&sub1; zwischen dem Anker 103 und dem Kern 101. Wie
dem Fachmann bekannt ist, variiert die Magnetkraft
umgekehrt mit dem Quadrat der Länge des Luftspaltes. Die
Magnetkraft wiederum variiert direkt mit dem Fluß bzw.
Magnetfluß,
der mit dem Quadrat des Stroms in Beziehung
steht. Ein schmalerer Spalt würde bedeuten, daß eine
wesentlich kleinere Strommenge die gleiche Magnetkraft
erzeugen würde, die erforderlich ist, um die Vorspannkraft
des Ankers zu überwinden. Oder alternativ ist eine
gewisse Kraftmenge erforderlich, um den Anker in seine
ausgerastete Position zu bringen. Diese Kraftmenge kann mit
einem viel geringeren Strom erzeugt werden, wenn G&sub1;
verringert wird. Dies erzeugt das gewünschte Ergebnis, eine
magnetische Auslösung bei tieferen Strömen zu erzeugen.
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Vorzugsweise ist ein sekundärer bzw. zweiter Luftspalt G&sub2;
zwischen dem beweglichen Kern 101 und dem festen Joch 100
vorgesehen (Fig. 6) Dieser Spalt G&sub2; gestattet es, daß
der Fluß in Richtung des Ankers konzentriert wird.
Zusätzlich gibt es, wenn der Spalt G&sub2; den Kern umgibt, im
wesentlichen keine zu überwindende Reibkraft zwischen dem
beweglichen Kern 101 und dem Joch 100, bevor der
bewegliche Kern 101 sich heraus in den primären Luftspalt G&sub2;
bewegt.
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Wie oben besprochen, tritt bei einem Stromfluß durch das
Bimetall 99 eine Anziehung zwischen dem Kern 101 und dem
Anker 103 auf, die den Kern 101 aus dem Joch 100 zieht,
wodurch der Luftspalt G&sub1; zwischen dem Anker 103 und dem
Kern 101 verringert wird. Nachdem der Anker 103 einen
Kontakt mit dem Kern 101 herstellt, wird der Anker 103
weiter zum Joch 100 hingezogen. Der Anker 103 treibt dann
den Kern 101 zurück in den Magneten, woraus der volle Weg
resultiert, der erforderlich ist, um den
Betriebsmechanismus 21 auszurasten, der die Auslösestange 172 in der
zuvor beschriebenen Weise dreht. Der sich bewegende Kern
101 hilft beim Anziehen des Ankers 103 zum Magnetjoch 100
und tut dies bei geringeren Strompegeln als ohne die
Anwesenheit des Kerns 101.
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Bei manchen Anwendungen ist es wünschenswert, eine
Schnapp- bzw. Sprengwirkung im magnetischen
Auslösemechanismus zu besitzen. Eine Schnappwirkung wäre die Folge,
wenn kein sekundärer Spalt G&sub2; zwischen den Schenkeln 151
und 153 des Joches 100 und den Schenkeln 111 bzw. 113 des
Kerns 101 ausgebildet wäre (Fig. 6). Diese Schnappwirkung
bzw. dieser Schnappvorgang würde auf Grund der
Notwendigkeit folgen, das seitliche Magnetfeld zu überwinden,
welches sich zwischen dem Kern 101 und dem Joch 100
aufbaut, genau so wie durch die Notwendigkeit, die Reibkraft
zwischen dem Kern 101 und dem Joch 100 zu überwinden. Ein
größerer Strom wäre erforderlich, um diese beiden Kräfte
zu überwinden, als es mit G&sub2; nötig wäre. Sobald die zwei
Kräfte überwunden wären, würde jedoch eine Schnappwirkung
folgen und der Anker 103 würde sehr schnell
zurückschnappen bzw. springen, beispielsweise in ungefähr einem
halben Wechselstromzyklus auf Grund des gestiegenes
Strompegels.
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Fig. 5 zeigt einen Horizontalschnitt der magnetischen
Unteranordnung 97. Das Bimetall 99 wird teilweise vom Kern
101 umgeben. Der Kern 101 ruht auf dem Arm 109. Der Kern
101 wird teilweise durch das stationäre Magnetjoch 100
umgeben. Der Anschlußverbinder 107 trägt bzw. leitet
Strom vom (nicht gezeigten) Anschluß für eine Phase des
Systems an die Unteranordnung 97.
