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Die Erfindung betrifft eine Hilfsauslöseeinheit für einen Leistungsschalter und ist insbesondere für eine Unterspannungsauslöseeinheit gedacht.
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Leistungsschalter haben die Aufgabe, eine Anzahl von Verbrauchern von einem Spannungsversorgungsnetz abzukoppeln, wenn eine bestimmte Störung auftritt. Die klassische Störung ist das Auftreten eines Kurzschlussstroms, und die Leistungsschalter sind herkömmlicherweise dazu ausgelegt, bei einem solchen Kurzschlussstrom ein Schaltglied zu bewegen und so die Verbindung zwischen Verbrauchern und Netz zu entkoppeln.
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Nun wünscht man eine derartige Entkopplung von Verbrauchern und Netz aber auch in anderen Situationen. Insbesondere kann es sein, dass man bei einer Überspannung im Netz oder bei einer Unterspannung im Netz selbiges von den Verbrauchern abtrennen möchte. Um hierfür eine Funktionalität bereitzustellen, werden Hilfsauslöseeinheiten eingesetzt. Derartige Einheiten sind typischerweise als Einschub ausgebildet, der in ein Einschubfach des Leistungsschalters einschiebbar ist. Teil des Auslösemechanismus in einem Leistungsschalter ist klassischerweise ein Schaltschloss. Die Hilfsauslöseinheiten können auf eben dieses Schaltschloss einwirken und so ein Entkoppeln durch den Leistungsschalter bewirken. Dazu sind sie mit einem Auslöseelement, z. B. einem Stößel, ausgestattet. Das Auslöseelement, nämlich insbesondere der Stößel, ist in einem nicht ausgelösten Zustand eingefahren. Zum Auslösen fährt das Auslöseelement aus einem Gehäuse der Hilfsauslöseeinheit heraus.
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Nach einem Auslösen muss die Möglichkeit bestehen, das System zurückzustellen. Zum Zurücksetzen eines Leistungsschalters weist dieser eine Handhabe auf, die auf das Schaltschloss einwirkt. Man nutzt diese Handhabe auch, um die Hilfsauslöseeinheit zurückzusetzen. So ist es üblich, dass das Schaltschloss des Leistungsschalters mittelbar auf das Auslöseelement einwirkt, wenn die Handhabe des Leistungsschalters betätigt wird. In einer Hilfsauslöseeinheit gibt es eine Wirkkette: Es gibt Überwachungsmittel, die den Auslösefall erkennen, indem sie insbesondere die Spannung überwachen und so ein Überschreiten oder Unterschreiten eines Spannungsschwellwerts erkennen. Es gibt nun einen Anker, der durch Mittel zum Bewegen bewegbar ist, und diese Mittel zum Bewegen werden von den Überwachungsmitteln im Auslösefall angesteuert. Der Anker wirkt typischerweise nicht unmittelbar auf das Auslöseelement ein, sondern ist über einen beweglichen Körper mit diesem gekoppelt. Grund hierfür ist unter anderem, dass über den beweglichen Körper eine Rückstellung des Auslöseelements und auch des Ankers erleichtert erfolgen kann. So geht die Erfindung von der Situation aus, dass an einem solchen beweglichen Körper Koppelmittel angeordnet sind, der bewegliche Körper also solche Koppelmittel aufweist, wobei über diese Koppelmittel eine Einwirkung durch das Schaltschloss, nämlich eben beim Zurücksetzen, ermöglicht ist. Die Einwirkung besteht darin, dass dem beweglichen Körper und damit eben auch dem mit ihm gekoppelten Auslöseelement eine Bewegung aufgeprägt wird, wobei die Bewegung durch den konstruktiven Aufbau festgelegt (vorbestimmt) ist.
