WO1994013003A1 - Magnetauslöser für fehlerstromschutzschalter - Google Patents

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WO1994013003A1
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Sönke KAHL
Wolfgang Neumann
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Felten & Guilleaume Energietechnik Aktiengesellschaft
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
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    • H01H71/10—Operating or release mechanisms
    • H01H71/12—Automatic release mechanisms with or without manual release
    • H01H71/24—Electromagnetic mechanisms
    • H01H71/32—Electromagnetic mechanisms having permanently magnetised part
    • H01H71/321—Electromagnetic mechanisms having permanently magnetised part characterised by the magnetic circuit or active magnetic elements
    • H01H71/323—Electromagnetic mechanisms having permanently magnetised part characterised by the magnetic circuit or active magnetic elements with rotatable armature

Definitions

  • the invention relates to a magnetic release for residual current circuit breakers according to the preamble of claim 1.
  • Residual current circuit breakers are used in electrical devices or systems in order to identify fault currents occurring as a result of a fault or a defect, that is to say currents flowing to the earth and representing a source of danger, and to switch off the electrical circuit. All lines of the electrical device or system connected to the network are routed via a current converter which determines the sum of all currents flowing in and out of the line system. In a trouble-free system, this sum is zero. However, if a part of the mains current flows to earth via a faulty connection as a result of a fault, the sum of the currents flowing in and out through the current transformer becomes zero, as a result of which a magnetic field and a current is generated in the secondary winding of the current transformer become. As a result, this current causes a current to flow in the coil of the magnetic release of the residual current circuit breaker.
  • Such a magnetic release is described in EPA 0 228 345 AI.
  • This has a magnetic yoke with a coupling position for a permanent magnetic field, a core for a release coil, support and pole faces; has a permanent magnet arranged on the coupling point 1, a trigger coil arranged on the core, a hinged armature made of a highly permeable alloy and a plunger which can be actuated by this.
  • the magnetic yoke is composed of two yoke sheets separated from one another by a magnetically poorly conductive diaphragm and made of a highly permeable alloy, each with a molded-on support for the storage of the folding anchors formed.
  • the design of the magnetic yoke is formed at one end by a coupling point 1 e formed on each of the two yoke plates for the permanent magnet and at the other by a pole face, one of which is located on the free end face of the yoke plate and which is formed as the core for the release coil the other is arranged on the yoke plate not projecting into the coil.
  • the hinged anchor is pivotally mounted on the molded supports on the magnetic table and is in contact with the pole faces. A spring engaging the hinged armature loads it in the direction pointing away from the pole faces around the pivot axis.
  • One or more magnetically poorly conductive zones are formed in the area of the armature bearing in order to prevent a magnetic short circuit between the two yoke plates in the vicinity of the pivot axis of the hinged armature.
  • the trip coil carries the current generated in the secondary winding of a summation current transformer, which is generated there as a result of a fault.
  • the current carried in the release coil as a result of a fault weakens the magnetic flux of the permanent magnet, as a result of which the magnetic force becomes smaller than the spring force acting on the armature, the armature tears off the pole faces and actuates the plunger, whereby the contacts of the residual current circuit breaker open become.
  • the magnetic release is complex, relatively large and has the disadvantage that the magnetic energy available through the permanent magnet is not fully used.
  • the invention has for its object to provide a magnetic release for residual current circuit breaker, which is relatively simple in construction, has small dimensions and in which the maximum magnetic energy is used.
  • the advantage of the invention is that the magnetic yoke consists of only one part, which considerably simplifies the construction of the magnetic release, and that it forms the magnetic yoke, which on the one hand envelops the permanent magnet essentially completely and on the other hand two pole faces for has the armature, which generate a holding torque, allows the magnet release to be concentrated in the smallest space and to make maximum use of the magnetic energy of the permanent magnet.
  • the magnetic yoke represents a defined magnetic shunt for the magnet.
  • the design of the bearing as a cutting bearing according to claim 2 is a little agile and low-friction type of storage for the hinged anchor.
  • a height-adjustable arrangement of the permanent magnet according to claim 8 allows a simple way to regulate the magnetic energy that can be fed.
