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Die
Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Auslösen eines elektrischen Schaltgeräts nach
dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Derartige
Auslöseeinrichtungen
werden in Leistungsschaltern oder Schutzschalter für Motoren, Leitungen,
Generatoren und/oder Transformatoren verwendet. Sie weisen dabei
Hauptschalter- und Trennereigenschaften
mit einer hohen Auslösegenauigkeit
auf, wobei die Begrenzung der Überlast- und
Kurzschluss-Ströme
einstellbar ist. Dies kann stromabhängig oder auch kurzzeitverzögert erfolgen. Ein
elektromagnetische Schnellauslöser
(Kurzschlussauslöser)
schaltet unverzögert,
sobald merklich höhere
Ströme
als die vorgegebenen Grenzströme
auftreten.
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Einstellbare
Verzögerungszeiten
von Kurzschlussauslösern
liegen typischerweise im Bereich von 0 bis 100 msec. Die Einsatzgebiete
bekannter Leistungsschalter umfassen dabei Stromstärken bis zu
einigen 1000 A, wobei Hochleistungsschalter auch große Kurzschluss-Ströme von bis
zu 100 kA bewältigen.
Solche Schalter können
3- oder 4-phasig aufgebaut sein.
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Die
dabei verwendeten thermo-magnetischen Auslöseeinrichtungen bestehen aus
einem Bimetallstreifen (zwecks Überstromauslösung) und
einem Schnellauslöser
oder Kurzschlussauslöser,
der ein Magnetjoch, einen auf das Schaltschloss wirkenden Magnetanker
und eine stromdurchflossene Erregerwicklung aufweist.
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Es
ist bekannt, den Bimetallstreifen in die Strombahn zu legen, und
den in einer Richtung stromdurchflossenen Bimetallstreifen durch
das Magnetjoch hindurchzuführen
und diesen Strom als Erregung für
den elektromagnetischen Schnellauslöser zu verwenden. Wegen der
bei einem Kurzschluss auftretenden hohen Ströme und die damit verbundenen
hohen Kräfte
zwischen Magnetanker und Magnetjoch reicht dies aus, da diese Anordnung
schon eine halbe Windung der Erregung bildet.
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Aus
der DE-PS 9 46 826 ist eine thermo-magnetische Auslöseeinrichtung
bekannt, bei welcher ein U-förmiges
Bimetall verwendet wird. Ein Magnetjoch umschließt einen Schenkel des Bimetalls.
Der andere Schenkel des Bimetalls wird außerhalb des Magnetjochs vorbeigeführt. Ein
weiteres Magnetjoch umschließt
diesen Schenkel. Dabei trägt
der vorbeigeführte
Schenkel zur Erhöhung
der magnetischen Durchflutung bei, die die Auslöseempfindlichkeit des Kurzschlussauslösers verbessert.
Eine Zusatzwindung aus Flachmaterial wird ebenfalls durch die Magnetjoche
geführt
und mit dem Bimetall elektrisch in Reihe geschaltet.
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Der
Einsatz eines ähnlichen – ebenfalls U-förmigen – Bimetalls – ist aus
der DE-PS 875063 bekannt.
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Ein
durch die US-PS 2 629 726 (dort 2) bekannt
gewordenes Bimetall-Element weist einen ebenfalls U-förmigen elektrischen
Widerstand auf, der zu dem Bimetall-Element parallelgeschaltet ist, also
als Shunt funktioniert. Damit kann ein Bimetall-Element in dem thermischen
Auslöser
für verschiedene
Auslösebereiche
verwendet werden, indem eine Abschwächung des Stromflusses in dem Bimetall-Element
hervorgerufen wird.
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In
wieder einer anderen Ausführung
wird ein Bimetall-Auslöser
mit parallel-geschaltetem Shunt beschrieben (
DE 195 16 723 A1 ), welche
aus einer Vielzahl von Einzelteilen besteht. Zur Verwendung jeder
der bekannten Ausführungen
ist eine Justierung und/oder Eichung der Einstellung auf einen bestimmten
Auslösebereich
notwendig. Bei der Mehrzahl der Teile addieren sich Fertigungstoleranzen
und damit der Aufwand an Einstellvorgängen.
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung, eine Ausbildung einer Einrichtung
zum Auslösen
von Schaltgeräten
nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorzuschlagen, welche aus
einer geringen Zahl von Einzelteilen besteht.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst, während in
den Unteransprüchen
besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gekennzeichnet
sind.
