AT158774B - Auslösegerät zum synchronen Abschalten eines Leistungsschalters. - Google Patents

Description

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 Lichtbogenlöschung günstigste Entfernung voneinander haben. Es ist deswegen eine Reihe von Einrichtungen an Schaltern bekanntgeworden, mit deren Hilfe der Ausschaltvorgang synchron mit dem Verlauf des abzuschaltenden Stromes gesteuert werden sollte. Bei den bekannten Einrichtungen dieser Art wird jedoch nicht der zu unterbrechende Strom selbst   unmittelbar   zur Steuerung benutzt, sondern statt dessen ein synchron schwingendes bzw. umlaufendes mechanisches System, das erst seinerseits wiederum durch den zu unterbrechenden Strom in Bewegung gesetzt oder gehalten wird, oder sogar nicht einmal durch den Strom, sondern durch die treibende Spannung. Es ist klar, dass durch die Einfügung eines mechanischen Systems in den Steuerungsverlauf Abweichungen vom normalen Strom- 
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 des Stromes verbunden sind.

   Gerade dies tritt aber gewöhnlich als Begleiterscheinung der als Auslöseursache wirkenden   Überströme   oder   Kurzsehlussströme   ein, indem sich nämlich eine Gleichstromkomponente dem normalen Stromverlauf überlagert. Daher würden die erwähnten   Auslösevorrichtungen   gerade in denjenigen Fällen, für die sie hauptsächlich bestimmt sind, die Gefahr von Fehlschaltungen in sich bergen. Aus dem gleichen Grunde ist es auch dann, wenn die   Auslösung   durch den Stromverlauf selbst unmittelbar gesteuert wird, nicht für alle Fälle ausreichend, die Auslösung jeweils in dem ersten auf die   Auslöseursache   folgenden Nulldurchgang des Stromes beginnen zu lassen.

   Die Trägheit der Unterbrechungseinrichtung erfordert nämlich eine bestimmte Eigenzeit vom Beginn des Auslösevorganges bis zu dem Zeitpunkt, in welchem der für die Liehtbogenlöschung günstigste Abstand der Kontakte voneinander erreicht ist. Es   muss   nun dafür gesorgt sein, dass auch am Ende dieser Zeit der Strom gerade wieder durch Null geht, damit   die gewünschte Erleichterung   der Liehtbogenlöschung erzielt wird.

   Zu diesem Zweck ist es üblich, die Eigenzeit des Schalters derart zu bemessen, dass die Zeit vom Ansprechen des   Auslösegerätes   bis zu dem Augenblick, in welchem die   Schaltstücke   den für 
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 Kontakte mit einem Nulldurchgang des Stromes zusammenfällt, ist   erfindungsgemäss   das Auslösegerät so ausgebildet, dass es bei durch Überstrom verursachter selbsttätiger Auslösung auf einen der   Auslöseursache   folgenden vorbestimmten   Nulldurehgang   des abzuschaltenden Überstromes anspricht und den Schalter zur   Stromunterbrechung   in einem der folgenden Nulldurchgänge freigibt.

   Dadurch ist es möglich, bei Verwendung normaler Leistungsschalter mit normalem Antrieb in jedem einzelnen Fall je nach den am Aufstellungsort herrschenden Bedingungen entweder eine praktisch sofortige Auslösung herbeizuführen, wie sie häufig   erwünscht   ist, oder die Auslösung um die Zeit einer oder mehrerer Halbwellen zu verzögern, je nachdem ob und bis zu welcher Zeitdauer der Auslösevorgang von einem die   Regelmässigkeit   des Eintritts der Nulldurchgänge störenden Vorgang begleitet sein kann oder nicht. 