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Im Betrieb wird auf das Auftreten eines Kurzschlusses,
eines Fehlerstroms oder eines Fehlers mit niedrigem
Pegel, mit dem der Einstellwert des Stroms assoziiert wird,
magnetischer Fluß in der magnetischen Auslöseanordnung 95
erzeugt, und das Magnetjoch 100 beginnt sofort, den Anker
103 anzuziehen. Zur gleichen Zeit wird der bewegliche
Kern 101 der vorliegenden Erfindung in den primären
Luftspalt G&sub1; gezogen. Der bewegliche Kern 101 bewegt sich
in den primären Luftspalt G&sub1; und verringert dadurch die
Größe des Spaltes. Eine Verringerung der Spaltgröße hat
eine Verringerung der Reluktanz bzw. des magnetischen
Widerstandes der magnetischen Schaltung zur Folge. Als eine
Folge wird ein niedrigerer Strompegel die Kraft erzeugen,
die erforderlich ist, um den Anker in die gewünschte
Ausrastposition zu dehen. Insbesondere wird der Anker 103 in
Eingriff mit dem Kern 101 gezogen und drückt dann den
Kern 101 zurück in das Joch 100. Schließlich kommt der
Anker 103 in Eingriff mit dem Joch 100. Diese Bewegung
des Ankers 103 hat eine Schwenk- oder Drehbewegung des
Kontaktschenkels 194 im Uhrzeigersinn und eine
entsprechende Drehung der Auslösestange 172 zur Folge. Wie zuvor
besprochen, löst die daraus folgende Drehbewegung des
Kontaktschenkels 194 im Uhrzeigersinn die
Zwischenrastplatte 148, was eine sofortige Relativbewegung zwischen
der Wiege 61 und der Zwischenrastplatte 148 entlang der
geneigten Flächen 142 und 144 bewirkt. Die Wiege 61 wird
sofort durch die Betriebsfedern 57 zur Drehung gegen den
Uhrzeigersinn beschleunigt (Fig. 2), was in der im
wesentlichen sofortigen Bewegung der oberen
Kippverbindungen 65, des Kippfederstiftes 59 und der unteren
Kippverbindungen 67 resultiert. Die Antriebsfläche oder
Stoßvorrichtung 158, die gegen die Kontaktfläche 160 des Stiftes
69 wirkt, beschleunigt schnell den Stift 69 in einem nach
oben gerichteten Bogen gegen den Uhrzeigersinn, was in
einer entsprechenden Aufwärtsbewegung des
Kippkontaktstiftes 73 und der sofortigen Aufwärtsbewegung des oberen
elektrischen Kontaktes 27 in seine ausgelöste Position
resultiert (Fig. 8).
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Da die Basisteile 44 aller oberen elektrischen Kontakte
27 durch die Federn 45 in Kontakt mit einer (nicht
gezeigten) Innenfläche vorgespannt sind, die in der
Querstange 49 ausgebildet sind, bewegen sich die oberen
elektrischen Kontakte 27 in Verbindung mit der Querstange 49,
was die gleichzeitige oder synchrone Trennung aller drei
oberen elektrischen Kontakte 27 von den unteren
elektrischen Kontakten 25 im Schaltungsunterbrecher 1 zur Folge
hat.
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In ähnlicher Weise bewirkt ein dauernder Strom mit
niedrigem Pegel, daß sich das Bimetall 99 biegt, was das
ausgeformte untere Ende 143 in Kontakt mit dem
Kontaktschenkel 194 auf der Auslösestange 172 bringt und ihn
auslenkt bzw. biegt, wodurch die Auslösestange 172
gedreht wird und der Schaltungsunterbrecher in der oben in
Verbindung mit der Magnetschaltvorrichtung besprochenen
Weise, ausgelöst wird.
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Auf das Auftreten eines Kurzschlusses mit hohem Pegel
oder eines Fehlerstromzustandes und als eine Folge der
großen magnetischen Rückstoßkräfte, die durch den Fluß
des Fehlerstroms durch die im allgemeinen parallelen
Kontaktarme 27 und 25 erzeugt werden, trennen sich die
elektrischen Kontakte 25 und 27 schnell und bewegen sich in
ihre aufgesprengten Positionen (die in Fig. 2 in Form von
gestrichelten Linien gezeigt sind) . Die Trennung der
elektrischen Kontakte 27 und 25 wird erreicht, ohne daß
es nötig ist, daß der Betriebsmechanismus 21 durch einen
Auslösevorgang sequentiell hindurchläuft Jedoch drückt
das darauf folgende sequentielle Durchlaufen des
Betriebsmechanismuses durch einen Auslösevorgang den oberen
Kontaktarm 41 gegen eine elektrische Isolierbarriere bzw.
-sperre 196 und den Stopp bzw. Anschlag 156 im Mittelpol
oder in der Mittelphase des Schaltungsunterbrechers 1
gegen
Stopps bzw. Anschläge, die integral in der
Oberabdeckung 8 in den Außenpolen oder Außenphasen des
Schaltungsunterbrechers ausgebildet sind, um eine relative
Drehbewegung zwischen dem oberen elektrischen Kontakt und
der Querstange 49 zu bewirken, was in einem erneuten
Eingriff der (nicht gezeigten) Innenfläche der Querstange 49
durch den Basisteil 44 des oberen elektrischen Kontaktes
27 und in der folgenden Trennung der anderen elektrischen
Kontakte in den anderen Polen oder Phasen des
Schaltungsunterbrechers 1 resultiert.
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Wenn der Schaltungsunterbrecher ausgelöst ist, werden die
Kontakte, wie in Fig. 8 gezeigt, geöffnet. Der
Schaltungsunterbrecher 1 wird durch eine Bewegung des
Handgriffes 13 in die Aus-Position bewegt, wie in Fig. 5
gezeigt. Dies dreht die Wiege 61 in eine Position, wo sie
durch die Rasttorsionsfeder 170 vorgespannt ist, die mit
der Oberfläche 237 der Auslösestange 172 in Eingriff
steht, was bewirkt, daß sich die Oberfläche 237 gegen den
Uhrzeigersinn dreht, um es der Rastfläche 258 der
Auslösestange 172 zu gestatten, mit der Rastfläche 212 der
Zwischenrastplatte 148 in Eingriff zu kommen und sie
wieder einzurasten, um die Zwischenrastplatte 148, die
Auslösestange 172 und den Schaltungsunterbrecher 1
zurückzusetzen.