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Es
ergibt sich somit der Vorteil, dass gegenüber den bekannten Auslöseeinrichtungen
die Anzahl an Einzelteilen bzw. an Teileausführungen zur Herstellung der
Auslöseeinrichtungen
verringert ist. Danach kann ein geringerer Aufwand in der Fertigung
(Lagerhaltung; Montage) betrieben werden.
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Der
Kern der Erfindung besteht darin, dass die Stromschiene aus einem
flächigen
Materialstück gebildet,
und an ihm weiterhin ausgebildet ist: ein Strom-Einspeiseanschluss,
eine Lasche zur Stromweiterleitung an einen Schaltkontakt des Schalters, mindestens
ein Befestigungspunkt für
den Bimetallstreifen, ein Befestigungspunkt für den Magnetapparat, und Befestigungsstege
zur Fixierung und Lagerung der Einrichtung in einem Schaltergehäuse.
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Zur
Fertigstellung und zum Einbau in ein Schaltergehäuse sind nur wenige Arbeitsgänge vorzunehmen.
An die Stromleiterlasche ist eine Leiterlitze anzulöten, welche
schon mit dem beweglichen Schaltkontakt des Schalters verbunden
ist. Nach diesem Lötvorgang
wird die Einrichtung in eine Nut des Gehäuses eingeschoben, wobei Stege
an der Stromschiene vorhanden, die in die Nut passend hineingleiten.
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Ein
besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch die präzise Herstellung
der Teile schon vor dem Einbau der Einrichtung in ein Schaltergehäuse die
Funktionsmerkmale mehr oder weniger genau vorbestimmt sind und die
nachfolgende Endjustage nur noch in einer Feineinstellung besteht.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen sind folgende:
Die Stromschiene ist aus einem
Flachmaterial hergestellt, U-förmig
gebogen, und rechtwinklig abstehend von einem ersten U-Schenkel
ist der Strom-Einspeiseanschluss und rechtwinklig abstehend von
einem zweiten U-Schenkel ist die Stromleiterlasche ausgebildet.
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Der
aus Magnetanker und Magnetjoch bestehende Magnetapparat ist im Raum
zwischen beiden U-Schenkeln befestigt. Der Bimetallstreifen ist außen auf
dem zweiten U-Schenkel befestigt.
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Die
Ausbildung von Magnetjoch und Magnetanker ist derart, dass diese
den Heizleiter-Abschnitt und den dort anliegenden Bimetallstreifen
umschließen.
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Vorzugsweise
besteht der im Stromleiter quasi integriert ausgebildete Heizleiter-Abschnitt
aus zwei parallelen Materialstreifen mit vorgegebener Leitfähigkeit
durch Wahl einer Legierung. Der Abschnitt wird vor der Bildung der
Stromschiene durch Ausstanzen eines in Länge und Breite vorbestimmten
Schlitzes erzeugt. Der Heizleiter-Abschnitt kann auch nur aus einem
einzigen Materialstreifen bestehen. Die Größe des Heizleiter-Widerstands
ist der Nennstromstärke
des Schaltgeräts
zugeordnet.
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Die
Befestigungsstege zum Fixierung und Lagerung der Einrichtung in
einem Schaltergehäuse sind
am ersten U-Schenkel ausgebildet.
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Der
mindestens eine Befestigungspunkt für den Bimetallstreifen und
der Befestigungspunkt für den
Magnetapparat sind jeweils als Nietstumpf und die Stromleiterlasche
ist als Litzenanschluss ausgebildet. Die Nietstümpfe können durch Prägung aus dem
die Stromschiene bildende Flachmaterial erzeugt werden. Nach dem
Aufsetzen des Bimetallstreifens wird mit einem Nietwerkzeug die
Nietung vorgenommen. Vorzugsweise ist in der dem Befestigungspunkt
gegenüberliegenden
U-Schenkel eine Öffnung (siehe 2)
ausgespart, die den Zugang zum Nietstumpf ermöglicht. In gleicher Weise wird der
Magnetapparat befestigt.
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Die
Teile des Magnetapparats weisen jeweils zwei höhenversetzt angeordnete Abschnitte
auf, wobei die unten angeordneten Abschnitte Joch und Anker bilden
und an den oben angeordneten Abschnitten je ein Ausleger für das Halten
einer Zugfeder ausgebildet sind.
