DE20210132U1 - Strombegrenzungsschalter mit Hilfsauslöser - Google Patents

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Weickmann & Weickmann

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28136G DE/PRKWme

D1PL.-ING. H. WEICKMANN <bis3l.l.0l) DIPL.-1NO. F. A. WEICKMANN

DlPL-CHEM. B. HUBER

DR.-INO. H. LISKA

DIPL-PHYS. DR. J. PRECHTEL DlPL-CHEM. DR. B. BÖHM DIPL.-CHEM. DR. W. WEISS

D1PL.-PHYS. DR. J. TIESMEYER

DIPL-PHYS. DR. M. HERZOG

DiPL-PHYS. B. RUTTENSPERGER

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DIPL.-CHEM. DR. M. DEY DIPL.-FORSTW. DR. J. LACHNIT

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Anmelder:

Schupa GmbH lndustriestr. 2

35799 Merenberg und

ASG Luftfahrttechnik und Sensorik GmbH
Junkersstraße 2

69469 Weinheim

Strombegrenzungsschalter mit Hilfsauslöser

Postfach 860 820, 81635 München, Deutschland, Tel. (089) 45563 0, Fax (089) 45563 999, email@weickmann.de

Strombegrenzungsschalter mit Hilfsauslöser Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Strombegrenzungsschalter, umfassend ein Schaltwerk zur elektrischen Abkopplung einer Ausgangsseite des Strombegrenzungsschalters von seiner Eingangsseite und einen Hauptauslöser zum Auslösen einer Abkopplung der Ausgangsseite des Strombegrenzungsschalters von seiner Eingangsseite, wenn ein elektrischer Strom einen vorbestimmten Wert überschreitet. Insbesondere betrifft die Erfindung einen als Fehlerstrombegrenzungsschalter (Fl-Schalter) ausgebildeten Strombegrenzungsschalter mit einem Summenstromwandler zum Erfassen eines Fehlerstroms. Bei dem FI-Schalter löst der Hauptauslöser eine Abkopplung der Ausgangsseite des Fl-Schalters von seiner Eingangsseite aus, wenn der Fehlerstrom einen vorbestimmten Wert überschreitet.

Strombegrenzungsschalter trennen als Überstromschutzeinrichtungen (Sicherungen) bzw. Schutzschalter elektrische Betriebsmittel selbsttätig vom Netz, wenn eine Überlastung oder eine gefährliche Berührungsspannung auftritt. Zu solchen Überstromschutzeinrichtungen sind beispielsweise Schmelzsicherungen oder elektromagnetische Schutzschalter mit magnetischem und/oder thermischem Auslöser zu zählen (sog. Leitungsschutzschalter). Während die genannten Überstromschutzeinrichtungen dann zu einer Abkopplung der Verbraucher vom Netz führen, wenn der Absolutwert des in der abgesicherten Stromleitung fließenden elektrischen Stroms größer als ein vorbestimmter Grenzwert wird, bieten sog. Fehlerstrombegrenzungsschalter (Fl-Schalter) die Möglichkeit, eine derartige Abkopplung dann auszulösen, wenn die Differenz zwischen dem zu einem oder mehreren Verbraucher(n) hin fließenden Strom und dem von ihm/ihnen zurück fließenden Strom größer wird als ein vorbestimmter Grenzwert. In einem solchen Fl-Schalter werden

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alle aktiven Leiter, die vom Netz zu dem bzw. den zu schützenden Verbraucherin) führen, durch einen Summenstromwandler geführt. Im fehlerfreien Zustand ist die Summe der zu- und abfließenden Ströme Null, so dass in der Ausgangsspule des Summenstromwandlers keine Spannung induziert wird. Bei Erdschluss eines Leiters oder bei Körperschluss eines Verbrauchers fließt ein Teilstrom über die Erde zum Spannungserzeuger zurück. Dadurch ist die Summe der zu- und abfließenden Ströme nicht mehr Null, so dass in der Ausgangsspule des Summenstromwandlers eine Spannung induziert wird, die einen elektromagnetischen Auslöser betätigt.

Dieser Auslöser schaltet den Fl-Schutzschalter allpolig ab.

Bei bekannten Fl-Schaltern kann mittels einer Prüftaste ein Fehler simuliert werden, indem durch Schließen des Überbrückungsschaltkreises ein vorbestimmter Teilstrom nicht mehr durch den Summenstromwandler abfließt.

Eine Abschaltung eines Fl-Schalters bei einem Fehlerstrom findet über ein Auslöserelais statt. Bei einem solchen Auslöserelais bewirkt ein vorbestimmter Fehlerstrom von beispielsweise 30 mA, dass ein Stößel durch Induktionskräfte verlagert wird. Dieser Stößel wirkt dann über eine als Hebelarm ausgebildete Auslöseklinke auf ein Schaltschloss, welches unmittelbar die Schaltkontakte zwischen Netz und Verbraucher trennt. Das Auslöserelais ist eines der Bauelemente in einem Fl-Schalter, an das qualitativ hohe Ansprüche gestellt werden müssen. Es muss unter allen Umständen sichergestellt werden, dass es zu keinem Ausfall dieses Auslöserelais kommt. Beispielsweise wird üblicherweise verlangt, dass der Fl-Schalter Temperaturen zwischen -25⁰C und 100⁰C bzw. relative Feuchten bis 95% (bei einer Temeratur zwischen 20⁰C und 30⁰C) toleriert.

Um eine Fehlfunktion eines Fl-Schalters im Ernstfall auszuschließen, ist es vorgeschrieben, dass die korrekte Funktion eines eingebauten Fl-Schutzschalters, insbesondere die korrekte Funktion des Auslöserelais, in

regelmäßigen Zeitabständen überprüft wird. Dies geschieht in der Regel auf manuellem Wege durch Drücken der Prüftaste. Um eine regelmäßige Überprüfung besser gewährleisten zu können, gibt es seit einiger Zeit auch selbstüberwachende FI-Schalter, die automatisch, beispielsweise mehrmals am Tag, das Auslöserelais überprüfen. Trotzdem bleibt auch bei regelmäßiger Überprüfung des Fl-Schalters jedoch ein gewisses Risiko, dass der FI-Schalter im Ernstfall nicht korrekt anspricht.

