EP1860675A2 - Leitungsschutzschalter - Google Patents

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EP1860675A2
EP1860675A2 EP07008639A EP07008639A EP1860675A2 EP 1860675 A2 EP1860675 A2 EP 1860675A2 EP 07008639 A EP07008639 A EP 07008639A EP 07008639 A EP07008639 A EP 07008639A EP 1860675 A2 EP1860675 A2 EP 1860675A2
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EP
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armature
ring
circuit breaker
short
circuit
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EP07008639A
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EP1860675B1 (de
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Wolfgang Dipl.-Ing. Pump
Roland Ritz
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ABB AG Germany
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ABB Patent GmbH
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
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    • H01H71/24—Electromagnetic mechanisms
    • H01H71/30—Electromagnetic mechanisms having additional short-circuited winding
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    • H01H71/10—Operating or release mechanisms
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H50/00—Details of electromagnetic relays
    • H01H50/44—Magnetic coils or windings
    • H01H50/46—Short-circuited conducting sleeves, bands, or discs

Definitions

  • the invention relates to a circuit breaker according to the preamble of claim 1.
  • the invention is particularly applicable to a selective main circuit breaker.
  • Such selective main line circuit breakers are mainly used in the lower terminal compartment of meter places, for example in a domestic installation and protect in cooperation with the downstream circuit breakers, which are each associated with the individual consumers, the electrical installation system from dangerous overcurrents and short-circuit currents.
  • the upstream selective main circuit breaker must remain active, that is, in the switched, not tripped state, when overcurrents or short circuits occur that occur behind downstream circuit breakers and are disconnected from them.
  • the contact point of the main circuit breaker is only opened, whereby the downstream circuit breaker are supported in particular short-circuit current limiting; in case of overcurrents, the main circuit breaker should not respond. Only with overcurrents and short circuits between the selective main line circuit breaker and the downstream circuit breakers of the selective main circuit breaker to limit the short-circuit current and turn off the circuit.
  • selective main circuit breakers have, in addition to the main flow path, a secondary flow path which is arranged parallel to a main contact point.
  • a bimetallic strip is used in the secondary flow path.
  • the opening of the contact point of the main flow path causes a commutation of the current in the secondary flow path, whereby the thermostatic bimetal is activated, time-delayed unlocks the switching mechanism and thus permanently opens the main contact flow path, wherein a further contact point is arranged either in the secondary flow path or in the main flow path outside the secondary flow path, so that both the main contact point and this auxiliary contact point interrupt the current.
  • the main contact point in the selective main circuit breaker is thereby opened to achieve a current limit of a solenoid system, which has the consequence that closes the main contact point in the zero crossing of the current again.
  • This has the consequence that the selective triggering is delayed undefined and that due to pumping movements of the movable contact piece of the main contact point burn off the contact pieces of the main contact point, because in these movements arcs occur. For this reason, means are required to keep the main contact point open until the final shutdown.
  • a selective circuit breaker which has a main contact point in a main current path and parallel to the main contact point a secondary current path in which a secondary contact point is arranged.
  • a magnet system which opens the main contact point.
  • a side-current winding is provided, which is in the secondary current path and the exceeding of a certain current-time value in Maustrompfad, especially in persistent short circuit, the switching mechanism unlatched to the permanent contact opening both the main contact point and the secondary contact point.
  • Such a bypass winding means an increased effort.
  • the object of the invention is to simplify a circuit breaker of the type mentioned input.
  • a short-circuit ring is provided on the armature and / or on the magnetic core.
  • This short-circuit ring which consists of a material of good electrical conductivity, for example copper, acts as follows:
  • Short circuit rings as such are known. Short circuit rings, in particular, used in contactors, which are introduced into at least one yoke surface of a U- or E-shaped lamellar armature and with which the humming of the contactor is prevented. In circuit breakers, especially in selective Haupt effetsschutzschaltem, such shorting rings have not been used in the armature or in the magnetic core.