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Die
magnetische Durchflutung des Magnetankers, die Größe des Luftspalts
und die Federkonstante der Ankerfeder bestimmen den Auslösebereich
des Schnellauslösers.
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Die
Wirkverbindung der Einrichtung mit dem Schaltschloss eines Schaltgeräts besteht
darin, dass der Überstromauslöser und/oder
der Magnetapparat mit einer das Schaltschloss beaufschlagenden Auslösebrücke in kraftschlüssigem Kontakt
steht. Die Ausbildung einer solchen Wirkverbindung ist (in Varianten)
aus einigen Offenlegungen der Anmelderin bekannt (
DE 31 498 11 A1 ,
DE 199 16 988 A1 )
bekannt und wird hier als vorzugsweise Ausbildung der Erfindung
beansprucht.
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An
der Auslösebrücke sind
Schrägen
vorhanden, an die sich kraftschlüssig
der Ausleger des Magnetapparats und die Einstellschraube des Bimetallstreifens
anlegen. Die Betätigung
der Auslösebrücke (durch
Ausbiegung des Bimetallstreifens oder durch Schließen des
Magnetapparats) löst über eine Hebelanordnung
die Klinke eines Kraftspeichers aus, der seinerseits das Schloss
des Schaltgeräts öffnet.
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Die
Feineinstellung der Auslösereinrichtung erfolgt
nach Montage in ein Gerätegehäuse und
nach dem Zusammenbau mit den erwähnten
Teilen des Schaltschlosses (Auslösebrücke, Klinke,
Kraftspeicher).
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Im
folgenden wird die Erfindung an Hand einer in den Zeichnungen gezeigten
Ausführungsform näher erläutert.
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In
den Zeichnungen zeigen:
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1A und 1B:
zwei perspektivische Darstellungen der Einrichtung,
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2:
eine perspektivische Darstellung der Stromschiene,
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3:
eine perspektivische Ansicht des Magnetapparats, und
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4:
eine Darstellung mehrerer Auslöseeinrichtungen
in Einbaulage in einem Schalter.
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In
den 1A und 1B ist
in perspektivischer Darstellung eine Auslöseeinrichtung 100,
bestehend aus einem thermischen Überstromauslöser 20 und
aus einem elektromagnetischen Schnellauslöser 40, dargestellt,
welche bei Vorhandensein mehrerer Phasen im Schaltgerät in entsprechender
Anzahl nebeneinander angeordnet sind. Die Stromanschlüsse 11 weisen
nach außen
aus dem Schaltgerät
hinaus, die Anschlüsse 12 liegen
innen im Schaltgerät;
sind vorzugsweise mit einer Litze 17 verlötet und
weisen in das Innere – in
Richtung der Kontakte – eines
Schaltgeräts.
Der Stromfluss ist durch die Strompfeile i gekennzeichnet (siehe 2).
Die Lage mehrerer Einrichtungen 100 nebeneinander zeigt
die 4.
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Der
Auslösestrom
fließt
durch die Stromschiene 10, insbesondere durch den Abschnitt 13, der
als Leiter mit einem vorbestimmten Widerstandswert zur Erzeugung
der Heizleistung zur Erwärmung des
Bimetallstreifens ausgebildet ist. Die Herstellung der Stromschiene
geschieht durch Stanzen eines Flachstreifens mit unveränderlichen äußeren Abmessungen.
Die endgültige
Form wird durch Biegen und Abkanten erzeugt. Die Stromschiene 10 ist
im mittleren Bereich im wesentlichen U-förmig,
gebildet durch die beiden – etwa
parallel liegenden – Schenkel 10A und 10B.
Der blattförmige
Bimetallstreifen 21 ist an die Stromschiene am Punkt (Nietstumpf 14 am Schenkel 10B)
angenietet und liegt der Stromschiene (am Schenkel 10B)
eng und flach an.
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An
der Stromschiene ist ebenfalls der Magnetapparat 40 befestigt,
so dass der Auslösestrom ebenfalls
die magnetische Durchflutung des aus einem U-förmigen Magnetjoch 51 und
einem U-förmigen Magnetanker 42 bestehenden
Schnellauslösers bewirkt.