Ein weiteres Problem besteht darin, dass keine Möglichkeit besteht, das Schaltwerk zur elektrischen Abkopplung der angeschlossenen Verbraucher vom Stromnetz zu bringen, dann wenn eine Überprüfung des Fl-Schalters ergibt, dass das Auslöserelais nicht mehr korrekt funktioniert. Daher musste eigentlich bis zur Reperatur bzw. dem Austausch des defekten Fl-Schalters die Netzversorgung in dem Bereich, in dem sich der defekte Fl-Schalter befindet, abgetrennt werden. Naturgemäß ist anzunehmen, dass eine solche aufwenige und oft einschneidende Maßnahme nicht immer getroffen wird, so dass in vielen Fällen elektrische Anlagen trotz defekter FI-Schalter betrieben werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Strombegrenzungsschalter, insbesondere einen Fehlerstrombegrenzungsschalter, bereitzustellen bzw. bestehende Strombegrenzungschalter derart weiterzubilden, dass solche Schalter eine zusätzliche funktionale Sicherheit bieten. Insbesondere soll sichergestellt werden, dass auch im Falle eines defekten Strombegrenzungsschalters eine zuverlässige Abkopplung der vom Strombegrenzungsschalter abzusichernden elektrischen Verbraucher vom Stromnetz erreicht werden kann.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Strombegrenzungsschalter der oben genannten Art vorgeschlagen, bei dem ein Hilfsauslöser vorgesehen ist, der bei Betätigung unabhängig vom Zustand des Hauptauslösers eine

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Abkopplung der Ausgangsseite des Strombegrenzungsschalters von seiner Eingangsseite auslöst. Durch den Hilfsauslöser steht ein alternativer Weg zur Verfügung, über den eine Abkopplung der am Ausgang des Strombegrenzungsschalters angeschlossenen Verbraucher vom Netz ermöglicht wird, wenn ein oberhalb der vorgesehenen Spezifikation liegender Strom fließt. Dadurch stehen zwei getrennte Auslösezweige für eine Abkopplung zur Verfügung, die zueinander redundant sind. Sollte also der normalerweise zum Auslösen einer Abkopplung vorgesehene Hauptauslöser defekt sein, so kann auf den zweiten Auslösezweig über den Hilfsauslöser zurückgegriffen werden.

Der erfindungsgemäß vorgeschlagene Einsatz von zwei redundanten Auslösezweigen ist insbesondere bei Fehlerstrombegrenzungsschaltem (Fl-Schaltern) von Vorteil, da bei dieser Art von Strombegrenzungsschaltern das Auslöserelais so ausgelegt sein muss, dass es auf Fehlerströme im Bereich weniger mA reagiert und eine Abkopplung auslöst. Dies hat zwangsläufig zur Folge, dass ein solches vergleichsweise empfindliches Auslöserelais auch anfälliger für Störungen ist. Im Falle einer solchen Störung, die entweder bei einer routinemäßigen Überprüfung des Auslöserelais oder aber auch bei einem tatsächlichen Auftreten eines Fehlerstroms auftreten kann, bietet der erfindungsgemäß vorgeschlage Hilfsauslöser immer eine Möglichkeit, an dem Fehlerstromschutzschalter angeschlossene Verbraucher sicher und schnell vom Netz zu trennen. Dies kann auch auf automatischem Wege geschehen, ohne dass ein entsprechender Eingriff seites einer Person möglich wäre. Es ist somit sichergestellt, dass keine Verbraucher an defekten Fehlerstrombegrenzungsschaltem betrieben werden können.

Da erfahrungsgemäß das Auslöserelais die störanfälligste Komponente in einem Strombegrenzungschalter ist, kann der Hilfsauslöser derart ausgebildet sein, dass er unabhängig vom Hauptauslöser auf das bereits vorhandenes Schaltwerk einwirkt, um eine Abkopplung der Ausgangsseite

des Strombegrenzungsschalters von seiner Eingangsseite auszulösen. Es ist also nicht nötig, ein eigenes Schaltwerk zur Abkopplung der Ausgangsseite des Strombegrenzungsschalters von seiner Eingangsseite für den Hilfsauslöser vorzusehen, wodurch der Bauaufwand für den Hilfsauslöser beträchtlich reduziert sein kann. Beispielsweise kann in einer möglichen Ausgestaltung des Hilsfsauslösers vorgesehen sein, dass der Hilfsauslöser bei Betätigung auf dieselbe als Hebelarm ausgebildete Auslöseklinke wirkt wie der Stößel des Auslöserelais bei einem "normalen" Auslösen des Fl-Schutzschalters, also dann, wenn das Auslöserelais ordnungsgemäß funktioniert.

Naturgemäß wird man daran interessiert sein, dass nach einem Auslösen einer Abkopplung durch den Hilfsauslöser die Verbindung zwischen den Verbrauchern und dem Stromnetz wenigstens so lange unterbrochen bleibt, bis die Ursache für das Auslösen - sei es ein tatsächlich aufgetretener Fehlerstrom oder ein Defekt des Auslöserelais - erkannt und behoben wird. In der Regel wird man hierfür einen entsprechend ausgebildeten Fachmann zu Rate ziehen müssen. Um zu verhindern, dass in einem solchen Fall die elektrischen Verbraucher ohne Absicherung durch einen Strombegrenzungsschalter am Netz betrieben werden, ist erfindungsgemäß bevorzugt vorgesehen, dass der Hilfsauslöser nach dem Auslösen einer Abkopplung ohne eine wenigstens teilweise Demontage nicht mehr in einen Zustand überführbar ist, in dem er eine elektrische Verbindung von der Eingangsseite zur Ausgangsseite des Strombegrenzungsschalters zulässt.