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Bei Hilfsauslöseeinheiten der oben beschriebenen Art erfolgt die Überwachung der Spannung durch Überwachungsmittel, die ihrerseits zu ihrem Betrieb elektrische Energie benötigen. Aus diesem Grund weisen solche Hilfsauslöseeinheiten Anschlüsse zum Anlegen einer externen Spannung auf, über die solche elektrische Energie bereitgestellt wird. Nun gibt es für manche Anwendungen das Erfordernis, dass beim Auslösen die angelegte Spannung abgekoppelt werden soll. Ein solches Abkoppeln kann über einfache Schalter erfolgen. Diese werden als „Hilfsschalter“ bezeichnet. Solche Hilfsschalter sind in einer Hilfsauslöseeinheit hinter den Spannungsanschlüssen für die Spannung zum Betrieb der Überwachungsmittel angeordnet. Hilfsauslöseeinheiten weisen zumindest einen Hilfsschalter auf, in der Regel sogar für jeden Spannungsanschluss einen eigenen Hilfsschalter. Wenn die Spannung beim Auslösen abgekoppelt wird, muss sie auch beim Rücksetzen des Leistungsschalters wieder neu angekoppelt werden. Dies geht mit Schwierigkeiten einher: Bei bisherigen Lösungen wird wie zum Zurücksetzen des Auslöseelements mit dem beweglichen Körper und dem Anker das Zurücksetzen des Schaltschlosses über die Handhabe des Leistungsschalters ausgenutzt. Zum Zurücksetzen der Hilfsschalter sind an anderer Stelle, nämlich eben im Bereich der Hilfsschalter Koppelmittel bereitgestellt, so dass das Schaltschloss über diese Koppelmittel direkt die Hilfsschalter schließen kann, die zum Abkoppeln der Spannung zuvor geöffnet worden sind. Da somit Koppelmittel für das Auslöseelement und den zugehörigen Mechanismus einerseits und Koppelmittel für die Hilfsschalter bereitgestellt werden müssen, ist eine komplizierte Konstruktion erforderlich, und dies betrifft sogar auch das Schaltschloss selbst. Es gibt insbesondere Einschränkungen bei der Platzierung der Hilfsschalter, denn diese müssen zusammen mit dem zugehörigen Koppelmittel an der Seite der Hilfsauslöseeinheit angeordnet sein, die dem Schaltschloss zugewandt ist. Gleiches gilt für den Auslösemechanismus mit dem Anker, dem beweglichen Körper und dem Auslöseelement.
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Die
DE 10 2009 007 586 A1 betrifft eine Auslösevorrichtung für Leistungsschalter, die zumindest einen steuerbaren Auslösemagneten mit Anker, der in Wirkverbindung zu einer nachgeordneten Auslöseklinke steht, welche mit einer auf den Leistungsschalter wirkenden Auslösemechanik, die mit einer als Kraftverstärker dienenden vorgespannten Feder gekoppelt ist, in Eingriff steht, aufweist. Erfindungsgemäß umfasst die Auslösemechanik eine Nockenwelle mit mehreren Nocken, wobei jeder drehwinkelversetzten Nocke jeweils ein Betätigungsmittel zugeordnet ist und Auslösefall zumindest zwei den jeweiligen Betätigungsmitteln zugeordnete Stellvorgänge zeitlich nacheinander ablaufen, so dass auf zumindest eines dieser Betätigungsmittel zum Absolvieren des zugehörigen Stellvorgangs die vollständige Federkraft über die Nockenwelle übertragen wird.
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In der
DE 197 03 973 C1 wird ein Schaltgerät mit Unterspannungs-Hilfsschalter ermöglicht bei niedrigen Betätigungskräften und bei einfachem konstruktivem Aufbau. Dies wird durch eine feste Kopplung zwischen dem Betätigungselement und dem Schaltschloss des Schaltgeräts erreicht, durch die der gesamte Bewegungshub des Betätigungselements auf das Schaltschloss übertragen wird. Das Betätigungselement ist mit einer Kulissenkontur versehen, über die der Unterspannungs-Hilfsschalter ausgelöst wird.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Weg aufzuzeigen, wie eine Hilfsauslöseeinheit für einen Leistungsschalter trotz des Vorhandenseins von Hilfsschaltern ohne übermäßige konstruktive Einschränkungen gestaltbar ist, so dass bei der Konstruktion der Hilfsauslöseeinheit auch auf andere Nebenbedingungen als auf das Erfordernis des Zurücksetzens Rücksicht genommen werden kann.
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Die Aufgabe wird durch eine Hilfsauslöseeinheit mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß weist der bewegliche Körper, der mit dem Auslöseelement gekoppelt ist, Mittel zum Einwirken auf den Hilfsschalter auf, mittels derer der Hilfsschalter geschlossen wird, wenn dem beweglichen Körper durch ein Schaltschloss eine vorbestimmte Bewegung aufgeprägt wird.