  • the short-circuit ring can be arranged at different locations, as can be seen from the dependent claims.
  • a groove is mounted in the anchor end face, the outer circumference of which is spaced from the outer circumference of the anchor or the core. It is also possible to introduce on the outer peripheral edge of the anchor or core end face a gradation, in which the short-circuit ring is inserted; In a further embodiment, the short-circuit ring may be inserted in a circumferential groove on the outer surface of the armature and / or the core.
  • An electrical circuit breaker in particular a main circuit breaker, which is not shown here in detail, has a magnet system 10, a fixed Magnetic core 11 and a movable armature 12 is assigned.
  • the magnetic core 11 is fixed to a transverse web 13 of an iron circle 14 and has an axial passage 15 through which a striking pin 16, which acts on a movable contact piece of a contact point from the armature 12 engages. It is located in the web 13 bore 16 which is aligned with the passage 15.
  • the magnetic core 11 is surrounded by a coil tube 17 and fixed therein, and the coil tube 17 is surrounded by a coil winding 18 having a lead 19 and a lead 20, so that the coil 18 via the lead 19 and lead 20 is turned into a current path is.
  • a selective main circuit breaker this is a main current path.
  • the coil tube 17 engages at least partially the armature 12, which is held by a spring 21 at a distance D to the magnetic core 11, wherein this distance between the end faces 22 of the magnetic core 23 and the armature is located.
  • the spring 21 acts on the magnet armature 12 in the direction away from the magnetic core 23.
  • the iron circle 14 has two parallel to the direction of movement of the armature 12 extending longitudinal webs 24 and 25, which are connected to each other by means of a further transverse web 26, wherein the further transverse web 26 has a through hole 27 through which the armature 12 can reach through.
  • a circumferential groove 28 is introduced, whose outer circumference from the outer periphery of the outer surface of the magnetic core occupies a distance d.
  • a short-circuit ring 29 is used, whose function will be explained below.
  • the short-circuit ring 29 is made of electrically highly conductive material, in particular copper.
  • FIGS. 1 and 2 it is shown that the short-circuit ring 29 is inserted into the end face 22 of the magnetic core 11.
  • the short-circuit ring 29 in a correspondingly arranged groove in the magnet armature in the same way Insert 12; the arrangement of the groove 28 on the armature 12 is equal to the arrangement of the short-circuit ring and the groove 28 on the magnetic core.
  • FIGS. 3 and 4 show two different arrangements of a short-circuit ring, wherein a distinction between the magnetic core and armature is not made. It is assumed that FIGS. 3 and 4 represent a magnet armature; in FIG. 3, the magnet armature has the reference numeral 30 and in FIG. 4 the reference numeral 40.
  • a recess 32 is provided, in which a short-circuit ring 33 is inserted, so that the free edge of the short-circuit ring 33 practically forms the edge between the outer circumference of the magnet armature 30 and the end face 31.
  • this arrangement could also be arranged identically on a magnetic core.
  • the magnet armature 40 is provided with a circumferential groove-shaped groove 42 arranged on its outer peripheral surface 41 into which a short-circuit ring 43 is inserted, wherein the short-circuit ring 43 has an outer diameter corresponding to the outer diameter of the outer surface 41.
  • the short-circuit ring 29 or 33 is located in the region of the end face 22 or 31 of the magnet core or of the magnet armature, whereby the end face is reduced, whereas in the embodiment according to FIG. 4 the end face of the armature 40 or the core is not reduced.
  • the short-circuit ring serves to keep the magnet armature open and, in addition, the contact point, because in the short-circuit ring a current flow is generated which is phase-shifted and thereby causes the magnetic force to not become zero at the zero crossing of the short-circuit current.