Es ist nämlich anzunehmen, dass Personen ohne entsprechende Ausbildung vor einer solchen Demontage eines sich am Stromnetz befindlichen Strombegrenzungsschalters zurückschrecken.

Eine alternative bzw. zusätzliche Möglichkeit, eine solchen missbräuchliche Überbrückung des Strombegrenzungsschalters nach einem Auslösen durch den Hilfsauslöser zu verhindern, besteht darin, dass wenigstens ein Teil des Hilfsauslösers nach dem Auslösen einer Abkopplung ausgetauscht werden

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muss, um eine elektrische Verbindung von der Eingangsseite zur Ausgangsseite des Strombegrenzungsschalters zu zulassen. Hier bietet sich zusätzlich der Vorteil, dass eine nicht entsprechend ausgebildte Person in der Regel für das auszutauschende Teil nicht sofort ein Ersatzteil in Händen hat, so dass eine Austausch nicht ohne weiteres möglich ist.

Der Hilfsauslöser eines Strombegrenzungsschalters gemäßder vorliegenden Erfindung umfasst bevorzugt ein im Normalbetriebszustand, d.h. wenn der Hilfsauslöser noch keine Auslösung einer Abkopplung verursacht hat, unter mechanischer Vorspannung stehendes Auslöseelement, , das im Normalbetriebszustand durch ein Rückhalteelement gesichert ist und das im Falle des Auslösens einer Abkopplung durch die Vorspannkraft verlagert wird. Eine derartige Auslegung des Hilfsauslösers stellt sicher, dass der Hilfsauslöser nicht in einen Zustand geraten kann, in dem die Ausgangsseite des Strombegrenzungsschalters in elektrischer Verbindung mit der Eingangsseite steht und der Hilfsauslöser ein Abkoppeln nicht mehr auslösen kann. Im Falle eines Versagens des Hilfsauslösers, etwa eines Versagens des Rückhalteelements, ist es höchstens denkbar, dass der Hilfsauslöser eine Abkopplung auslöst, ohne dass ein entsprechendes Steuersignal vorliegt. Weiterhin gewährleistet diese Auslegung, dass der Hilfsauslöser zwar durch Lösen des Rückhalteelements automatisch ein Abkoppeln auslösen kann, dass aber dann zum Wiederherstellen der elektrischen Verbindung eine Kraft aufgewendet werden muss, um die mechanische Vorspannung für das Auslöseelement zu erzeugen, was immer einen gewissen Aufwand bedeutet.

Im einfachsten Fall kann die mechanische Vorspannung für das Auslöseelement durch eine Druckfeder erzeugt werden, die auf das Auslöseelement einwirkt und im Normalbetriebszustand auf das Auslöseelement eine Vorspannkraft ausübt. Es ist selbstverständlich klar, dass grundsätzlich auch andere geläufige Mechanismen, etwa Zugfedern, Verwendung finden können.

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Bei der genannten Ausführungsform ist es erforderlich, dass das Rückhalteelement gegenüber der mechanischen Vorspannkraft freigegeben werden kann, um eine Abkopplung auslösen zu können. Erfindungsgemäß ist bevorzugt vorgesehen, dass zu diesem Zweck das Rückhalteelement wenigstens in einem Teilbereich elektrisch leitfähig ist und wenigstens in diesem Bereich im Fall des Auslösens einer Abkopplung seinen Aggregatzustand ändert. Durch den elektrisch leitfähigen Teilbereich kann somit ein direkt oder indirekt von dem abzusichernden Strom bzw. Fehlerstrom abhängender elektrischer Strom fließen, der bei einer vorbestimmten Stromstärke eine Veränderung des Aggregatszustands dieses elektrisch leitfähigen Teilbereichs herbeiführt. Unter einer Änderung eines Aggregatszustandes soll hierbei beispielsweise ein Übergang vom festen zum flüssigen oder vom festen zum gasförmigen Zustand verstanden werden. Es mag in manchen Fällen sogar ausreichend sein, wenn sich lediglich eine bestimmte Stoffeigenschaft, etwa die Festigkeit oder die Dehnbarkeit, des elektrisch leitfähigen Teilbereichs bei Überschreiten der vorbestimmten Stromstärke so weit ändert, dass der elektrisch leitfähige Teilbereich eine Sicherung des Rückhalteelements gegenüber der mechanischen Vorspannkraft nicht mehr gewährleisten kann.

Erfindungsgemäß besonders bevorzugt umfasst der elektrisch leitfähige Teilbereich des Rückhalteelements einen Schmelzdraht oder eine Verbindungstelle zwischen zwei Komponenten, insbesondere eine Lötstelle. Insbesondere die Lösung mittels eines Schmelzdrahtes ist relativ einfach und billig realisierbar.

Eine zweckmäßige Ausgestaltung des Hilfsauslösers sieht vor, dass dieser einen aus einem isolierenden Material, insbesondere aus einem Kunststoff hergestellten Hauptkörper sowie zwei auf einer Seite des Hauptkörpers herausführende, in den Hauptkörper eingeformte elektrisch leitfähige Anschlusselemente umfasst. Die beiden Anschlusselemente besitzen

jeweils an ihrem dem Hauptkörper zugewandten Ende, d.h. an demjenigen Ende, das sich im Inneren des Hauptkörpers befindet, eine Kontaktstelle. Zwischen den Kontaktstellen der beiden Anschlusselemente verläuft das Rückhalteelement derart, dass die beiden Anschlusselemente elektrisch verbunden sind. Der Hauptkörper kann beispielsweise im Spritzgussverfahren relativ einfach und kostengünstig hergestellt werden. Die beiden Anschlusselemente können bei diesem Prozess in den Hauptkörper eingegossen werden, wobei darauf zu achten ist, dass jeweils ein ausreichend langer Bereich der im Normalfall drahtförmigen Anschlusselemente im Bereich des Hauptkörpers verläuft und somit eingegossen ist, um einen ausreichenden Halt der Anschlusselemente im Hauptkörper zu gewährleisten. Idealerweise verläuft dieser Bereich der Anschlusselemente gebogen bzw. weist eine Abknickung auf, um den Halt der Anschlusselemente im Hauptkörper weiter zu verbessern.