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Die
geometrische Ausbildung und die Wahl des Werkstoffs (Leitfähigkeit)
der Stromschiene bestimmen den geforderten elektrischen Widerstand des
Heizleiters für
einen vorzusehenden Strombereich. Wie erwähnt, wird die Stromschiene
durch Stanzen eines Flachstreifens hergestellt. Zur Bildung des
Heizleiter-Widerstandes wird im Stanzwerkzeug ein Element eingelegt,
mit dem die Breite und Länge des
Schlitzes 13S zwischen den beiden Stegen 13 gestanzt
wird. Durch Wahl des Werkstoffs (Kupferlegierung) und durch Vorgabe
von Breite und Länge des
Schlitzes lässt
sich der Widerstand des Heizleiters ausbilden. Es sei kurz erwähnt, dass
der Heizleiter auch nur aus einem Steg 13 gebildet werden kann.
Es dürfte
klar sein, dass der beschriebene Herstellvorgang Vorteile hat, nämlich mit
einem Einlegeelement im Stanzwerkzeug einen Schlitz auszustanzen.
Die weniger günstige
Alternative wäre,
wegen der verschiedenen Stegbreiten und- Längen
unterschiedliche Stanzwerkzeuge zu verwenden.
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Wie
erwähnt,
wird der Widerstand des Heizleiters entsprechend dem Nennstrombereich
des Schalters festgelegt. Beispielsweise werden für typische
Anwendungen eines Leistungsschalters im Nennstrombereich zwischen
125 und 250 A vier verschiedene Heizleiter-Ausbildungen hergestellt.
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Die
Einstellung des Stromflusses in der Auslöseeinrichtung für unterschiedliche
Strombereiche erfolgt somit jeweils derart, dass bei einem bestimmten
abgeleiteten Überstrom
der Bimetallstreifen sich derart erwärmt und verformt, dass dieser
mit einer Einstellschraube 24 die Auslösebrücke (siehe 4) betätigt, die
mit dem nicht dargestellten Schaltschloss der Schalteinrichtung
in Wirkverbindung steht und die Schaltkontakte öffnet.
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Das
Magnetjoch 51 umschließt
den Stromleiter 10. Der aus dem U-förmigen Magnetjoch 51 und Magnetanker 42 bestehende
Schnellauslöser
greift mit der oberen Auslösefahne 46 auch
an der Auslösebrücke an.
Der Magnetanker 42 ist als Klappanker ausgeführt. Bei
einem hohen Fehlerstrom, beispielsweise einem Kurzschluss, wird
der Magnetanker 42 entgegen einer Zugfeder 48 zum
Magnetjoch 51 geklappt. Die Auslösefahne 46 des Schnellauslösers ist am
oberen Teil 41A des Magnetapparats (der Drehachse 44 gegenüberliegend)
und auf etwa gleicher Höhe
wie die Einstellschraube 24 des Bimetallstreifens 21 angeordnet.
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Das
Magnetjoch 51 besteht aus einem Stanz-Biege-Teil. Auf der
Rückseite
des oberen Teils 50A befindet sich die Öffnung zum Aufsetzen auf den Nietstumpf 15 an
der Stromschiene. Nach oben ragt ein Ausleger 52 als Lager
für die
als Zugfeder ausgebildeten Ankerfeder 48 heraus. Mittig
ist rechts und links ein kleiner Stift 44 vorhanden, welcher
als Achse für
den drehbar angelenkten Anker 42 dient. Das ebenfalls als
Stanz-Biege-Teil hergestellte Teil 41, an dem der Anker 42 ausgebildet
ist, hat eine U-förmige obere 41A und
eine U-förmige
untere Ausbildung 41B. Die untere Ausbildung 41B stellt
den eigentlichen Anker 42 dar, der dem Joch 51 gegenüber zu liegen
kommt. Zur Befestigung des Teils 41 am Magnetjoch 51 hat
dieses Teil zwei den Stiften 44 zugeordnete Bohrungen.
Zur Montage wird die obere U-förmige
Ausbildung 41A in Richtung auf die Stifte 44 aufgeschoben,
wobei sie leicht aufspreizt. Zur Erleichterung der Montage sind
die die Bohrungen tragenden Materiallappen leicht nach außen abgewinkelt.
Die Bohrungen schnappen in die Stifte 44 ein. Damit sind
Magnetjoch und -anker zueinander positioniert. Das U-förmige Oberteil
hat entsprechend dem am Magnetjoch 51 ausgebildeten Ausleger 52 ebenfalls
ein Federlager 47. In von der Ankerfeder 48 (bei geringer
oder ohne Bestromung des Magnetapparats 40) bestimmten
Position des Magnetankers zum Magnetjoch haben Joch und Anker einen
vorbestimmten Luftspalt, der im wesentlichen von der Anschlagnase 45 (siehe 1A)
und von der Abwinklung des Ankers 42 aus der Senkrechten
(bezüglich
Einbaulage, bzw. als Parallele zum Schenkel 10A der Stromschiene
gedacht) definiert ist.
