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Selbstschalter, insbesondere Kleinselbstschalter Bei Selbstschaltern,
die vor allem an Stelle von Sicherungen als sogenannte Kleinautomaten für elektrische
Installationen Verwendung finden, sind die Einhaltung bestimmter äußerer Abmessungen
der Schaltergehäuse, große .@I>schaltleistung und Abschaltsicherheit trotz der räumlichen
Beschränkungen und der einfache und schnelle Zusammenbau der Schalterteile grundsätzliche
Bedingungen. Wie die Entwicklung und der Stand der Technik auf diesem Gebiete zeigt,
macht die natürliche Gegensätzlichkeit dieser Bedingungen ihre Erfüllung für günstige
konstruktive Lösungen sehr schwierig. Durch die Erfindung ist eine Lösung gefunden,
die diesen Sehaltern sehr kleine äußere Abmessungen verleiht und trotzdem die geforderte
hohe Absch altleistung und eine einfache Fabrikation gewährleistet. Das wesentliche
Merkmal der Erfindung besteht darin, daß der gesamte Gehäuseraum des Schalters durch
eine Isoliertrennscheibe senkrecht zur Gehäuselängsachse in zwei Räume quer unterteilt
ist, von denen der untere nur als Schaltkammer dient. Vorteilhaft liegt die Trennscheibe
auf dem Rand des Schaltersockels auf; sie wird dann bei Befestigung der Abdeckhaube
des Schalters mit dem Sockel zwischen Abdeckhaube und Sockel eingespannt. Die Trennscheibe
ist gleichzeitig die Trägerin für dien Auslöse- und Blasmagneten, für dlie thermischen
und magnetischen Auslöseorgane und die gesamte Schaltmechanik mit Druckknopf. Alle
diese Teile befinden sich somit im oberen Raum des Schaltergehäuses. Ein weiteres
wichtiges Merkmal der Erfindung ist ferner die gegenseitige räumliche Anordnung
dieser Teile. Der Auslöse-und
Blasmagnet besteht aus zwei parallel
zur Trennscheibe gewickelten Wicklungen, zwischen denen die gewöhnlich aus einem
Kniehebelgesperre bestehende Schaltmechanik angeordnet ist. Die Magnetkerne, in
denen sich die Magnetflüsse der beiden Wicklungen summieren, sind parallel zueinander
und zur Längsachse des Schalters gerichtet, ragen mit ihren unteren Enden durch
die Trennscheibe in die Schaltkammer und sind dort zu beiden Seiten der Kontakttrennstelle
zweckmäßig durch Kragenansätze der Trennscheibe gegen das Schaltfeuer geschützt,
an letztere derart herangeführt, .daß der sie verbindende Magnetfluh die Kontakttrennstelle
als Blasfeld senkrecht durchsetzt. Die Magnetbrücke der oberen Enden der Magnetkerne
bildet der möglichst waagerecht am Schaltschloß angelenkte Auslösemagnetanker. Schaltschloß
und Magnetkerne sind zweckmäßig gemeinsam durch dieselben Befestigungsmittel an
der Trennscheibe befestigt, wobei außerdem die beiden Wicklungen durch das Schaltschloß
auf den Magnetkernen festgehalten werden. Auf diese Weise erhält man einen selbständigen
Einbauteil, der alle Schalterteile schnell zusammensetzbar enthält und sehr wenig
Raum beansprucht. Durch Verwertung einer bereits vorgeschlagenen Schaltung für die
beiden Magnetwicklungen, bei der die eine Wicklung eine größere Windungszahl erhält
und nur kurz vor jeder Abschaltung kurzzeitig voll wirksam ist, im übrigen aber
durch Hilfskontakte, die vorteilhaft von den Üherstromauslöseorganen mittelbar oder
unmittelbar selbst gebildet werden, kurzgeschlossen ist, kann die Schaltleistung
des Schalters trotz seiner kleinen Abmessungen wesentlich erhöht werden.