  • Fig. 5 in which a Force-current diagram is shown, with a curve F1, which increases with increasing current. Opposite to the direction of force F, the current over time t is shown as sinusoidal curve I 1 . If no shorting ring is provided, then the magnetic force will vary according to the curve F 2 , with the current moving between an upper, maximum value F o and a lower value F u due to the zero crossing, corresponding to the current increase as well as the zero crossing becomes zero. With a short-circuit ring, a force-current curve F 3 is generated in which a decrease in the force to zero is prevented due to the phase-shifted current generated in the ring is prevented.
  • the short-circuit ring can be arranged on the magnet armature, on the magnet core or on both.

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Abstract

Leitungsschutzschalter, insbesondere selektiver Hauptleitungsschutzschalter, mit einem elektromagnetischen Auslöser (10), mit einem Magnetkern (11) und einem beweglichen Magnetanker (12), mit einer Spulenanordnung (18) und einem Magnetjoch (14), mit wenigstens einer Kontaktstelle und mit Mitteln zum Offenhalten der wenigstens einen Kontaktstelle, wobei am Magnetanker (12) und/oder am Magnetkern (11) ein Kuzschlussring (29, 33, 43) angebracht ist.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Leitungsschutzschalter gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
  • Dabei ist die Erfindung insbesondere anwendbar bei einem selektiven Hauptleitungsschutzschalter.
  • Solche selektive Hauptleitungsschutzschalter werden hauptsächlich in den unteren Anschlussraum von Zählerplätzen beispielsweise in einer Hausinstallationsanlage eingesetzt und schützen im Zusammenwirken mit den nachgeschalteten Leitungsschutzschaltern, die jeweils den einzelnen Verbrauchern zugeordnet sind, die elektrische Installationsanlage vor gefährlichen Überströmen und Kurzschlussströmen.
  • Ein wichtiges Funktionsmerkmal dieser Schalter ist die Selektivitätsanforderung. Danach muss der vorgeschaltete selektive Hauptleitungsschutzschalter aktiv das heißt im eingeschalteten, nicht ausgelösten Zustand bleiben, wenn Überströme oder Kurzschlüsse auftreten, die hinter nachgeschalteten Leitungsschutzschaltern auftreten und von diesen abgeschaltet werden. Im Falle solcher Kurzschlüsse wird die Kontaktstelle des Hauptleitungsschutzschalters lediglich geöffnet, wodurch die nachgeschalteten Leitungsschutzschalter insbesondere kurzschlussstrombegrenzend unterstützt werden; bei Überströmen soll der Hauptleitungsschutzschalter nicht ansprechen. Lediglich bei Überströmen und Kurzschlüssen zwischen dem selektiven Hauptleitungsschutzschalter und den nachgeschalteten Leitungsschutzschaltern soll der selektive Hauptleitungsschutzschalter den Kurzschlussstrom begrenzen und den Stromkreis abschalten.
  • Zur Realisierung dieser Selektivitätsanforderung besitzen selektive Hauptleitungsschutzschalter zusätzlich zur Hauptstrombahn eine Nebenstrombahn, die parallel zu einer Hauptkontaktstelle angeordnet ist. In der Nebenstrombahn ist ein Thermobimetall eingesetzt. Die Öffnung der Kontaktstelle der Hauptstrombahn bewirkt eine Kommutierung des Stromes in die Nebenstrombahn, wodurch das Thermobimetall aktiviert wird, zeitverzögert das Schaltschloß entklinkt und demgemäß die Hauptkontaktstrombahn dauerhaft öffnet, wobei eine weitere Kontaktstelle entweder in der Nebenstrombahn oder in der Hauptstrombahn außerhalb der Nebenstrombahn angeordnet ist, so dass sowohl die Hauptkontaktstelle als auch diese Nebenkontaktstelle den Strom unterbrechen.
  • Die Hauptkontaktstelle im selektiven Hauptleitungsschutzschalter wird dabei zur Erzielung einer Strombegrenzung von einem Elektromagnetsystem geöffnet, was zur Folge hat, dass sich die Hauptkontaktstelle im Nulldurchgang des Stromes wieder schließt. Dies hat zur Folge, dass die Selektivauslösung undefiniert verzögert wird und dass aufgrund von Pumpbewegungen des beweglichen Kontaktstückes der Hauptkontaktstelle die Kontaktstücke der Hauptkontaktstelle abbrennen, weil bei diesen Bewegungen Lichtbögen entstehen. Aus diesem Grunde sind Mittel erforderlich, um die Hauptkontaktstelle bis zur endgültigen Abschaltung offen zu halten.