  • FIG. 1 is a perspective view of a magnetic yoke with a cutting bearing and a hinged anchor
  • FIG. 2 is a plan view of a magnetic yoke with permanent magnet and coil e
  • Fig. 3 shows the magnetic flux in the magnetic yoke and Fig. 4 is a side view of a magnetic release.
  • a magnetic yoke 1 is shown as a punching Bi egetei 1 with a hook-shaped shape in its projection (also Fig. 2 and 3).
  • this magnetic yoke 1 has a core 3 arranged on a leg 2 for a tripping coil 4 (FIGS. 2, 4), and on the other hand it is an almost complete and thus also two-pole sheath 5 for a permanent magnet 6 - a single-headed planning area for permanent magnetic flux - trained (Fig. 2, 3).
  • a two-part bearing surface 7 and two pole surfaces 8 and 9 are formed on the magnetic yoke 1, the bearing surface 7 on one side of the permanent magnet 6 on the sheathing 5 and the pole surfaces 8 and 9 Beyond the permanent magnet 6 are formed on the sheath 5 (pole face 9) or on the core 3 (pole face 8).
  • a plate 9 with a contact surface 10 and two lateral locking surfaces 11 is arranged on the support surface 7, the surfaces 7 and 10 which are at right angles to one another forming a groove and representing a cutting bearing 12. The locking surfaces 11 close the throat and limit the cutting bearing 12 on both sides.
  • FIG. 1 further shows a plate-shaped hinged anchor 13 with a shape which corresponds approximately to the extent of the projection of the magnetic yoke 1.
  • a cutting edge 14 is formed on the 1 agersei ti gene narrow side, which is located above the bearing surface 7 of the magnetic yoke 1 (Fig. 1).
  • An engagement lever 15 for a tension spring 16 (FIG. 4) is arranged on the upper side of the folding anchor 13.
  • FIG. 4 shows a magnetic release according to the invention in a schematic representation.
  • the arrangement of the hinged anchor 13 can be seen there. This rests on the two pole faces 8 and 9 with a contact fit, the cutting edge 14 of which rests in the throat of the cutting bearing 12.
  • the other end of the tension spring 16 is articulated on the attack lever 15.
  • the illustration shows the arrangement of the permanent magnet 6 in the magnetic yoke 1.
  • 3 shows the magnetic flux given as a result of the coupling of the permanent magnetic field into the magnetic yoke 1.
  • the permanent magnet 6 integrated in the magnetic yoke 1 generates a magnetic flux in the magnetic yoke 1, which flows between the two poles (8, 9) via the hinged armature 13 and pulls it to the pole faces 8 and 9 as a result of the magnetic force. Because the permanent magnet 6 is surrounded on both poles by the magnetic yoke 1 and the support surface 7 is not a pole surface, the magnetic energy of the permanent magnet 6 is utilized to the maximum and is optimally generated by the position of the two pole surfaces 8 and 9 relative to the support surface 7 ⁇ supply a holding torque used.
  • the strength of the acting magnetic field and thus also the sensitivity of the magnetic release can be predetermined by the permanent magnet 6 and can also be changed by its height shift in the magnetic yoke 1.
  • the state shown in FIG. 4 shows that the holding torque acting through the magnetic flux on the hinged armature 13 is greater than the pulling moment counteracting it, determined by the force of the tension spring 16 and the engagement lever 15.
  • a current generated as a result of a fault in the secondary winding of the associated current transformer also flows in the trip coil 4 and in turn generates a magnetic field in the core 3 which affects the magnetic field predetermined by the permanent magnet 6 and weakens such that the force of the tension spring acting on the hinged armature 13 16 becomes greater than the magnetic holding torque, so that the hinged armature 13 tears off the pole faces 8 and 9 and is pivoted away (folded away) about the cutting edge 14 from these pole faces.