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In den Abbildungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
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Abb. i bis 4 zeigen in zwei Längsschnitten und Draufsichten einer
Ausführungsform die grundsätzlichen wesentlichen Merkmale der Erfindung, Abb. 5
und 6 konstruktive Möglichkeiten für die Anordnung des thermischen und elektromagnetischen
Auslöseorgans und der Hilfskontakte, Abb. 7 bis 11 und 12 bis 16 Ausführungsbeispiele
mit besonderen konstruktiven Lösungen hinsichtlich der Schaltmechanik, Abb. 17 bis
ig Beispiele für die schaltungstechnische Zuordnung von Auslöseorganen, Hilfskontakten
und Auslöse- und Blasmagneten.
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Beim Ausführungsbeispiel nach Abb. i bis 4 zeigen die Abb. i und 3
den Schalter nach der Erfindung im Ausschaltzustand in zwei senkrecht zueinander
gerichteten Längsschnitten, die A@bb.2 eine Draufsicht bei abgenommener Abdeckhaube
und die Abb. 4 eine Draufsicht vor allem auf das Schaltschloß. Zwischen dem Schalterunterteil
i und Oberteil 2 ist die Isolierscheibe 3 eingespannt, die den gesamten Schalterraum
in zwei Räume quer unterteilt. Der untere Raum 4 bildet die Funkenkammer und der
obere Raum 5 enthält alle wesentlichen übrigen Teile des Schalters, den Auslöse-und
Blasmagneten, der aus den beiden Wicklungen 6 und 7 besteht, das zwischen diesen
Wicklungen angeordnete Schaltschloß 8 mit Schaltkulisse für den Druckknopf 9, den
Magnetanker io und das thermische Auslöseorgan i i. Die beiden parallel zueinander
und zur Schalterlängsachse gerichteten Magnetkerne 12 sind durch die Trennscheibe
3 hindurch innerhalb der schützenden Kragenansätze 13 der Trennscheibe möglichst
nahe an die Kontakte 14 und die Schaltbrücke 15 herangeführt, so daß hier ein konzentrierter
Magnetfluß die Stromunterbrechungsstrecke senkrecht schneidet. Im oberen Raum wird
der sich summierende Magnetflur der beiden Wicklungen 6 und 7 durch den als Kurzschlußauslöseongan
an das Schaltschloß im wesentlichen in waagerechter Wirkungsebene angelenkten Magnetanker
i o geschlossen. Das thermische Auslöseorgan, der Bimetallstreifen i i, ist ebenfalls
in möglichst waagerechter Anordnung am Schaltschloß befestigt. Mittels der Befestigungsschrauben
16 werden die Magnetkerne 12 und das Schaltschloß 8 mit der Trennscheibe 3 fest
verbunden. Die Trennscheibe 3 ist somit Trägerin sämtlicher wichtigen Schalterteile
und vereinigt sie infolge ihrer rauansparenden gegenseitigen Anordnung zu einem
fertigen Einbauteil mit kleinen Abmessungen. Das Beispiel nach Abl. 6 und i i zeigt
z. B. ein solches Einbauelement. Dadurch werden sehr günstige Schalterabmessungen,
vor allem eine niedrige Bauhöhe, erreicht; der Funkenraum besitzt trotzdem eine
Größe, die zusammen mit seiner völligen Abtrennung von dem oberen Schalterraum die
notwendige Abschaltsicherheit gewährleistet. Die Löcher 17 an den Kragenansätzen
13 und Aussparungen 18 an den Magnetkernen 12 dienen als Expansionsöffnungen, die
ein gefahrloses Entweichen der Schaltgase aus dem Fun'kenraum ermöglichen.