  • Insbesondere aus der DE 102 44 961 B3 ist ein selektiver Leitungsschutzschalter bekannt geworden, der eine Hauptkontaktstelle in einem Hauptstrompfad und parallel zu der Hauptkontaktstelle einen Nebenstrompfad aufweist, in welchem eine Nebenkontaktstelle angeordnet ist. Im Hauptstrompfad befindet sich ein Magnetsystem, welches die Hauptkontaktstelle öffnet. Zur Verhinderung des Schließens vor dem endgültigen Abschalten ist eine Nebenstromwicklung vorgesehen, die im Nebenstrompfad liegt und die bei Überschreiten eines bestimmten Strom- Zeitwertes im Nebenstrompfad, insbesondere bei fortbestehendem Kurzschluss, das Schaltschloß zur bleibenden Kontaktöffnung sowohl der Hauptkontaktstelle als auch der Nebenkontaktstelle entklinkt.
  • Eine solche Nebenstromwicklung bedeutet einen erhöhten Aufwand.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen Leitungsschutzschalter der Eingang genannten Art zu vereinfachen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruches 1.
  • Dabei ist am Magnetanker und/oder am Magnetkern ein Kurschlussring vorgesehen. Dieser Kurzschlussring, der aus einem Material guter elektrischer Leitfähigkeit, zum Beispiel Kupfer besteht, wirkt wie folgt:
  • Beim Ansprechwert des Magnetsystems wird der Magnetanker oder auch kurz Anker genannt in Richtung des Magnetkerns oder auch kurz Kern genannt, angezogen. Beim nächsten Stromdurchgang des Wechselstromes ohne Kurzschlussring vom Kern wieder abfallen. Dieses Abfallen wird durch den Kurzschlussring verhindert, weil durch die zeitliche Änderung des Magnetfeldes eine Spannung im Kurzschlussring induziert wird, die durch den Kurzschlussring einen Strom treibt, der ein geeignetes und entsprechendes Magnetfeld zwischen dem Anker und dem Kern erzeugt. Demgemäß wird die Magnetkraft zwischen dem Anker und dem Kern noch eine gewisse Zeit aufrecht erhalten.
  • Kurzschlussringe als solche sind bekannt. Insbesondere bei Schützen verwendet man Kurzschlussringe, die in wenigstens eine Jochfläche eines U- oder E- förmigen lamelierten Ankers eingebracht sind und mit denen das Brummen des Schützes verhindert wird. Bei Leitungsschutzschaltern, insbesondere bei selektiven Hauptleitungsschutzschaltem, sind derartige Kurzschlussringe im Anker oder im Magnetkern nicht angewendet worden.
  • Der Kurzschlussring kann an unterschiedlichen Stellen angeordnet werden, wie aus den Unteransprüchen zu entnehmen ist.
  • Bei einer Ausfertigung wird in die Ankerstirnfläche eine Nut angebracht, deren Außenumfang vom Außenumfang des Ankers oder des Kerns beabstandet ist. Es besteht auch die Möglichkeit, an der Außenumfangskante der Anker- bzw. Kernstirnfläche eine Stufung einzubringen, in die der Kurzschlussring eingesetzt ist; bei einer weiteren Ausführung kann der Kurzschlussring in eine umlaufende Nut auf der Außenfläche des Ankers und/oder des Kerns eingesetzt sein.
  • Anhand der Zeichnung, in der einige Ausführungsformen der Erfindung dargestellt sind, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.