  • the plunger 17 is actuated, that is to say upwards presses, and in turn opens the contacts of the residual current circuit breaker.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Magnetauslöser für einen Fehlerstromschutzschalter mit einem mittels einer Feder belasteten Klappanker, einem Dauermagneten, einer Auslösespule, einem Magnetjoch mit Kern für die Auslösespule, einem Lager und Polflächen für den Klappanker und mit einem durch diesen betätigbaren Stößel. Sie löst die Aufgabe, einen derartigen Magnetauslöser so zu gestalten, daß sein Aufbau einfach ist, seine Abmessungen klein sind und die zur Verfügung stehende magnetische Energie maximal genutzt wird. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetjoch (1) ein in seiner Projektion hakenförmig gestaltetes Biegeteil ist, das einerends den Dauermagneten (6) beidpolig und nahezu vollständig umhüllt und andernends zu einem vom Dauermagneten (6) wegführenden Schenkel (2) ausgebildet ist, daß der Kern (3) für die Auslösespule (4) an diesem Schenkel (2) auf der der Projektionsebene abgewandten Seite angeordnet ist, und daß eine Polfläche (8) am Kern (3) und eine Polfläche (9) zwischen dem Kern (3) und dem Dauermagneten (6) am Ende des diesen umhüllenden Bereiches (5) des Magnetjochs (1) und das Lager (12) auf der den Polflächen (8, 9) abgewandten Seite des Dauermagneten (6) am umhüllenden Bereich (5) des Magnetjochs (1) ausgebildet sind.

Description

Beschrei bung :
Magnetauslöser für Fehlerstromschutzschalter
Die Erfindung betrifft einen Magnetauslöser für Fehlerstrom¬ schutzschalter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Fehlerstromschutzschalter werden in Elektrogeräten oder -anlagen eingesetzt, um infolge einer Störung oder eines Defektes auftre¬ tende Fehlerströme, also zur Erde abfließende und eine Gefahren¬ quelle darstellende Ströme, zu erkennen und den elektrischen Stromkreis abzuschalten. Alle mit dem Netz verbundenen Leitungen des Elektrogerätes oder der -anläge werden über einen Stromwand¬ ler geführt, der die Summe aller in dem Leitungssystem zu- und abfließenden Ströme ermittelt. In einem störungsfreien System ist diese Summe Null . Wenn jedoch infolge einer Störung ein Teil des Netzstromes über eine Fehl verbi ndung zur Erde abfließt, wird die Summe der durch den Stromwandler zu- und abfließenden Ströme un¬ gleich Null , wodurch ein magnetisches Feld und in der Sekundär¬ wicklung des Stromwandlers ein Strom erzeugt werden. Dieser Strom bewirkt in Folge einen Stromfluß in der Spule des Magnetauslösers des Fehlerstromschutzschalters.
Ein solcher Magnetauslöser ist in der EPA 0 228 345 AI beschrie¬ ben. Dieser weist ein Magnetjoch mit einer Ei nkoppl ungsstel 1 e für ein Dauermagnetfeld, einen Kern für eine Auslösespule, Auflage- und Polflächen auf; hat einen an der Ei nkoppl ungsstel 1 e angeord¬ neten Dauermagneten, eine am Kern angeordnete Auslösespule, einen Klappanker aus einer hochpermeabl en Legierung und einen durch diesen betätigbaren Stößel . Das Magnetjoch ist aus zwei durch ein magnetisch schlecht leitendes Diaphragma getrennt anei nanderl ie- genden, aus einer hochpermeabl en Legierung bestehenden Jochble¬ chen mit je einer angeformten Auflage für die Lagerung des Klapp- ankers gebildet. Die Gestaltung des Magnetjochs ist einends durch eine an jedem der beiden Jochbleche angeformte Ei nkoppl ungsstel 1 e für den Dauermagneten gebildet und andernends durch je eine Pol¬ fläche bestimmt, von denen sich eine an der freien Stirnseite des zum Kern für die Auslösespule ausgebildeten Jochblechs und die andere an dem nicht in die Spule hineinragenden Jochblech ange¬ ordnet ist. Der Klappanker ist an den angeformten Auflagen am Magnettisch schwenkbar gelagert und steht mit den Polflächen in kontaktschlüssigem Eingriff. Eine am Klappanker angreifende Feder belastet diesen in der von den Polflächen wegweisenden Richtung um die Schwenkachse. Im Bereich der Ankerlagerung sind eine oder mehrere magnetisch schlecht leitende Zonen ausgebildet, um zu verhindern, daß in der Nähe der Schwenkachse des Klappankers ein magnetischer Kurzschluß zwischen den beiden Jochblechen stattfin¬ det. Die Auslösespule führt den in der Sekundärwicklung eines Summenstromwandl ers erzeugten Strom, der dort infolge einer Stö¬ rung erzeug wird.