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Einzelheiten der Schaltmechanik sind vor allem aus den Abb. 3 und
4 ersichtlich, wobei jedoch ausdrücklich betont wird, daß die Erfindung nicht auf
die in den einzelnen Beispielen dargestellte Schaltmechanik beschränkt ist. Es ist
ohne weiteres möglich, für den Schalter nach der Erfindung einen bekannten Schalterantrieb
zu verwenden; er muß nur die Möglichkeit einer räumlichen Unterbringung, ähnlich
den dargestellten Ausführungsbeispielen, bieten. Bei dem Beispiel nach Abb. i bis
4 besteht die Schaltmechanik aus dem Kniegelenk ig, dem Schalthebel 20, dem Sperrhebe121
und Anschlaghebel 22 und der Schaltkulisse 23 des Druckknopfes g. Gegenüber Bekanntem
unterscheidet sich diese Mechanik einmal dadurch, daß der Schalthebel 2o nach innen
bis zur Schaltermitte reicht, so ,daß der am Schalthebel angelenkte Kontaktbrückenträger
24 längs der Schalterachse bewegt wird, und ferner mit Rücksicht auf diese Stellung
des Schalthebels dadurch, daß die Schaltwelle des Kniehebelpaares ig, die in der
Ausschaltstellung in einer Schalterlängsachsenebene liegt, einen gekröpften Mittelteil
25 (Abb. 4) besitzt. Die Schaltwelle des Kniehebelpaares ig ist im Langloch der
Schaltkulisse 23 so geführt, daß sie bei Betätigung der Schaltmechanik keine Drehbewegung
auszuführen vermag. Der Anschlaghebel 22, der in der
Einschaltstellung
den Sperrhebel 21 sperrt, verläuft bei diesem Ausführungsbeispiel mit seinem von
dem :luslöseanker io betätigten Hebelarm möglichst waagerecht und mit seinem Anschlaghebelarm
möglichst senkrecht. 26 ist die Ausschaltfeder und 27 die Rückholfeder für die Schaltmechanik.
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Ein wichtiges Merkmal der Erfindung ist die Zusammenfassung der Schaltmechanikteile
in einem U-förmigen Rahmen 28, der mit seinen in Ausnehmungen der Trennscheibe 3
ruhenden Befestigungslappen 29 gleichzeitig mit den Magnetkernen 12 mit der Trennscheibe
fest verbunden ist und mit Ansätzen an seinen oberen Rändern die Magnetwicklungen
auf den Magnetkernen festhält. Die Schaltkulisse 23 des Druckknopfes ist in AusnehmUngen
30 des Schaltmechanikrahmens geführt. An Stelle eines U-förmigen Rahmens
können auch zwei Platinen verwendet werden, zwischen denen die Schaltmerhanikteile
dann ruhen.
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Die beiden Magnetwicklungen 6, 7 können in einfacher Hintereinanderschaltung
gleichen Leiterd'urchmesser besitzen, insbesondere wenn der Schalter als reiner
Wechselstromschalter Verwendung findet. I.s ist jedoch möglich, für die eine \Vicklung
einen dünneren Leiter und eine dementsprechend größere Windungszahl zu wählen, wenn
gleichzeitig Hilfskontakte vorgesehen sind, :die diese Wicklung im Normalbetrieb
überbrücken. Diese Cberbriickung wird bei jeder Schalterauslösuiig kurz vor der
Stromunterbrechung kurzzeitig aufgehoben. In dein Ausführungsbeispiel nach A1>1>.
i bis 4 besitzt die Wicklung 7, wie gezeichnet, die vergrößerte Windungszahl. Die
Hilfskontakte 31, 32 hetinden sich am Bimetallstreifen i i, wobei
der Kontakt 32 gegen den 13iinetallstreifen isoliert ist. Die besellriebene Überbrückung
der Wicklung 7 erfolgt in Verbindung init den beiden Hilfskontakten durch die am
Magnetanker angebrachte Kontaktbrücke 33.
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Die Schaltung und Wirkungsweise dieser Anordnung ist besonders aus
dem Schaltbild Abb. 17 erkennbar. Wird der Magnetanker io mit seiner Kontaktbrücke
33 hei Kurzschluß angezogen, so werden die Hilfskontakte 3r, 33 sofort unterbrochen,
und die Wicklung 7 mit ihrer höhen Windungszahl wird voll wirksam, wobei sie zunächst
die Bewegung des Magnetankers beschleunigt und seine Auslösekraft verstärkt und
dann im Augenblick der Stromunterbrechung bei Trennung der Kontakte 14, 15 zusammen
mit Magnetwicklung 6 als Blasmagnet voll arbeitet. Bei thermischer Überstromauslösung
biegt sich der Bimetallstreifen i i nach oben durch. Wenn der Magnetanker dieser
Bewegung nicht mehr folgen kann, indem er vom Handauslöser 34 oder von der Verstellschraube
35 (Abb. 2) für die Regulierung der thermischen Auslösung gehemmt wird, wird die
Überbrückung der Wicklung 7 aufgehoben und letztere für Auslösung und magnetische
Beblasung voll wirksam. Dies ist auch bei Handauslösung der Fall, da der Handauslöser
34 den Magnetanker io wie bei einer Kurzschlußauslösung bewegt. 1\lit einer solchen
Wicklung und Schaltung erhält der Kleinselbstschalter nach der Erfindung trotz seiner
kleinen Abmessungen eine hohe Schaltleistung und eine verbesserte Abschaltsicherheit
auch bei Nennstrom und kleinen Überströmen.