   Einem etwa auftretenden Gleichstromglied kann nach der weiteren Erfindung beispielsweise 
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 schluss auftretenden   Gleichstromgliedes   derart   abgestimmt   ist, dass das   Auslösegerät ent dann   bei   Stromnulldurchgang   anspricht, nachdem das Gleichstromglied z. B. bis auf etwa die Hälfte des Maximums des gleichzeitig auftretenden symmetrischen Wechselstromgliedes oder weniger abgeklungen ist. Der zeitliche Abstand der darauffolgenden Strommulldurchgänge voneinander ist dann nur noch 
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   Ablauf des Schaltvorganges nicht merklich beeinträchtigt   wird.

   Das gleiche ist der Fall, wenn die Zeitkonstante des gleichstromgliedes ungewöhnlich gross ist, derart, dass der zeitliche Abstand jedes zweiten Stromnulldurchganges vom vorvorhegehenden von der Zeit einer Periode nur unwesentlich abweicht. Wenn dann die eigenzeit vom Ansprucchen des Anslösegeerätes bis zur Erreichung des   günstigsten     Löschab, tandes   gerade gleich der   Z ? it einer   oder mehrerer voller Perioden   i-t, so kann   die Sperrzeit sehr klein bemessen sein. 



   Man kann nach der weiteren Erfindung in besonders schwierigen Fällen ein Steuergerät vorsehen, mit dessen Hilfe der Stosskurzschlussstrom in seine beiden Komponenten, Gleichstromglied und symmetrisches   Weehselstromglied, zerlegt und   das   Auslosegerät   in Abhängigkeeit von dem Verhältnis dieser beiden Stromglieder gesperrt bzw. freigegeben wird. In den meisten Fällen genügt es aber, die   Sperrung unabhängig vom Strom durch   ein Zeitwerk oder mit Hilfe der Trägheit der mit besonders   abgeglichener Masse   versehenen bewegten Teile des   Auslösegerätes   zu bewirken. Die Sperrzeit ist dann konstant.

   Bemisst man sie etwa gleich einem Drittel bis zu einem Halben der Zeit einer Halbwelle des zu unterbrechenden Stromes, so werden damit auch die   ungünstigsten Verhältnisse bezüglich   der Grösse der Zeitkonstanten und des Augenblick, in welchem der   Kurzschluss   eintritt, gemeistert. 



   Das soll im folgenden an einem Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert werden, das in der Zeichnung dargestellt ist. Die einzelnen Figuren geben dabei verschiedene   Ausführungsformen   des   Auslösegerätes   an, der   Hauptsehalter   ist jeweils schematisch angedeutet. Gleiche Teile sind in sämtlichen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen. 



   In Fig. 1 bezeichnet 11 die Netzleitung mit dem Hauptschalter 12 und einem Anslösestromwandler 13. Dessen Sekundärwicklung 14 speist die Erregerwicklung eines Wechselstrommagneten 16. Ihm gegenüber ist in einigem Abstand ein   Gleichstrommagnet   18 angeordnet, der über   Hilfskontakte 29   
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 und von ihnen beiden gemein'am beeinflusst wird. Während die   Hilfskontakte 19 von   der Kontaktbrücke   25   aus gesehen auf der dem Wechselstrommagneten zugekehrten Seite angeordnet sind, befinden 
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Dar Anker 21 wird durch eine als Blattfeder   ausgebildete Mittelstellungsfeder   22 in einer   mittleren   Stellung zwischen den beiden Magneten, so lange beide unerregt sind, gehalten. 



   Tritt ein überstrom oder ein Kurzschluss auf, so wird der   Wechselstrommagnet 26 erregt und   
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 zugleich die   Hilfskontakte 24 überbrückt   werden. Damit spricht also das   Auslösegerät   an und gibt den Auslösebefehl an die Auslösespule 23, welche die Auslösung des Schalterantriebes in bekannter Weise verursacht. Der Schalterantrieb führt den Auslösebefehl so aus, dass die   Trennung   der Hauptkontakte kurz vor dem nächsten bzw. einem der   nächsten     Stromnulldurchgänge beginnt und bis   zum Stromnulldurchgang gerade so weit fortschreitet, dass im Strommulldurehgang dei für   die Lichthogenlöschung     günstigste Trennstrecke vorhanden ist.   