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Anstatt wie bisher durch das Schaltschloss direkt den Hilfsschalter schließen zu lassen, wird bei der Erfindung der Hilfsschalter mittelbar über den beweglichen Körper geschlossen. Der bewegliche Körper wird ohnehin von dem Schaltschloss im Rahmen des Zurücksetzens bewegt. Die hierfür bereitgestellten Koppelmittel am beweglichen Körper können dann die einzigen Koppelmittel bleiben, für die Hilfsschalter müssen keine gesonderten Koppelmittel wie im Stand der Technik bereitgestellt werden. Daher gibt es bei der Konstruktion der Hilfsauslöseeinheit passend zu einer bekannten Konstruktion eines Schaltschlosses größere Freiheiten. Es gibt insbesondere auch wegen des Vorhandenseins des Hilfsschalters keine Einschränkungen, was die Konstruktion des Schaltschlosses selbst angeht.
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Grundsätzlich könnte der bewegliche Körper eine lineare Bewegung ausführen, es hat sich jedoch als vorteilhaft erwiesen, wenn der bewegliche Körper drehbar ist. Bei einem drehbaren Köper können in beliebigen Abständen zu einer Drehachse und in beliebigen Winkelstellungen geeignete Mittel vorgesehen sein, die mit anderen Bauteilen zusammenwirken. Besonders stabil arbeitet das System, wenn der bewegliche Körper um eine feststehende Achse drehbar ist.
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Bei einem drehbaren Körper können die Koppelmittel einfach einen Bolzen umfassen bzw. als solcher ausgebildet sein. Bei Definition einer festen Drehachse zum drehbaren Körper kann ein solcher Bolzen beabstandet zur Drehachse angeordnet sein und sich parallel zu selbiger erstrecken. Dann kann durch Einwirkung auf den Bolzen, nämlich durch das Schaltschloss, der bewegliche Körper leicht gedreht werden. Der Bolzen ist somit Ansatzpunkt für das Ausüben eines Drehmoments.
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Wenn auf der einen Seite des beweglichen Körpers die Koppelmittel angeordnet sind, ist es vorteilhaft, auf der dieser Seite abgewandten Seite des drehbaren Körpers die Mittel zum Einwirken auf den Hilfsschalter bereitzustellen. Genau so, wie bevorzugt ein Bolzen bereitgestellt wird, kann als Mittel zum Einwirken ein vorspringendes Element bereitgestellt werden. Das vorspringende Element kann seinerseits als Zylinderbolzen ausgebildet sein, kann jedoch auch eine nicht ganz so einfache Form aufweisen, um bei seiner Drehung zusammen mit dem Rest des drehbaren Körpers genau definierte Wirkungen zu haben, nämlich auf den Hilfsschalter bzw. einen Mechanismus zum Schließen des Hilfsschalters. Sind die Mittel zum Einwirken, nämlich insbesondere das vorspringende Element, auf der den Koppelmitteln und damit dem Schaltschloss abgewandten Seite des beweglichen Körpers angeordnet, lässt sich der Hilfsschalter auf der Seite der Hilfsauslösereinheit unterbringen, die nicht mit dem Schaltschloss zusammenwirkt. Mit dem Hilfschalter können auch die Leitungen auf dieser Seite untergebracht werden, die von dem Hilfsschalter unterbrochen werden. Schließlich können auch diejenigen Überwachungsmittel, die über diese Leitungen mit elektrischer Energie versorgt werden, auf genau dieser Seite angeordnet sein. All diese Bauteile wirken dann bei der Konstruktion der Hilfsauslöseeinheit nicht oder nur wenig behindernd.
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Das Auslöseelement soll sich bevorzugt mehr oder weniger linear bewegen. Damit dies bei Kopplung mit einem drehbaren Körper möglich ist, sollte diese Kopplung es ermöglichen, dass das Auslöseelement gegenüber dem drehbaren Körper seinerseits beweglich, insbesondere verkippbar ist. Dies ist dann der Fall, wenn das Auslöseelement jenseits der Drehachse an dem Körper bzw. in den Körper eingehängt ist. Hierzu kann der drehbare Körper einen Stab umfassen, der sich parallel zu der Drehachse des drehbaren Körpers erstreckt. Das Grundprinzip der Kopplung des Auslöseelements mit dem drehbaren Körper ist ähnlich zu der Befestigung einer Pleuelstange an einem Rad, wobei vorliegend durch den drehbaren Körper zwischen dem nicht ausgelösten Zustand und dem ausgelösten Zustand lediglich kleine Drehwinkel durchlaufen werden müssen. Was bei der Pleuelstange ein Element wie insbesondere ein Kolben ist, das sich geradlinig bewegt, kann vorliegend ein sich mehr oder weniger geradlinig bewegender Auslösestößel sein.