Es ist grundsätzlich vorgesehen, bei der Ausbildung des Hauptkörpers Aufnahmebereiche für eine Druckfeder vorzusehen. Dieses Aufnahmebereiche sind so gestaltet, dass die Druckfeder in jeder Stellung gegenüber den Anschlusselementen elektrisch isoliert ist. Die Druckfeder wirkt auf den Hauptkörper und ein vom Hauptkörper separates Auslöseelement. Es ist vorgesehen, das Auslöseelement ebenfalls im Spritzgussverfahren aus einem isolierenden Material, insbesondere Kunststoff, herzustellen, in das ein hakenförmiges Element, dass aus Metall gebildet sein kann, zur Zusammenwirkung mit dem Rückhaltelement eingegossen ist. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Druckfeder gegenüber dem Auslösehebel des Strombegrenzungsbeschalters elektrisch isoliert ist.

Zur Befestigung des Rückhalteelements an den Kontaktstellen bietet es sich beispielsweise an, das Rückhalteelement an den Kontaktstellen jeweils zwischen dem Anschlusselement und einem Klemmelement einzuklemmen.

Auch das Klemmelement sollte aus einem elektrisch isolierendem Material,

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etwa Kunststoff bestehen. Erfindungsgemäß ist bevorzugt vorgesehen, dass das Rückhalteelement an beiden Kontaktstellen mittels eines einzigen in der Form eines Steges ausgebildeten Klemmelements befestigt wird, das auf die Oberseite des Hauptkörpers aufgesteckt wird, so dass es dort verrastet. Zusätzlich ist erfindungsgemäß bevorzugt vorgesehen, dass das Rückhalteelement mit dem jeweiligen Anschlusselement durch einen elektrisch leitfähigen Klebstoff zusätzlich verklebt wird, um eine sichere Befestigung zu gewährleisten.

Ein erfindungsgemäßer Strombegrenzungsschalter kann zusätzlich eine Steuereinheit zur Steuerung des Auslösens des Hauptauslösers oder/und des Hilfsauslösers umfassen. Eine solches Steuereinheit wird insbesondere dann sinnvoll sein, wenn das Stromsignal, das ein Auslösen des Abkoppeins bewirken soll, auf direktem Wege schwer erfassbar ist, etwa weil es Störeinflüssen unterliegt oder betragsmässig sehr klein ist, so dass häufige Fehlauslösungen zu erwarten wären. In diesem Fall kann das zu überprüfende Stromsignal durch die Steuereinheit aufbereitet werden, z.B. gefiltert oder verstärkt werden, so dass am Auslöserelais ein geeignetes Signal anliegt, wenn der Strombegrenzungsschalter eine Abkopplung durchführen soll.

Es ist ferner günstig, wenn der Strombegrenzungschalter eine vorzugsweise in die Steuereinheit integrierte Überwachungseinheit zur Überwachung oder/und zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Hauptauslösers umfasst. In diesem Fall kann eine Abkopplung der Verbraucher vom Netz nicht nur dann erfolgen, wenn ein außerhalb der Spezifikationen liegender Stromwert vorliegt, sondern auch dann, wenn die Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Hauptauslösers ergibt, dass dieser nicht korrekt arbeitet. Solche Überprüfungen sind insbesondere für Fl-Schalter regelmäßig durchzuführen.

Der erfindungsgemäß vorgeschlagene Hilfsauslöser kann darüber hinaus noch als Sicherung für die Steuereinheit dienen, wenn er in Reihe zwischen der Steuereinheit oder/und der Überwachungseinheit einerseits und deren Stromversorgung andererseits geschaltet ist. In diesem Fall erhält die Elektronik der Steuereinheit oder/und der Überwachungseinheit eine aktive Sicherungsfunktion, wie sie etwa auch durch eine separate Schmelzsicherung geleistet werden könnte. Dies bedeutet; dass z.B. der Notauslöser auch im Falle einer Fehlfunktion innerhalb der elektronischen Komponenten der Steuereinheit oder/und Überwachungseinheit mittels eines entsprechendes Steuersignals zum Auslösen einer Abkopplung gebracht werden kann. In diesem Fall ergibt sich einerseits, dass der fehlerhafte Elektronikbereich vom Netz getrennt und damit vor weiterer (z.B. thermischer) Zerstörung bewahrt werden kann, und andererseits dass gleichzeitig eine Abkopplung der Verbraucher vom Stromnetz erfolgt, so dass ein Betrieb dieser Verbraucher mit fehlerhaft arbeitendem Strombegrenzungsschalter nicht weiter möglich ist.

Der hier beschriebene Hilfsauslöser kann nicht nur für neue Strombegrenzungsschalter gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden, sondern es ist auch möglich, solche Hilfsauslöser bei herkömmlichen Strombegrenzungsschaltern einzubauen, um deren Sicherheitsfunktions zu erhöhen, so dass gemäßder vorliegenden Erfindung eine Schutzwirkung auch Hilfsauslösern der oben beschriebenen Art als solchen zu kommen soll.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:

Figur 1 ein Blockschaltbild eines

Fehlerstrombegrenzungsschalters (Fl-Schalters) mit

einem Hilfsauslöser (sog. Notaktor) gemäß der vorliegenden Erfindung;

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- 11 Figur
2 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Notaktor;

Figur 3 eine Querschnittsansicht längs der Linie A-A in Figur 2;

Figur 4 eine Querschnittsansicht längs der Linie B-B in Figur 2;

Figur 5 eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Notaktors;

Figur 6 eine perspektivische Ansicht eines Klemmelements des

erfindungsgemäßen Notaktors zur Befestigung des

Rückhalteelements an den Anschlusselementen;

Figur 7a und 7b jeweils schematische Seitenansichten die den

Mechanismus des Auslösens einer Abkopplung der Lastseite von der Netzseite durch den

erfindungsgemäßen Notaktor in einem Fl-Schalter verdeutlichen.