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Die Konstruktion und Schaltung nach Abb.5 ergibt eine besonders geringe
Bauhöhe des Schalters. Dies wird durch die aus der Abbildung ersichtliche Form der
Hilfskontakte 31, 32 und des Bimetallstreifens i i und ihre Befestigung am Schaltmechanikrahmen
bzw. an der Trennscheibe 3 erreicht. Der Magnetanker ist Träger der Kontakt-Brücke
33 für die Hilfskontakte. Der Bimetallstreifen i i vermag andererseits bei Überstrom
und der dann erfolgenden Ausbiegung seines Endes nach links mittels seiner Stellschraube
35, durch die die Ansprechcharakteristik bei Überstrom eingestellt werden kann,
über den Ansatz 36 des Magnetankers diesen Magnetanker so zu bewegen, daß dadurch
auch eine mechanisch bewirkte Auslösung des Schalters erfolgt, falls der Magnetanker
im Augenblick der Trennung der Hilfskontakte 31, 32 trotz der voll wirksamen Spulen
6, 7 nicht angezogen «-erden würde. Durch die Anordnung wird somit der Vorteil erreicht,
daß ein Versagen des Schalters vermieden wird, auch wenn die an sich bei allen Überströmen
vorgesehene, elektromagnetische Auslösung bei kleineren Überströmen einmal nicht
ansprechen sollte. Die Abb. 18 ist das Schaltbild dieser Anordnung. Die Schaltung
entspricht sinngemäß Abb. 17; nur sind bei Abb. 18 die Hilfskontakte nicht auf dem
Bimetallstreifen, sondern ortsfest angebracht, und außerdem kann, wie schon dargelegt,
der Bimetallstreifen auch mechanisch direkt auf :den Magnetanker io einwirken. Die
Kontaktbrücke 33 des Magnetankers kann waagebalkenähnlich am Magnetanker befestigt
sein, damit die Sicherheit der Kontaktbildung zwischen Brücke 33 und Hilfskontakten
31, 32 erhöht wird.
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In Abb. 6 ist nur das Einbauelement einer Ausführungsform dargestellt.
Zum Unterschied von Abb.5 ist hier die Kontaktbrücke nicht am Magnetanker angebracht,
sondern am Anschlaghebe122, und zwar so, daß :die Trennung der Kontaktbrücke von
den Hilfskontakten 31, 32, die in diesem Fall an der Trennscheibe 3 befestigt sind,
stets vor der Entklinkung des Sperrhebels 21 erfolgt. Dadurch ist auch bei diesem
Beispiel die volle Zuschaltung der Spule 7 kurz vor der Abschaltung sichergestellt.
Raumsparend, vor allem in der Höhe, wirkt bei dieser Konstruktion die Hindurchführung
des waagerechten Hebelarms des Anschlaghebels 22 durch die mittlere Öffnung im Magnetanker
und d'ie waagerechte Anordnung des Bimetallstreifens i i. Durch die Mitnahme des
Anschlaghebels 22 durch den Magnetanker bei Kurzschluß und durch die Einwirkung
der Stellschraube 35 des Bimetalls i i auf den Anschlaghebel wird schaltungstechnisch
die gleiche Wirkung erzielt, wie sie bei Abb. 5 besteht.