Das an der Ei nkoppl ungsstel 1 e des Magnetjochs durch den dort an¬ geordneten Dauermagneten eingekoppelte Magnetfeld zieht über die Polflächen den Anker an, wobei der Dauermagnet so eingestellt ist, daß die magnetische Kraft größer als die entgegengesetzt wirkende Kraft der am Anker angreifenden Feder ist. Der in der Auslösespule infolge einer Störung geführte Strom schwächt den magnetischen Fluß des Dauermagneten, wodurch die magnetische Kraft kleiner als die auf den Anker wirkende Federkraft wird, der Anker reißt von den Polflächen ab und betätigt den Stößel, wo¬ durch die Kontakte des Fehlerstromschutzschalters geöffnet wer¬ den .
Der Magnetauslöser ist durch dessen aus mehreren Teilen bestehen¬ des Magnetjoch aufwendig, relativ groß und hat den Nachteil , daß die durch den Dauermagneten zur Verfügung stehende magnetische Energie nicht vollständig genutzt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Magnetauslöser für Fehlerstromschutzschalter zu schaffen, der in seinem Aufbau relativ einfach ist, kleine Abmessungen hat und bei dem die magnetische Energie maximal genutzt wird.
Diese Aufgabe wird bei einem Magnetauslöser für Fehlerstrom¬ schutzschalter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst.
Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß das Magnetjoch aus nur einem Teil besteht, wodurch der Aufbau des Magnetauslösers wesentlich vereinfacht ist, und daß es die Ausbildung des Magnet¬ jochs, das einerseits den Dauermagneten im wesentlichen vollstän¬ dig umhüllt und andererseits zwei Polflächen für den Anker auf¬ weist, die ein Haltemoment erzeugen, gestattet, den Magnetauslö¬ ser auf kleinsten Raum zu konzentrieren und dabei die magnetische Energie des Dauermagneten maximal auszunutzen. Das Magnetjoch stellt einen definierten magnetischen Nebenschluß für den Magne¬ ten dar.
Die Ausbildung des Lagers als Schneidlager gemäß Anspruch 2 stellt eine wenig auf wendige und reibungsarme Lagerungsart für den Klappanker dar.
Die Maßnahmen nach den Ansprüchen 4 bis 7 stellen zweckmäßige Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Magnetauslösers dar.
Eine höhenverstellbare Anordnung des Dauermagneten nach Anspruch 8 gestattet auf einfache Weise ein Regulierung der einspeisbaren magnetischen Energie.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen schematisch:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Magnetjochs mit Schneidlager und einen Klappanker,
Fig. 2 eine Draufsicht auf ein Magnetjoch mit Dauermagnet und Spul e ,
Fig. 3 eine Darstellung des Magnetflusses im Magnetjoch und Fig. 4 eine Seitenansicht eines Magnetauslösers.