   Mit der   Abziehung   des Ankers 21 von der Seite des wechselstrommagneten 16 wird zwar gleich- 
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 Anker 21 wegen der magnetischen Trägheit des   Gleiehstrommagneten   18 seine Bewegung zu diesem hin bis zur Überbrückung der Hilfskontakte 24, löst sich dann aber gleich nach kurzzeitiger Abgabe des Anslösebefehls wieder, um nach der Beendigung des Abschaltvorganges seine Mittellage wieder einzunehmen. 



   Der Abstand des Ankers 22 von jedem der beiden Magnete in der Ruhestellung braucht nicht gleich gross zu sein, sondern ist nachträglich nach Wunsch einzustellen. Die in der   Zeichnung als   fest dargestellte Einspannstelle der Feder 22 ist zu diesem Zweck verstellbar zu machen. Zur Verhinderung störender mechanischer Schwingungen des Ankers 21 vor und nach dem Ansprechen ist eine zusätzliche Federeinrichtung vorgesehen, die aus einer zweiten Blattfeder 27 besteht, mittels deren die resultierende Federkennlinie bei Ausschlag des Ankers nach der Seite des Wechselstrommagneten hin beeinflusst wird. Nach der andern Seite hin ist die Zusatzfeder 27 durch einen Anschlag 28 abgefangen. Ihre 

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 für den Auslösevorgang die Hauptbedeutung zu.

   Im Augenblick dieses Stromnulldurchganges spricht der gemeinsame Anker 21 an, springt zum   GIeichstrommagneten jM hinüber und   gibt damit durch   Kontaktschluss   bei 24 den Auslösebefehl an die Spule 23. Er braucht dazu wegen seiner geringen Masse nur wenig mehr als 1 Millisekunde. Nun setzt sich der   Sehalterantrieb   in Bewegung, damit fängt auch der bewegliche Kontakt an, sich zu bewegen. Er gleitet zunächst noch innerhalb des festen Kontaktes, so dass die leitende Berührung noch andauert, ein Lichtbogen somit noch nicht entsteht. 40 bis 50 Millisekunden vergehen, bis die Berührung der Kontakte aufhört.

   Der erste auf das Ansprechen des Ankers 21 folgende Stromnulldurchgang ist inzwischen vorüber, der Lichtbogen wird gezogen, während sich die Kurve des zu unterbrechenden Stromes in der Nähe ihres Maximalwertes befindet. Die Hauptkontakte entfernen sich voneinander und befinden sich in dem Augenblick, wo der Strom wieder durch Null geht, gerade im günstigsten Abstand, so dass der Lichtbogen erlischt. 60 Millisekunden sind in diesem Augenblick seit dem Ansprechen des Ankers 21 vergangen ; das ist gerade etwa die normale Eigenzeit eines Hochleistungsschalters üblicher Bauart, gerechnet von der Abgabe des Auslösebefehls bis zum Erreichen der günstigsten Löschentfernung. Infolge der weiteren Trennbewegung der Kontakte ist dann ein Wiederzünden des Lichtbogens unter dem Einfluss der wieder ansteigenden Spannung nicht möglich. 



   Die Leistungsfähigkeit eines normalen in ein Bahnnetz eingebauten Hochleistungsschalters wird mit Hilfe der Erfindung bis auf etwa das   20. face   gesteigert, wobei   natürlich   der Umstand, dass nur einphasige Unterbrechung erforderlich ist, die Wirkung begünstigt. 



   Die Zeitspanne vom Ansprechen des Auslösegerätes bis zum endgültigen Abschalten des Leistungsschalters ist bei einer solchen Schalteinrichtung äusserst gering. Wollte man einen selektiven Leitungschutz für eine mit derartigen Schaltern ausgerüstete elektrische Anlage ausbilden, so wären hiefür die bisher gebräuchlichen Zeitrelais nicht verwendbar. Ihre Brauchbarkeit für den vorliegenden Zweck ist deswegen in Frage gestellt, weil ihre Ansprechzeit im allgemeinen viel zu hoch liegt. Selbst bei   i Einstellung   der kürzesten Ansprechzeit wäre nicht die hier benötigte Zeitgrenze zu erreichen.