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Das Ausführungsbeispiel nach Abb. 7 bis 10 ist vor allem dadurch gekennzeichnet,
daß die Schaltwelle des Kniehebelpaares ig, wie in Abb. 7 gestrichelt gezeichnet,
in der' Ausschaltstellung aus
der Druckknopfmitte des Schalters
heraus seitlich verlagert ist, daB ferner der ganze Sperrhebel 21 im wesentlichen
senkrecht und der ganze Anschlaghebel 22 waagerecht verläuft. Die Abb. 7 zeigt diesen
Schalter in der Einschaltstellung, Abb.8 eine Selbstausschaltung bei festgehaltenem
Druckknopf, Abb.9 eine Draufsicht bei abgenommenem Schalteroberteil lind Abb. io
eine Draufsicht vor allem auf die Schaltmechanik. Soweit die Bezugszeichen mit den
vorausbeschriebenen Beispielen übereinstimmen, bezeichnen sie die gleichen Teile
wie dort. Diese Ausführung ermöglicht eine bessere Raumausnutzung für die Schaltmechanik,
indem die Einzelglieder größer gewählt werden können, ohne den Gesamtraumbedarf
zu vergrößern. Ferner ist hier die Kröpfung der Kniehebelschaltwelle nicht notwendig,
wie aus der Abb. io erkennbar ist. Der Anschlaghebel 22 ist wie in Abb.6 durch die
Mittenöffnung des Magnetankers io hindurchgeführt. Auf seinen Ansatz 38 wirkt der
Bimetallstreifen i i ein, und sein Ansatz 37 ermöglicht seine Rückholung aus der
Ansprechlage (Abb. 8) in die Normallage durch den Magnetanker bzw. dessen Rückholfedern
39 (Abb. 9).
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Eine weitere wesentliche Vereinfachung dieser Ausführung wird erzielt,
wenn der Magnetanker gleichzeitig -die Funktionen des Anschlaghebels übernimmt.
Die Abb. i i zeigt das Einbauelement dieser vereinfachten Konstruktion. Der Magnetanker
io erhält einen nach links gerichteten Ansatz als Anschlag für den Sperrhebel und
einen senkrechten Hebelansatz, auf den der Bimetallstreifen i i einwirkt. Am Ende
des Magnetankers befindet sich wieder die Kontaktbrücke 33 für die Hilfskontakte
31, 32. Ein besonderer Anschlaghebel erübrigt sich somit bei dieser Konstruktion.
Die Wirkungsweise ist jedoch, wie die Abbildung ohne weiteres erkennen läßt, die
gleiche wie bei den Ausführungsbeispielen Abb. 5 bis io.
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Auch das Ausführungsbeispiel nach Abb.12 bis 16 besitzt einen Magnetanker
io, der gleichzeitig Anschlaghebel ist und ferner Hilfskontakte 31, 32, jedoch keine
Kontaktbrücke, da die beiden Hilfskontakte unmittelbar betätigt werden. Ihre Schließung
und, Unterbrechung erfolgt durch die Schaltmechanik vor allem mit dem Bestreben,
ihren Kontaktdruck möglichst stark zu machen. Abb. 12 zeigt den Schalter in der
Ausschaltstellung und Abb. 13 in der Einschaltstellung, Abb. 14 und 15 sind zwei
Draufsichten. Es ist vor allem aus den Abb. 13 und 15 erkennbar, wie beim Einschalten
das Ende des rechten Kniehebels i9 den drehbeweglich gelagerten Schalthebel 4o des
Hilfskontaktes 32 nach rechts bewegt, so daß sich im Einschaltzustand (Abb. 13)
die beiden Kontakte 31, 32 fest berühren. Der Kontakt 3i ist hierbei mit dem Bimetallstreifen
i i verbunden. Um auch bei dieser Anordnung, bei der nicht der Magnetanker, sondern
Schaltmechanikteile die Schließung und Trennung der Hilfskontakte bewirken, die
notwendige zeitliche Aufeinanderfolge der Hilfskontakttrennung kurz vor der Trennung
der Schalterkontakte zu gewährleisten, ohne den Abschaltvorgang merklich zu verzögern,
ist für den Schalthebel 20 eine besondere, elastisch leicht verschiebbare Verbindung
mit seinem Antrieb, dem Kniehebelende, vorgesehen. Diese Verbindung besteht aus