Bei dem in Figur 1 gezeigten Blockschaltbild eines Fl-Schalters, der über einen erfindungsgemäßen Hilfsauslöser (in der Figur als Notaktor bezeichnet) 12 verfügt, erkennt man auf der linken Seite einen netzseitigen Anschluss 14, bestehend aus: Anschlüssen 2, 4, 6, 8N für drei Außenleiter L1, L2, L3 sowie den Neutralleiter N. Auf der rechten Seite in Figur 1 ist der lastseitige Anschluss 16 des Fl-Schalters 10 zu erkennen, bei dem die Anschlüsse für die Außenleiter L1, L2, L3 mit 1, 3, 5 und der für den Neutralleiter N mit 7N bezeichnet ist. Die lastseitigen Anschlüsse 1, 3, 5, 7N können jeweils über ein Schaltwerk 18 gemeinsam vom netzseitigen Anschluss 14 abgetrennt werden. Weiterhin umfasst der Fl-Schalter einen Summenstromwandler 20, durch den alle aktiven Leiter L1, L2, L3, N, geführt werden, die vom Netz zum zu schützenden Betriebsmittel (der elektrischen Last) führen. Im fehlerfreien Zustand ist die Summe der zu- und abfließenden Ströme im Summenstromwandler 20 Null. In einer an sich

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bekannten Weise weist der Summenstromwandler 20 eine Ausgangswicklung auf, in der ein Summenstrom induziert wird, wenn die Summe der zu- und abfließenden Ströme im Summenstromwandler ungleich Null ist. Dies ist der Fall, wenn einer der Leiter einen Erdschluss aufweist oder eines der Betriebsmittel einen Körperschluss aufweist, da dann ein Teilstrom über die Erde zum Spannungserzeuger zurückfließt und am Summenstromwandler eine Differenz zwischen zufließenden und abfließenden Strömen, ein sog. Fehlerstrom, auftritt.

In diesem Fall wird in der Ausgangswicklung des Summenstromwandlers 20 eine Spannung induziert, die einen elektromagnetischen Auslöser (Auslöserelais 22) betätigt. Dieses Auslöserelais 22 wirkt auf das Schaltwerk 18 ein, welches daraufhin den Fl-Schutzschalter allpolig abschaltet. Bei den in Figur 1 gezeigten Fl-Schalter 10 wirkt das durch den Summenstromwandler 20 erfasste Fehlerstromsignal nicht direkt auf das Auslöserelais 22, sondern wird zunächst durch eine Steuer/Überwachungselektronik 24 geleitet, die das vom Summenstromwandler 20 kommende Signal weiter aufbereitet und bei eindeutigem Vorliegen eines Fehlerstroms ein entsprechendes Steuersignal an das Auslöserelais abgibt.

Die Steuer/Überwachungselektronik 24 selbst bezieht ihre zum Betrieb erforderliche Netzspannung über einen Leiter L5 vom Stromnetz, der direkt an das Schaltwerk 18 angekoppelt ist, so dass er gemeinsam mit den anderen Leitern L1, L2, L3, N mit dem Netz verbunden oder unterbrochen wird. Die Steuer/Überwachungselektronik 24 ist in Reihe zu einem Vorwiderstand 26 und dem Notaktor 12 an das Stromnetz angekoppelt. Da der Notaktor, wie später noch detailliert beschrieben wird, bei einem vorbestimmten durch ihn hindurch fließenden Stromwert über das Schaltwerk 18 ein allpoliges Abkoppeln der Lastseite 16 und auch der Leitung L5 vom Stromnetz 14 veranlasst, wirkt der Notaktor 12 bei dieser Schaltungsanordnung wie eine entsprechende Sicherung für die

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Steuerungs/Überwachungselektronik 24 und schützt diese vor (thermischer) Zerstörung. Der Notaktor kann somit auch dann ausgelöst werden, wenn ein wie auch immer gearteter Fehler in der Steuer/Überwachungselektronik 24 erfasst wird.

In Figur 1 ist weiterhin eine Prüftaste 28 zu sehen, die über einen Vorwiderstand 30 und das Schaltwerk 18 den lastseitigen Anschluss 7N des Neutralleiter N mit dem netzseitigen Anschluss 6 des Außenleiters L3 verbindet, wenn sie gedrückt wird. Durch dieses Prüftaste kann ein Fehler im Stromkreis, also das Auftreten eines Fehlstroms simuliert werden. Damit lässt sich auf manuellem Wege die Auslösefunktion des Fl-Schutzschalters überprüfen. Es ist vorgeschrieben, diese Überprüfung in regelmäßigen Abständen z.B. bei nicht stationären Anlagen an jedem Arbeitstag, bei stationären Anlagen mindestens alle 6 Monate durchzuführen.

Der Aufbau des Notaktor 12 soll anhand der Figuren 2 - 6 im Folgenden erläutert werden. Figur 2 zeigt eine Draufsicht auf den Notaktor 12. In dieser Draufsicht ist ein Notaktor-Hauptkörper 32 zu erkennen, der aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt ist, bevorzugt aus einem Kunststoff im Spitzgussverfahren. Der Notaktor-Haupkörper 32 ist mit zwei Anschlussstutzen 34a, 34b, die in Figur 2 auf der linken Seite aus dem Hauptkörper 32 herausragen, versehen. Diese Anschlussstutzen 34a, 34b sind ebenfalls aus einem Kunstsoffmaterial hergestellt. Im Inneren der Anschlussstutzen 34a, 34b verläuft jeweils ein Anschlussdraht 36a, 36b, mittels dem der Notaktor 12 in den Stromkreis des Fl-Schalters 10 geschaltet wird. Die Anschlussdrähte 36a, 36b führen jeweils durch den Hauptkörper 32 bis zu ihren Enden, an denen sich Kontaktstellen 38a, 38b, jeweils auf der in Figur 2 rechten und linken Seite des Hauptkörpers 32 befinden. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, die Anschlussdrähte 36a, 36b sowie deren Ummantelung 34a, 34b in den Hauptkörper 32 einzugießen. Hierfür ist es erforderlich, die Anschlussdrähte 36a, 36b während es Gießvorgangs des Hauptkörper 32 festzuhalten, was im Bereich der in Figur