   Um
Leistungsschalter der beschriebenen Art für den selektiven   Leitungsschutz   anwenden zu können, muss deren Zeitverzögerung mit Hilfe von Steuerorganen bewirkt werden, deren Zeitkonstante in der Grössen- 
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Zur Lösung der Aufgabe unter Vermeidung der vorerwähnten Nachteile wird   erfindungsgemäss   ) der Weehselstromleistungsschalter zum Zweck selektiven Abschaltens mit mehreren   Auslosegeräten   ausgerüstet, deren vom zu unterbrechenden Strom beeinflusste Wechselstromerregung auf die bei jedem Gerät vorgesehene Gleichstromerregung einwirkt, wobei sich diese Gleichstromerregungen selbst derart gegenseitig steuern, dass die Auslösegeräte zeitlich fortschreitend nacheinander ansprechen. 



   Diese weitere Ausbildung der Erfindung soll an Hand eines in Fig. 4 der Zeichnung dargestellten 
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 angeordneten Erregerwicklungen der Geräte   I   und   11.   Den   Wechselstrommagneten gegenüber ist   in einem gewissen Abstand je ein Gleichstrommagnet 18 bzw. 180 angeordnet. Die   Gleichstrommagnete   18, 180 werden zweckmässigerweise noch mit je einer Dämpferwicklung 26,260 versehen. An den Ankern 21, 210 der Auslösegeräte sind die   Kontaktbrücken   25,   250   befestigt. In der Ruhelage liegen die Anker 21 
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 bestimmt werden. 



   Bei Eintreten von Überstrom oder von Kurzschluss werden die Wechselstrommagnete 16 und 160 erregt und ziehen die ihnen zugeordneten Anker an. Die   Kontaktbrücke   25 des   Auslosegerätes   I bewegt sich auf die Polschuhe des   Wechselstrommagneten   16 zu und schliesst die Kontakte 19. Dadurch erhält 
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 vorgesehenen Batterie 20 Strom. Der Anker 21 des   Auslosegerätes     I   wird bis zum Stromnulldurchgang vom Wechselstrommagneten gehalten. Bei Stromnulldurchgang wird die Kraft des Gleichstrommagneten 18 überwiegen und die Kontaktbrücke 25 anziehen, wodurch die Kontakte 24   überbrückt   werden.

   Die Gleiehstromwicklung des Auslösegerätes   11   war bis jetzt nicht erregt, weil, obwohl der Anker 210 dieses Gerätes nach wie vor vom   Wechselstrommagneten   nach oben gehalten wird und somit auch die Kontakte 190   überbrückt   sind, der Stromkreis für die   Gleiehstromwicklung   des   Magneten 180   erst durch die Schliessung der Kontakte 24 hergestellt wird. Der Wechselstrommagnet   160   wird den Anker 210 noch bis zum nächsten Stromnulldurchgang halten, muss ihn aber dann infolge der überwiegenden Kraft des Gleichstrommagneten fallen lassen, so dass die   Kontaktbrücke   250 die Kontakte 240 
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   Es ist ohneweiters ersichtlich, dass die Zeit bis zur Einleitung des Ausschaltvorganges durch die Zahl der verwendeten   Auslösegeräte   beliebig vergrössert werden kann, u. zw. bei Anwendung von zwei Geräten auf das Doppelte bzw. bei drei Geräten auf das Dreifache usw. Durch die Anordnung einer 

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 bestimmten Anzahl von   Auslösegeräten   lässt sich also die Ansprechzeit eines Schalters genau festlegen, und man kann diese je nach der Lage des Schalters innerhalb der elektrischen Anlage bemessen, um dadurch einen selektiven Leitungsschutz zu erwirken. 