In Fig. 1 ist ein Magnetjoch 1 als Stanz-Bi egetei 1 mit in seiner Projektion hakenförmiger Gestalt dargestellt (auch Fig. 2 und 3). Einerends weist dieses Magnetjoch 1 einen an einem Schenkel 2 an¬ geordneten Kern 3 für eine Auslösespule 4 auf (Fig. 2, 4), und andererseits ist es zu einer nahezu vollständigen und damit auch beidpoligen Umhüllung 5 für einen Dauermagneten 6 - einem Einkop- pl ungsberei ch für den Dauermagnetfluß - ausgebildet (Fig. 2, 3). In einer im Abstand zur Projektionsebene befindlichen Ebene sind am Magnetjoch 1 eine zweigeteilte Auflagefläche 7 und zwei Pol¬ flächen 8 und 9 ausgebildet, wobei die Auflagefl che 7 auf der einen Seite des Dauermagneten 6 an der Umhüllung 5 und die Pol¬ flächen 8 und 9 jenseits des Dauermagneten 6 an der Umhüllung 5 (Polfläche 9) bzw. am Kern 3 (Polfläche 8) ausgebildet sind. An der Auflagefläche 7 ist ein Blech 9 mit einer Anlagefläche 10 und zwei seitlichen Arretierungsflächen 11 angeordnet, wobei die rechtwinklig zueinander gelegenen Flächen 7 und 10 eine Kehle bilden und ein Schneidlager 12 darstellen. Die Arretierungsfl ¬ chen 11 verschließen die Kehle und begrenzen das Schneidlager 12 nach beiden Seiten.
Fig. 1 zeigt des weiteren einen pl ttchenförmi gen Klappanker 13 mit einer Gestalt, die etwa dem Umfang der Projektion des Magnet¬ jochs 1 entspricht. An der 1 agersei ti gen Schmalseite, die über der Auflagefläche 7 des Magnetjochs 1 befindlich ist (Fig. 1 ), ist eine Schneidkante 14 ausgebildet. An der Oberseite des Klapp¬ ankers 13 ist ein Angriffshebel 15 für eine Zugfeder 16 (Fig. 4) angeordnet .
Fig. 4 zeigt einen erfindungsgemäßen Magnetauslöser in schemati- scher Darstellung. Dort ist die Anordnung des Klappankers 13 er¬ kennbar. Dieser liegt kontaktschlüssig auf den beiden Polflächen 8 und 9 auf, wobei dessen Schneidkante 14 in der Kehle des Schneidlagers 12 anliegt. Am Angriffshebel 15 ist die andernends fest verankerte Zugfeder 16 angelenkt. Außerdem läßt die Darstel¬ lung die Anordnung des Dauermagneten 6 im Magnetjoch 1 erkennen. In Fig. 3 ist der infolge der Einkopplung des Dauermagnetfeldes in das Magnetjoch 1 gegebene Magnetfluß dargestellt. Die magneti¬ schen Kraftlinien ziehen den mit seiner Schneidkante 14 im Schneidlager 12 gelagerten Klappanker über beide Polflächen (8, 9) gegen die Kraft der Feder 16 bis zur kontaktschlüssigen Aufla¬ ge auf den Polflächen 8 und 9 an, wobei beide Pole zum Haltemo¬ ment beitragen. Durch die Gestaltung des Magnetjochs 1, insbeson¬ dere auch durch das Vorhandensein eines von den den magnetischen Fluß führenden Polflächen 8 und 9 getrennten Lagers (12) mit ei¬ ner Auflagefläche 7, die bei vorliegender Ausführungsform zweige¬ teilt ist, wird verhindert, daß ein Teil des Magnetflusses im Be¬ reich des Lagers durch den Klappanker geführt wird. D.h., der in das Magnetjoch 1 eingebundene Dauermagnet 6 erzeugt im Magnetjoch 1 einen magnetischen Fluß, der zwischen den beiden Polen (8, 9) über den Klappanker 13 fließt und diesen infolge der magnetischen Kraft an die Polflächen 8 und 9 zieht. Dadurch, daß der Dauermag¬ net 6 an seinen beiden Polen vom Magnetjoch 1 umgeben ist und die Auflagefläche 7 keine Polfläche ist, wird die magnetische Energie des Dauermagneten 6 maximal ausgenutzt und durch die Lage der beiden Polflächen 8 und 9 zur Auflagefläche 7 optimal zur Erzeu¬ gung eines Haltemomentes verwendet. Die Stärke des wirkenden Mag¬ netfeldes und damit auch die Empfi dlichkeit des Magnetauslösers ist durch den Dauermagneten 6 vorbestimmbar und überdies durch dessen Höhenverschiebung im Magnetjoch 1 veränderbar. Der in Fig. 4 dargestellte Zustand zeigt, daß das durch den Magnetfluß am Klappanker 13 wirkende Haltemoment größer als das diesem entge¬ genwirkende, durch die Kraft der Zugfeder 16 und den Angriffs¬ hebel 15 bestimmte Zugmoment ist.