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Durch
Verwendung geeigneten Magnetmaterials in geeigneter Dicke können die
magnetischen Eigenschaften (beispielsweise Durchflutung oder Sättigungsgrenzen)
des Magnetapparats sehr genau vorgegeben werden, ohne dass zusätzliche
Teile benötigt
werden.
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Der
Magnetapparat besteht somit nur aus drei Teilen (41, 50, 48),
die an einer einzigen Stelle (15) an der Stromschiene (10B)
befestigt sind. Es liegt als eine starke Einsparung von Bauteilen
vor, was auch eine Toleranzverbesserung mitsichbringt, und einen
verminderten Fertigungs-, Montage- und Kostenaufwand bedeutet. Für die Funktion
des Schnellauslösers
werden keine weiteren Teile oder Abschnitte im Gehäuse des
Schaltgerätes
benötigt, wie
Lagerstellen für
die Ankerfeder oder für
Lagerstellen für
den Magnetanker selber.
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In 4 findet
sich eine Darstellung, die einen Zusammenbau von drei Auslöseeinrichtungen
in einem Schaltgerät
zeigt. Die Ankerfedern 48 zwischen den Federlagern 47 und 52 (siehe
auch 1A und 3) sind in der Zeichnung weggelassen.
Die Auslöseeinrichtungen
steht in Wirkverbindung mit einer Auslösebrücke 84, die auch gleichzeitig
die Klinke des Kraftspeichers ist. Hierzu weist das Oberteil 41A des
Ankerteils eine Fahne 46 auf, welche der Auslösebrücke 84 anliegt.
Die Einstellung der Auslöseempfindlichkeit
des Schnellauslösers
wird mittels eines nicht dargestellten Einstellknopfes der Auslösebrücke des
Schnellauslösers
erreicht, wobei sich an einem Einstellknopf ein exzentrisch ausgebildeter
Zapfen anlegt, welcher bei Drehung die Auslösebrücke seitlich (parallel zu ihrer
Längsrichtung) verschiebt.
Durch die Verschiebung der Auslösebrücke wird
durch die Schräge 85 an
der Auslösebrücke der
Abstand zwischen Bimetallstreifen und Auslösebrücke (gleichzeitig an allen
drei Auslöseeinrichtungen)
verändert.
Durch die Verschiebung wird der Luftspalt zwischen Magnetanker 42 und
Magnetjoch 51 verändert,
wodurch der Auslösestrom
und die Auslöseempfindlichkeit
eingestellt werden.
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Durch Öffnungen
in der Gehäusewandung sind
die Madenschrauben 24 der Bimetallstreifen zugänglich (nicht
dargestellt). Diese dienen als Eichelemente zur Einstellung des
zu schaltenden Überstroms.
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- 100
- Einrichtung
zum Auslösen
- 10
- Stromschiene
- 10A
10B
- zwei
U-Schenkel
- 11
- Einspeiseanschluss
- 12
- Litzenanschluß (zum Bewegtkontakt)
- 13
- Abschnitt
als Heizleiter
- 13S
- Schlitz
- 14
- Befestigungspunkt
für Bimetallstreifen (Nietstumpf)
- 15
- Befestigungspunkt
für Magnetapparat (Nietstumpf)
- 16
- Befestigungsstege
- 17
- Litze
- 20
- Überstromauslöser
- 21
- Bimetallstreifen
- 24
- Madenschraube
- 40
- Magnetapparat
des Schnellauslösers
- 41
- Ankerteil
- 41A,
41B
- oberes,
unteres Teil
- 42
- Magnetanker
Klappanker
- 44
- Lagerstelle
- 45
- Nase
- 46
- Fahne
- 47
- Haken
(Federlager)
- 48
- Ankerfeder
- 50
- Jochteil
- 51
- Magnetjoch
- 51A,
51B
- oberes,
unteres Teil
- 52
- Federlager
- 84
- Auslösebrücke
- 85
- Schräge
- 86
- Klinkhebel
- 88
- Klinke
Schloss
- i
- Strompfeile