   Die Erfindung bietet in der hier beschriebenen Art insofern einen besonderen Vorteil, als bei ihr Schalter der gleichen Bauart Anwendung finden können, deren Ansprechzeit durch die mehrfache
Anordnung der gleichen Auslösegeräte beliebig geändert werden kann. Die gleiche Wirkung wie bei dem hier gewählten Beispiel lässt sich   selbstverständlich   auch bei Anwendung anderer eingangs dar- gestellter Auslösegeräte erzielen. 



   Eine weitere Erfindung besteht nun darin, dass die Länge der Sperrzeit gleich der Dauer einer ganzen Zahl von Halbwellen gemacht wird. Dadurch wird der Vorteil erzielt, dass die Abweichung der Zeit zwischen zwei gleichsinnigen Nulldurchgängen des Stromes von der normalen Periodendauer besonders klein ist. Es ist nämlich rechnerisch nachweisbar, dass diese Abweichung jedesmal am Ende der Dauer einer bzw. mehrerer Halbwellen nach Eintritt des Kurzschlusses einen Kleinstwert annimmt. 



   Wenn ein Stromkreis, der Induktivität enthält, eingeschaltet wird, so tritt in allen Fällen, in denen die Einschaltung nicht in dem Augenblick erfolgt, in dem der stationäre Strom Null wäre, 
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 das Synchronrelais gesteuerten Schalters besonders klein wird. 



   Zwecks Einstellung der   gewünschten   Sperrzeit wird am beweglichen Teil des Auslösegerätes eine zusätzliche Masse angebracht, die gegenüber dem Bewegungsmittelpunkt verstellbar ist, so dass die mechanische Trägheit verschieden gross eingestellt werden kann. Statt dessen kann nach der weiteren Erfindung ein besonderes Hilfszeitrelais vorgesehen sein, durch welches die Verzögerung in der Weitergabe des Befehls hervorgerufen wird, und dessen Ablaufzeit einstellbar ist. 



   PATENT-ANSPRÜCHE :
1.   Auslösegerät   zum synchronen Abschalten eines Leistungsschalters grosser Stromstärke, der so gesteuert ist, dass die   Schaltstüeke im Augenblick   des Stromnulldurchganges den für die Lichtbogenlöschung günstigsten Abstand voneinander erreicht haben, insbesondere für Schalter in Bahnnetzen mit Einphasenwechselstrom von   162/3 Perioden   in der Sekunde, dadurch gekennzeichnet, dass das   Auslösegerät   derart ausgebildet ist, dass es bei durch Überstrom verursachter selbsttätiger Auslösung auf einen der   Auslöseursache   folgenden vorbestimmten Nulldurchgang des abzuschaltenden Überstromes anspricht und den Schalter zur Stromunterbrechung in einem der folgenden   Nulldurchgänge   freigibt.

Claims (1)

1. 2. Auslösegerät für Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es mit einer Sperrvorrichtung (26, Fig. 1 ; 17, Fig. 2) versehen ist, deren selbsttätig begrenzte Sperrzeit gegenüber der Zeitkonstanten für das Abklingen des bei Kurzschluss auftretenden Gleichstromgliedes derart abgestimmt ist, dass das Auslösegerät erst dann bei Stromnulldurchgang anspricht, nachdem das Gleichstromglied bis auf einen die regelmässige Folge von Stromnulldurchgängen nicht störenden Wert abgeklungen ist.

   3. Auslösegerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass seine Sperrvorrichtung (26, 17) selbsttätig in Abhängigkeit von dem Verhältnis der beiden Komponenten des Stosskurzschlussstromes (Gleichstromkomponente und Wechselstromkomponente) gesteuert ist.