  • Es zeigen
    • Fig. 1
    eine Längsschnittansicht durch eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Magnetsystems,
    Fig. 2
    eine Aufsicht auf die Stirnfläche des Kerns,
    Fig. 3
    eine Schnittansicht durch einen Kern oder einen Anker einer weiteren Ausführungsform,
    Fig. 4
    eine Teilschnittansicht eines Kerns oder Ankers mit einer weiteren Ausführungsform der Erfindung und
    Fig. 5
    ein F-I- Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise des Kurzschlussrings.
  • Ein elektrischer Leitungsschutzschalter, insbesondere ein Hauptleitungsschutzschalter, der hier nicht näher dargestellt ist, besitzt ein Magnetsystem 10, dem ein feststehender Magnetkern 11 und ein bewegbarer Magnetanker 12 zugeordnet ist. Der Magnetkern 11 ist an einem Quersteg 13 eines Eisenkreises 14 befestigt und besitzt einen axialen Durchlass 15, durch den ein Schlagstift 16, der auf ein bewegliches Kontaktstück einer Kontaktstelle vom Anker 12 angetrieben einwirkt hindurchgreift. Dabei befindet sich in dem Steg 13 Bohrung 16, die mit dem Durchlass 15 fluchtet.
  • Der Magnetkern 11 ist von einem Spulenrohr 17 umgeben und darin fixiert, und das Spulenrohr 17 ist von einer Spulenwicklung 18 umgeben, die eine Zuleitung 19 und einen Ableitung 20 aufweist, so dass die Spule 18 über die Zuleitung 19 und Ableitung 20 in einen Strompfad eingeschaltet ist. Bei einem selektiven Hauptleitungsschutzschalter ist dies ein Hauptstrompfad.
  • In das Spulenrohr 17 greift wenigstens teilweise der Anker 12 ein, der von einer Feder 21 auf Abstand D zum Magnetkern 11 gehalten ist, wobei sich dieser Abstand zwischen den Stirnflächen 22 des Magnetkerns 23 und des Magnetankers befindet. Die Feder 21 beaufschlagt den Magnetanker 12 in Richtung weg vom Magnetkern 23.
  • Der Eisenkreis 14 besitzt zwei parallel zur Bewegungsrichtung des Ankers 12 verlaufende Längsstege 24 und 25, die mittels eines weiteren Quersteges 26 miteinander verbunden sind, wobei der weitere Quersteg 26 eine Durchgangsöffnung 27 aufweist, durch die der Anker 12 hindurchgreifen kann.
  • In der Stirnfläche 22 ist eine umlaufende Nut 28 eingebracht, deren Außenumfang vom Außenumfang der Außenfläche des Magnetkerns einen Abstand d einnimmt. In diese umlaufende Nut 28 ist ein Kurzschlussring 29 eingesetzt, dessen Funktion weiter unten erläutert wird. Der Kurzschlussring 29 besteht aus elektrisch gut leitfähigem Material, insbesondere aus Kupfer.
  • In der Fig. 1 und 2 ist dargestellt, dass der Kurzschlussring 29 in die Stirnfläche 22 des Magnetkerns 11 eingesetzt ist. Es besteht in gleicher Weise auch die Möglichkeit, den Kurzschlussring 29 in eine entsprechend angeordnete Nut im Magnetanker 12 einzusetzen; die Anordnung der Nut 28 am Magnetanker 12 ist gleich der Anordnung des Kurzschlussringes bzw. der Nut 28 am Magnetkern.
  • Die Figuren 3 und 4 zeigen zwei unterschiedliche Anordnungen eines Kurzschlussringes, wobei eine Unterscheidung zwischen Magnetkern und Magnetanker nicht getroffen ist. Es sei angenommen, dass die Figuren 3 und 4 einen Magnetanker darstellen; in der Fig. 3 besitzt der Magnetanker die Bezugsziffer 30 und in der Fig. 4 die Bezugsziffer 40.