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2 zu erkennenden Aussparungen 40a, 40b, 40c des Hauptkörpers 32 geschieht. Die Anschlussdrähte 36a, 36b, verlaufen im Inneren des Hauptkörpers 32 abgebogen. Dieses Maßnahme sichert die Anschlussdrähte 36a, 36b zusätzlich gegen ein unbeabsichtigtes Herausziehen aus dem Hauptkörper 32. Aus Platzgründen is es günstig, wenn beide Anschlussdrähte 36,a, 36b auf derselben Seite aus dem Hauptkörper herausragen.

Zwischen den beiden Kontaktstellen 38a, 38b verläuft erfindungsgemäß ein als Rückhaltemittel ausgebildeter Metalldraht, der die beiden Anschlussdrähte 36a, 36b elektrisch leitend verbindet. Zur Befestigung dieses Drahtes ist ein Klemmelement 42 vorgesehen, das ebenfalls aus Kunststoff hergestellt ist. Es wird von oben auf den Hauptkörper aufgesteckt, nachdem zuvor der Verbindungsdraht eingelegt worden ist.

Der Verbindungsdraht ist in der Figur 3 zu erkennen, wo er mit dem Bezugszeichen 44 bezeichnet ist. Figur 3 zeigt einen Schnitt durch den in Figur 2 gezeigten Notaktor entlag der Linie A-A. In Figur 3 ist zu erkennen, dass der Verbindungsdraht 44 an den beiden Kontaktstellen 38a, 38b oberhalb der beiden Anschlussdrähte 36a, 36b verläuft. Zur Fixierung des Verbindungsdrahts 44 wird das Klemmelement 42 aufgesteckt, nachdem der Verbindungsdraht 44 eingelegt ist. Zur zusätzlichen Fixierung des Verbindungsdrahts 44 ist zu dem vorgesehen, den Verbindungsdraht 44 mit einem elektrischleitfähigen Klebstoff an den Anschlussdrähten 36a, 36b zu verkleben. Das Auftragen des Klebstoffs geschieht hierbei bevorzugt, nachdem der Verbindungdraht 44 eingelegt ist, aber bevor das Klemmelement aufgesteckt wird.

Weiterhin erkennt man in Figur 3 eine Druckfeder 46, ein Auslöseelement 48, sowie einen Haken 50, durch den der Verbindungsdraht 44 geführt ist.

Man sieht, dass die Kontaktstellen 38a, 38b der beiden Anschlussdrähte 36a, 36b jeweils ganz am Außenrand des Hauptkörpers angeordnet sind.

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Dies bringt zum einen Platzvorteile für die Anordnung der Anschlüsse, da der Notaktor 12 selbst relativ klein ist (Volumen kleiner als 1cm³). Zum anderen bewirkt diese Anordnung auch eine geringere Verbiegung des Verbindungsdrahtes. Der Haken 50 besteht bevorzugt aus Metall und ist in das Auslöseelement 48 eingebettet. Das Auslöseelement 48 selbst ist aus einem isolierenden Material, bevorzugt aus Kunststoff hergestellt, so dass der Haken eingespritzt sein kann. Es ist in einen nach unten offenen Hohlraum des Hauptkörpers 32 eingesetzt, so dass der Verbindungsdraht 44 über den Haken 50 das Auslöseelement 48 am Boden des Hauptkörper 32 fixiert.

Die Druckfeder 46 ist in eine Öffnung des Hauptkörper eingesetzt und wirkt zwischen dem Hauptköper 32 und dem Auslöseselement 48. Dabei steht das Auslöseelement 48 unter einer Vorspannung, wenn sich der Notaktor in seiner Normalbetriebsstellung befindet, in der das Auslöseelement 48 am Boden des Hauptkörpers 32 anliegt. Die Vorspannung der Feder 46 wird dabei durch den Verbindungsdraht 44 aufgefangen, so dass der Notaktor 12 in einem Zustand gesichert ist, in dem er einen Stromfluss von der Netzseite zur Lastseite zulässt.

Der Verbindungsdraht 44 ist als Schmelzdraht ausgebildet, d.h. er geht in einen flüssigen Aggregatzustand über, wenn ein elektrischer Strom mit einer vorbestimten Stromstärke durch ihn hindurch fließt. Dieser Strom wird dem Notaktor 12 über die Anschlussdrähte 36a, 36b dann zugeführt, wenn der Fl-Schalter eine Abkopplung der Lastseite von der Netzseite durchführen soll. Das Schmelzen des Verbindungsdrahts 44 bewirkt, dass dieser das Auslöseelement 48 nicht mehr gegenüber der Vorspannkraft der Feder 46 sichern kann, so dass aufgrund der durch die Feder 46 ausgeübten Kraft das Auslöseelement 48 nach unten verlagert wird. Dabei drückt das Auslöseelement 48 auf einen Auslösehebel (bzw. eine Auslöseklinke) des Schaltwerks 18 des Fl-Schalters in gleicher Weise, wie

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dies bei "normaler" Betätigung des Fl-Schalters durch den Stößel des Auslöserelais 22 geschieht.

Nachdem er eine Abkopplung ausgelöst hat, kann der Notaktor 12 nicht mehr in einen Zustand zurückversetzt werden, in dem er einen Stromfluss von der Netzseite zur Lastseite des Fl-Schalters zulässt, da das Auslöseelement 48 ohne einen intakten Verbindungsdraht 44 nicht in seiner am Boden des Hauptkörpers anliegenden Stellung gehalten werden kann. Es ist somit erforderlich, entweder den gesamten Notaktor 12 auszutauschen oder aber zumindest den Notaktor mit einem neuen Verbindungsdraht 44 auszustatten. Der Vorgang des Auslösens einer Abkopplung ist also ein irreversibler Vorgang, was erwünscht ist, da der Notaktor 12 nur dann auslösen soll, wenn ein Fehler im Bereich des Auslöserelais 22 oder Steuer/Überwachungselektronik 24 vorliegt, der durch einen entsprechend ausgebildeten Fachmann zu beheben ist.