   4. Auslösegerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass seine Sperrzeit ein Drittel bis ein Halbes der Zeit einer Halbwelle des zu unterbrechenden Stromes beträgt. <Desc/Clms Page number 6> EMI6.1

   7. Auslösegerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der gemeinsame Anker (21) eine Mittelstellungsfeder (11) besitzt, deren Federkennlinie bei Ausschlag nach der Seite des Weehselstrommagneten mittels einer verstellbaren zusätzlichen Federeinrichtung (27, 29) willkürlich ver- änderbar ist.

   8. Auslosegerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzfeder (27) nach der EMI6.2 gefangen ist.

   9. Auslösegerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des Eisenrücksehlusses des Wechselstrommagneten (16) als zweiter beweglicher Anker (17, Fig. 9) ausgebildet ist und den Erregerkreis des GIeiehstrommagneten steuert. EMI6.3 strommagneten (18) durch ein besonderes, von dem zu unterbrechenden Wechselstrom erregtes Hilfsrelais (. 32, Fig. 3) gesteuert ist.

   11. Auslösegerät nach den Ansprüchen 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichstrom- magnet (18) mit einer Dämpferwicklung (26, Fig. 1) versehen ist, die den Anstieg der Erregung verzögert.

   12. Auslosegerät nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass der mit Gleichstrom erregte Magnet (18) durch einen Dauermagneten ersetzt ist, dessen Einwirkung auf den Auslöseanker (21) beim Auftreten einer Auslöseursache zunächst verhindert ist und durch einen von dem zu unterbrechenden Strom beeinflussten Teil mit Verzögerung freigegeben wird.

   13. auslösegerät nach Anspruch 12 dadruch gekennzeichnet, dass ein Teil des Eisenrückschlusses des Wechselstrommagneten als zweiter beweglicher Anker ausgebildet ist und die Stellung des Dauermagneten gegenüber dem Auslöseanker steuert.

   14. Auslösegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mit Gleichstrom erregte Magnet durch einen Kraftspeieher, z. B. eine Feder, ersetzt ist, der auf den Anker des Wechselstrommagneten in entgegengesetzter Richtung wirkt und mittels eines beweglichen Teiles des eisenkreises des Wechselstrommagneten aufgezogen wird.

   15. Anordnung mehrerer Auslösegeräte nach den Ansprüchen 1 und 5 in Verbindung mit einem Leistungsschalter, dadurch gekennzeichnet, dass zum selektiven Abschalten die vom zu unterbrechenden Strom beeinflussten Wechselstromerregungen der verschiedenen Auslosegeräte auf die bei jedem Auslösegerät zusätzlich vorgesehene Gleichstromerregung einwirken, wobei sich jedoch diese Gleichstrom- erregungen selbst derart gegenseitig steuern, dass die Auslösegeräte in wählbaren Zeitabständen nacheinander ansprechen.

   16. Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die wirksame Wechselstromerregung des ersten Auslösebefehlsgerätes beim Anziehen seines Ankers (21) die Kontakte (19) und damit den Stromkreis für seine Gleichstromerregung nur bis zum Stromnulldurchgang geschlossen hält und dass der alsdann abgezogene Anker (21) Kontakte (24) schliesst, die als Impulsgeber für EMI6.4 Sinne als Steuerorgan auf weitere Auslösegeräte einwirken kann.

   17. Anordnung nach den Ansprüchen 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Ank''r (210) des letzten der dem Leistungsschalter (12) augeordnten Auslösegeräte bei Stromnulldurchgang Kon- takte (240) schliesst, die als Impulsgeber für die Gleichstromerregung der Auslösespule (2. 3) des Leistungschalters (12) dienen.

   18. Auslösegerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass seine Sperrzeit gleich der Dauer einer ganzen Zahl von Halbwellen des abzuschaltenden Stromes ist.

   19. Auslösegerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung der Sperrzeit eine zusätzliche Masse am beweglichen Teil des Auslösegerätes verstellbar angebracht ist.

   20. Auslösegerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung der Sperrzeit ein Hilfszeitrelais vorgesehen ist.