der 'Feder 42 und der Langlochführ,ung 43, wobei die Feder auch im Ausschaltzustand
(Abb. 12) eine Vorspannung , besitzt. Beim Einschalten wird die Langlochführung
43 erst dann in das rechte Ende des Langloches bewegt, wenn der senkrechte Kontaktträger
auf den Kontakten im Schaltersockel aufliegt und das Kniegelenk der Schaltmechanik
vollständig bis zur Einschaltsperrlage durchgedrückt wird (Abb. 13). Hierbei wird
die Feder 42 über ihre konstante Vorspannung hinaus weiter gespannt und der Hilfskontakthebel
40 weiter nach rechts in seine Endlage bewegt. Dies hat zur Folge, daß der zunächst
durch die Federvorspannung bestimmte Anfangskontaktdruck der Schalterkontakte weiter
erhöht wird und auch die Kontaktenden der Hilfskontakte 31, 32 fest aufeinandergepreßt
werden. Beim Ausschalten bewegt sich die Welle des Kniehebelendes im Langloch 43
nach links; unter Wirkung der Feder 41 (Abb. 14) folgt der Hebel 40 sofort dieser
Bewegung, und die Hilfskontakte 3i, 32 trennen sich. Dann erfolgt mit dem Anschlag
der Kniehebelwelle am linken Ende des Langloches 43 die Mitnahme des Schalthebels
20 und damit die Trennung der Schalterkontakte. Da die Feder 42 eine Federung der
Schalterkontakte selbst entbehrlich macht und andererseits das Langloch 43 sehr
kurz ausgeführt sein kann, tritt trotz der Maßnahme, daß durch die Schaltmechanik
die Hilfskontakte 31, 32 und kurz darauf erst die Schalterkontaktt, getrennt werden,
keine Absohaltverzögerung ein.
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Die Abb. 16 zeigt in schematischer Darstellung dieses Ausführungsbeispiel
der Erfindung und seine Schaltung. Bei Kurzschluß wird der Magnetanker io im wesentlichen
von der Wicklung 6 des Auslöse- und Blas@magneten angezogen und entklinkt die Schaltmechanik,
durch die, wie oben beschrieben, unter der Einwirkung der Feder 41 sofort die Hilfskontakte
31, 32 getrennt werden. Die Überbrückung der Wicklung 7 ist aufgehoben, und kurz
vor der Trennung der Schalterkontakte sind somit die beiden Wicklungen 6 und 7 in
Serienschaltung voll wirksam. Die gleiche Wirkung tritt ein, wenn bei Handabschaltung
durch den Handauslöser der Magnetanker io nach unten gedrückt wird. Bei Überstromauslösung
wird durch den Ausschlag des Bimetalls der Hilfskontakt 31 nach unten bewegt, der
damit .die Trennung der Hilfskontakte verursacht. Infolge der dadurch verstärkten
Auslösekraft der Wicklungen 6, 7 wird der Anker io angezogen und die Abschaltung
bewirkt. Sollte einmal der 'Fall eintreten, daß diese Art der thermischen Auslösung
nicht zur Wirkung kommt, dann biegt sich der Bimetallstreifen i i weiter durch,
und der Hilfskontakt 31 drückt den Magnetanker io nach unten und bewirkt dann auf
diese Weise die Auslösung bei voll wirksamen Wicklungen 6 und 7. Beim Einschalten
werden durch das bewegliche Kniehebelende, in der
Abt). 16 nur durch
den Pfeil 46 angedeutet, die Hilfskontakte 31, 32 fest geschlossen. Für die thermische
Auslösung ist bei dieser Konstruktion (Abt). 12 bis 16) noch eine Feineinstellung
vorgesehen. Sie ist dadurch möglich, daß mittels der verschiebbaren Stellschraube
44 auf der Kontaktleiste 45 eine einstellbare Überbrückung des Bimetallquerbalkens
erfolgen kann.
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Die Abt). i9 zeigt eine Schaltung, bei der die Hilfskontakte 3i, 32
an den Überstromauslöseorganen io, i i angebracht sind und ihre Stromzuführung eine
Stromschleife (durch die Pfeile gekennzeichnet) bildet, deren elektrodynamische
Wirkung bei Überstromauslösungen die Auslösekraft des Magnetankers io erhöht.