In Figur 4 ist eine weitere Querschnittsansicht des in Figur 2 gezeigten Notaktors entlang der in Figur 2 gezeigten Linie B-B zu sehen. In Figur 4 sind die mit Bezugnahme auf Figur 2 und 3 bereits erläuterten Komponenten nochmals verdeutlicht zusehen. Insbesondere kann die Verbindung des Verbindungsdrahtes 44 mit dem Haken 50 aus dieser gegenüber Figur 3 um 90° verdrehten Ansicht sehr deutlich erkannt werden.

Zur weiteren Verdeutlichung ist in Figur 5 eine Seitenansicht des Notaktors 12 zu sehen, gesehen aus der Sicht von unten in Figur 2. Besonders erwähnenswert in Figur 5 ist der Anschlussbereich 52, mittels dem der Notaktor 12 an einem Bereich des Fl-Schalters angebracht wird, der bezüglich der Normalstellung des Schaltwerkmechanismus ortsfest ist.

Figur 6 zeigt eine perspektivische Ansicht des Klemmelements 42. Wie bereits erwähnt, wird dieses Klemmelement 42 oben auf den Hauptkörper

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32 des Notaktors 12 aufgesteckt, um den Verbindungsdraht 44 mit den Anschlussdrähten 36a, 36b zu verklemmen. Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass an den Kontaktstellen 38a, 38b zur Aufnahme der Anschlussdrähte 36a, 36b vorgesehene halbrohrförmige Kanäle 54a, 54b im Klemmelement 42 ausgebildet sind, die in einem Winkel von etwa 65° bezüglich der Längsachse C-C angeordnet sind. Durch diese schräge Anordnung der Aufnahmekanäle 54a, 54b wird eine gebogene Führung der Anschlussdrähte 36a, 36b im Inneren des Hauptkörpers 32 ermöglicht. Dies führt zu einer besonders guten Befestigung der Anschlussdrähte 36a, 36b im Hauptkörper 32 beim Herstellen des Hauptkörpers 32 im Spritzgussverfahren.

Anhand der Figuren 7a und 7b soll noch die Wirkungsweise einer Abkopplung der Lastseite des Fl-Schalters von seiner Netzseite mittels des erfindungsgemäßen Notaktors erläutert werden. In Figur 7a und 7b ist die Kopplung des Notaktors 12 sowie des Auslösesrelais 22 an das Schaltwerk 18 sowie dessen detaillierter Mechanismus zum Öffnen des Stromkreises zwischen Lastseite 16 und Netzseite 14 in stark vereinfachter schematischer Form dargestellt. Dabei zeigt Figur 7a die Normalbetriebsart des Notaktors 12, bzw. des Fl-Schalters, in dem die Lastseite 16 und die Netzseite 14 miteinander in elektrischer Verbindung stehen. Dagegen zeigt Figur 7b den Fall, bei dem der Notaktor 12 eine Abkopplung der Lastseite 16 von der Netzseite 14 ausgelöst hat.

Das Schaltwerk 18 umfasst grundsätzlich einen Auslösehebel 62, der durch eine Feder 64 vorgespannt ist und gegen einen Anschlag 60 gedrückt wird. Der Auslösehebel 62 ist an einem stationären Hauptkörper 68 drehbar gelagert und weist einen Nasenabschnitt 70 auf, der im Normalbetriebszustand (Figur 7a) mit einem L-förmigen Hebel 72 in Eingriff steht, der selbst wiederum an dem Hauptkörper 68 drehbar gelagert ist. Auf der gegenüberliegenden Seite des Hauptkörpers 68 ist ein Drehelement 74 vorgesehen, das mit dem L-förmigen Hebel 72 über einen Steg 76

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gelenkig verbunden ist. Zudem ist das Drehelement 74 in der in Figur 7a gezeigten Normalbetriebstellung durch eine weitere Druckfeder 78 in Gegen-Uhrzeigersinn vorgespannt. Mit dem Drehelement 74 ist zudem ein Verbindungsglied 79 gelenkig verbunden, dass auf ein Hubelement 80 einwirkt. Das Hubelement 80 ist mit einem Kontaktelement 82 versehen, das in seinem äußeren Bereich 82a elektrisch leitfähig und gegenüber dem Hubelement 80 elektrisch isoliert ist. Dieser äußere Bereich 82a ist mit dem lastseitigen Ausgang 16 des Fl-Schalters elektrisch verbunden. Das Hubelement 82 ist in einem Führungselement 84 axial verlagerbar geführt.

Zwischen dem Hubelement 80 und dem Führungselement 84 wirkt eine Druckfeder 88. Das Führungselement 84 weist einen Fortsatz 86 auf, dessen äußerer Bereich 86a elektrisch leitfähig und gegenüber dem Führungselement 84 elektrisch isoliert ist. Der äußere Bereich 86a des Führungselements 84 ist elektrisch mit dem netzseitigen Anschluss 14 des Fl-Schalters verbunden. Im Normalbetriebszustand (siehe Figur 7a) liegen die äußeren Bereiche 82a und 86a aneinander an und stellen so den elektrischen Kontakt zwischen der Netzseite 14 und der Lastseite 16 des Fl-Schalters sicher. Die Feder 86 ist stark vorgespannt, so dass sie eine Kraft auf das Hubelement 80 ausübt, welche die elektrische Verbindung zwischen Netzseite und Lastseite unterbrechen würde. Diese Vorspannkraft der Feder 86 wird jedoch durch die Verklinkung der Elemente des Schaltwerks 18, insbesondere zwischen dem Fortsatz 70 des Auslösehebels 62 und dem L-förmigen Hebel 72 aufgefangen.