Ein infolge einer Störung in der Sekundärwicklung des zugehörigen Stromwandlers erzeugter Strom fließt auch in der Auslösespule 4 und erzeugt seinerseits im Kern 3 ein Magnetfeld, das das durch den Dauermagneten 6 vorbestimmte Magnetfeld beeinträchtigt und derart schwächt, daß die auf den Klappanker 13 wirkende Kraft der Zugfeder 16 größer als das magnetische Haltemoment wird, so daß der Klappanker 13 von den Polflächen 8 und 9 abreißt und um die Schneidkante 14 von diesen Polflächen weggeschwenkt (weggeklappt) wird. Dabei wird der Stößel 17 betätigt, also nach oben ge- drückt, und öffnet seinerseits die Kontakte des Fehlerstrom¬ schutzschalters .

Claims

Patentansprüche :
1. Magnetauslöser für einen Fehlerstromschutzschalter mit einem mittels einer Feder belasteten Klappanker, einem Dauermagneten, einer Auslösespule, einem Magnetjoch mit Kern für die Auslösespu¬ le, einem Lager und Polflächen für den Klappanker und mit einem durch diesen betätigbaren Stößel, wobei das Magnetjoch und der Klappanker aus einer hochpermeabl en Legierung bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetjoch (1) ein in seiner Projektion hakenförmig gestaltetes Biegeteil ist, das einerends den Dauer¬ magneten (6) beidpolig und nahezu vollständig umhüllt und andern- ends zu einem vom Dauermagneten (6) wegführenden Schenkel (2) ausgebildet ist, daß der Kern (3) für die Auslösespule (4) an diesem Schenkel (2) auf der der Projektionsebene abgewandten Sei¬ te angeordnet ist, und daß eine Polfläche (8) am Kern (3) und eine Polfläche (9) zwischen dem Kern (3) und dem Dauermagneten (6) am Ende des diesen umhüllenden Bereiches (5) des Magnetjochs (1) und das Lager (12) auf der den Polflächen (8, 9) abgewandten Seite des Dauermagneten (6) am umhüllenden Bereich (5) des Mag¬ netjochs (1) ausgebildet sind.
2. Magnetauslöser nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Lager (12) als Schneidlager ausgebildet ist.
3. Magnetauslöser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneidlager eine zweigeteilte Auflagefläche (7) und eine im wesentlichen senkrecht zu dieser angeordnete und mit dieser eine Kehle bildende Anlagefläche (10) für den Klappanker (13) auf¬ weist.
4. Magnetauslöser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß beidseits der Kehle Arretierungselemente (11) angeordnet sind.
5. Magnetauslöser nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Polflächen (8, 9) und die Auflagefläche (7) in einer Ebe- ne angeordnet sind.
6. Magnetauslöser nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Klappanker (13) ein Plättchen mit einer Gestalt etwa dem Umfang der Projektion des Magnetjochs (1) entsprechend ist, das lagerseitig eine Schneidkante (14) und an seiner Oberseite einen Angriffshebel (15) für eine Zugfeder (16) aufweist.
7. Magnetauslöser nach Anspruch 1 , 3, 5 und 6, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der Klappanker (13) mit der Schneidkante (14) durch die Kraft einer Zugfeder (16) belastet in der Kehle anliegend und um die Schneidkante (14) zwischen zwei Stellungen schwenkbar angeordnet ist, von denen die eine durch den Kontaktschluß mit den Polflächen (8, 9) bestimmt ist und die andere durch die Schaltstellung eines an der den Polflächen (8, 9) abgewandten Seite des Klappankers (13) angeordneten und durch diesen betätigbaren Stößels (17).
8. Magnetauslöser nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Dauermagnet (6) im Magnetjoch (1) höhenverschiebbar angeord¬ net ist.
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