  • Im Bereich der Übergangskante zwischen der Stirnfläche 31 des Magnetankers 30 ist ein Rücksprung 32 vorgesehen, in den ein Kurzschlussring 33 eingesetzt ist, so dass die freie Kante des Kurzschlussringes 33 praktisch die Kante zwischen dem Außenumfang des Magnetankers 30 und der Stirnfläche 31 bildet.
  • Wie erwähnt, könnte diese Anordnung in identischer Weise auch an einem Magnetkern angeordnet sein.
  • Bei der Ausführung gemäß Fig. 4 ist der Magnetanker 40 mit einer an seiner Außenumfangsfläche 41 angeordneten umlaufenden rillenförmigen Nut 42 versehen, in die der ein Kurzschlussring 43 eingesetzt ist, wobei der Kurzschlussring 43 einem Außendurchmesser aufweist, der dem Außendurchmesser der Außenfläche 41 entspricht.
  • Bei den Anordnungen gemäß den Figuren 1 bis 3 befindet sich der Kurzschlussring 29 bzw. 33 im Bereich der Stirnfläche 22 bzw. 31 des Magnetkerns oder des Magnetankers, wodurch die Stirnfläche verkleinert wird, wogegen bei der Ausführung gemäß Fig. 4 die Stirnfläche des Ankers 40 oder des Kerns nicht reduziert ist.
  • Der Kurzschlussring dient zur Offenhaltung des Magnetankers und darüber hinaus auch der Kontaktstelle, weil im Kurzschlussring ein Stromfluss erzeugt wird, der phasenverschoben ist und dadurch bewirkt, dass die Magnetkraft beim Nulldurchgang des Kurzschlussstromes nicht zu Null wird. Dies ist ersichtlich aus Fig. 5, in der ein Kraft- Strom- Diagramm gezeigt ist, mit einer Kurve F1, die mit steigendem Strom ansteigt. Entgegengesetzt zur Kraftrichtung F ist der Strom über der Zeit t als Sinuskurve I1 dargestellt. Wenn kein Kurzschlussring vorgesehen ist, dann wird sich die magnetische Kraft gemäß der Kurve F2 verändern, wobei entsprechend dem Stromanstieg so wie dem Nulldurchgang sich die Kraft zwischen einem oberen, maximalen Wert Fo und einem unteren Wert Fu bewegt, der aufgrund des Nulldurchgangs zu Null wird. Mit einem Kurzschlussring wird eine Kraft- Stromkurve F3 erzeugt, bei der ein Absinken der Kraft zu Null verhindert wird, aufgrund des im Ring erzeugten phasenverschobenen Stromes verhindert wird.
  • Der Kurzschlussring kann am Magnetanker, am Magnetkern oder an beiden angeordnet sein.

Claims (5)

  1. Leitungsschutzschalter, insbesondere selektiver Hauptleitungsschutzschalter, mit einem elektromagnetischen Auslöser (10), mit einem Magnetkern (11) und einem beweglichen Magnetanker (12), mit einer Spulenanordnung (18) und einem Magnetjoch (14), mit wenigstens einer Kontaktstelle und mit Mitteln zum Offenhalten der wenigstens einen Kontaktstelle, dadurch gekennzeichnet, dass am Magnetanker (12) und/oder am Magnetkern (11) ein Kuzschlussring (29, 33, 43) angebracht ist.
  2. Leitungsschutzschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurzschlussring (29) in eine ringförmige Nut (28) auf der Ankerstirnfläche (23) eingesetzt ist.
  3. Leitungsschutzschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (28) innerhalb des Umfanges der Ankerstirnfläche und/oder der Kernstirnfläche in Abstand zum Umfang vorgesehen ist.
  4. Leitungsschutzschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (32) im Bereich der Kante zwischen der Ankerstirnfläche und der Außenfläche bzw. Kernstirnfläche und dessen Außenfläche angeordnet ist.
  5. Leitungsschutzschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurzschlussring (43) in eine ringförmige Nut (42) auf der Umfangsfläche des Ankers und/oder des Kerns eingesetzt ist.
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