Bei der in Figur 7b gezeigten Situation ist durch eine Betätigung des Notaktors 1 2 der Auslösehebel 62 nach unten gedrückt worden, wodurch die Verklinkung zwischen dem Fortsatz 70 des Auslösehebels 62 und dem L-förmigen Hebel 72 gelöst ist. Sobald dieses geschehen ist, kann die Feder 78 den Drehhebel 74 entgegen dem Uhrzeigersinn verdrehen und die Feder 88 in der Folge das Hubelement 80 nach rechts verschieben, da nun die Verbindungsglieder 79, 76 sich gegeneinander verdrehen können, und somit der Vorspannkraft der Feder 88 keine entgegen wirkende Kraft mehr

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entgegensetzen können. Als Konsequenz wird die elektrische Verbindung zwischen den elektrisch leitfähigen Abschnitten 82a, 86a unterbrochen, so dass eine Abkopplung der Lastseite von der Netzseite erfolgt.

Claims (16)

1. Strombegrenzungsschalter, umfassend

- ein Schaltwerk (18) zur elektrischen Abkopplung einer Ausgangsseite (16) des Strombegrenzungsschalters von seiner Eingangsseite (14);

- einen Hauptauslöser (22) zum Auslösen einer Abkopplung der Ausgangsseite (16) des Strombegrenzungsschalters (10) von seiner Eingangsseite (14), wenn ein elektrischer Strom einen vorbestimmten Wert überschreitet,

gekennzeichnet durch,
einen Hilfsauslöser (12), der bei Betätigung unabhängig vom Zustand des Hauptauslösers (22) eine Abkopplung der Ausgangsseite (16) des Strombegrenzungsschalters von seiner Eingangsseite (14) auslöst.

2. Strombegrenzungsschalter, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Strombegrenzungsschalter als Fehlerstrombegrenzungsschalter (FI-Schalter) (10) mit einem Summenstromwandler (20) zum Erfassen eines Fehlerstroms ausgebildet ist, wobei der Hauptauslöser (22) eine Abkopplung der Ausgangsseite (16) des FI-Schalters (10) von seiner Eingangsseite (14) auslöst, wenn der Fehlerstrom einen vorbestimmten Wert überschreitet.

3. Strombegrenzungsschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfsauslöser (12) unabhängig vom Hauptauslöser (22) auf das Schaltwerk (18) einwirkt, um eine Abkopplung der Ausgangsseite (16) des Strombegrenzungsschalters von seiner Eingangsseite (14) auszulösen.

4. Strombegrenzungsschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfsauslöser (12) nach dem Auslösen einer Abkopplung ohne eine wenigstens teilweise Demontage nicht mehr in einen Zustand überführbar ist, in dem er eine elektrische Verbindung von der Eingangsseite (14) zur Ausgangsseite (16) des Strombegrenzungsschalters zulässt.

5. Strombegrenzungsschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil des Hilfsauslösers (12) nach dem Auslösen einer Abkopplung ausgetauscht werden muss, um eine elektrische Verbindung von der Eingangsseite (14) zur Ausgangsseite (16) des Strombegrenzungsschalters zuzulassen.

6. Strombegrenzungsschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfsauslöser (12) ein im Normalbetriebszustand unter mechanischer Vorspannung stehendes Auslöseelement (48) umfasst, das im Normalbestriebszustand durch ein Rückhalteelement (44) gesichert ist und im Falle des Auslösens einer Abkopplung durch die Vorspannkraft verlagert wird.

7. Strombegrenzungsschalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das der Hilfsauslöser (12) eine Druckfeder (46) umfasst, die im Normalbetriebszustand auf das Auslöseelement (48) eine Vorspannkraft ausübt.

8. Strombegrenzungsschalter nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückhalteelement (44) wenigstens in einem Teilbereich elektrisch leitfähig ist und wenigstens in diesem Bereich im Fall des Auslösens einer Abkopplung seinen Aggregatzustand ändert.

9. Strombegrenzungsschalter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch leitfähige Teilbereich einen Schmelzdraht (44) umfasst.

10. Strombegrenzungsschalter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch leitfähige Teilbereich eine Verbindungsstelle, insbesondere eine Lötstelle, umfasst.

11. Strombegrenzungsschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfsauslöser (12) einen aus einem isolierenden Material hergestellten Hauptkörper (32) sowie zwei auf einer Seite des Hauptkörpers herausführende, in den Hauptkörper eingeformte Anschlusselemente (36a; 36b) umfasst, die jeweils an ihrem dem Hauptkörper (32) zugewandten Ende eine Kontaktstelle (38a; 38b) besitzen, und durch das zwischen den beiden Kontaktstellen (38a, 38b) verlaufende Rückhaltelement (44) elektrisch verbunden sind.

12. Strombegrenzungsschalter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückhalteelement (44) an den Kontaktstellen (38a; 38b) jeweils zwischen dem Anschlusselement (36a; 36b) und einem Klemmelement (42) eingeklemmt und vorzugsweise zusätzlich verklebt ist.

13. Strombegrenzungsschalter nach einem der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, dass der Strombegrenzungsschalter eine Steuereinheit (24) zur Steuerung des Auslösens des Hauptauslösers (22) oder/und des Hilfsauslösers (12) umfasst.

14. Strombegrenzungsschalter nach einem der Ansprüche 1-13, dadurch gekennzeichnet, dass der Strombegrenzungsschalter ferner eine vorzugsweise in die Steuereinheit integrierte Überwachungseinheit (24) zur Überwachung oder/und Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Hauptauslösers (22) umfasst.

15. Strombegrenzungsschalter nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfsauslöser (12) in Reihe zwischen der Steuereinheit oder/und der Überwachungseinheit (24) einerseits und deren Stromversorgung (6) andererseits geschaltet ist.

16. Hilfsauslöser (12) für einen Strombegrenzungsschalter, gekennzeichnet durch, wenigstens eines der Merkmale der Ansprüche 3-12.