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In Hilfsauslöseeinheiten gibt es typischerweise einen Kraftspeicher, der zum Auslösen den beweglichen Körper bewegt und damit das Auslöseelement aus dem Gehäuse der Hilfsauslöseeinheit herausdrückt. Ist der Körper drehbar, lässt sich eine Feder nicht ohne Weiteres an ihm stabil abstützen, denn das Lager der Feder dreht sich mit dem Körper mit. Um dennoch eine stabile Beaufschlagung des drehbaren Körpers mit Federkraft zu ermöglichen, ist bevorzugt an dem drehbaren Körper ein Halter ausgebildet oder befestigt, und in dem Halter ist eine Aufnahme vorgesehen. Greift nun eine Spiralfeder in die Aufnahme ein, kann die Spiralfeder bei einer Drehung des drehbaren Körpers nicht abrutschen, sondern ist stabil gehalten. Sie kann dann optimal Kraft auf den drehbaren Körper übertragen.
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Wie oben dargestellt, wird das Auslösen durch die Bewegung eines Ankers eingeleitet. Das eigentliche Auslösen erfolgt unter Federkraft. Somit muss im nicht ausgelösten Zustand gewährleistet sein, dass der Anker die Bewegung des drehbaren Körpers blockiert, und eine Bewegung muss dann im Auslösefall freigegeben werden. Die Kopplung des Ankers an den drehbaren Körper kann so gelöst sein, dass der Anker einen Zapfen aufweist, und dass dieser Zapfen in eine Aussparung im Körper eingreift. Die Aussparung sollte eine Schulter bereitstellen, wobei sich an diese Schulter eine engere Führung (inbesondere Kulisse) anschließt. Die Anordnung sollte dann wie folgt sein: Im nicht ausgelösten Zustand der Hilfsauslösereinheit stützt sich der am Anker angeordnete Zapfen an der Schulter ab. Der in der Regel vorhandene Kraftspeicher drückt dann so auf den Körper, dass die Schulter gegen den Zapfen drückt und somit eine Bewegung des Körpers unterbunden wird. Es sollte dann durch die Mittel zum Bewegen eine solche Bewegung des Ankers vorgesehen sein, dass sich mit der Bewegung des Ankers der Zapfen von der Schulter wegbewegt und nachfolgend eine Drehung des drehbaren Körpers deswegen ermöglicht ist, weil die Führung bereitgestellt ist. Der Zapfen kann dann bei der der Bewegung des Ankers nachfolgenden Drehung des drehbaren Körpers in der Führung, also der Kulisse, geführt werden, bis er dass Ende der Kulisse erreicht. Dann wird die Bewegung des drehbaren Körpers gestoppt.
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Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezug auf die Zeichnung beschrieben, in der
- 1 eine in einer erfindungsgemäßen Unterspannungsauslöseeinheit eingesetzte Trommel in perspektivischer Darstellung veranschaulicht,
- 2 die Trommel aus 1 in Vorderansicht veranschaulicht,
- 3 die Trommel aus 1 in Seitenansicht unter Weglassung einer Deckplatte veranschaulicht,
- 4 eine Anordnung mit der Trommel aus 1 und mit dieser gekoppelten weiteren Elementen in perspektivischer Ansicht veranschaulicht,
- 5 die Anordnung aus 4 in Innenansicht von der Seite her unter Weglassung seitlicher Bauteile veranschaulicht und
- 6 die Anordnung aus 4 in einer vorderen Schnittansicht zusammen mit einer Prinzipdarstellung eines Hilfsschalters der erfindungsgemäßen Unterspannungsauslöseeinheit zeigt.
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In einer Unterspannungsauslöseeinheit wird durch Überwachungsmittel überwacht, ob eine zwischen zwei Potenzialpunkten anliegende Spannung einen Schwellwert unterschreitet. Ist dies der Fall, bewirken die Überwachungsmittel, dass sich ein Anker bewegt, der mittelbar auf ein Auslöseelement einwirkt, damit dieses Auslöseelement aus dem Gehäuse der Unterspannungsauslöseeinheit herausbewegt wird und auf ein Schaltschloss eines Leistungsschalters, zu der die Unterspannungsauslöseeinheit gehört, einwirkt.
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Im vorliegenden Fall ist ein Anker 10 über eine Trommel 12, welche um eine Drehachse A drehbar ist, mit einem Auslöseschieber 14 gekoppelt. Die Trommel 12 weist ein zentrales, vorliegend rundes Rohr 16 auf, das auf einen (nicht gezeigten) Stab als Lager aufsteckbar und um diesen drehbar ist. An dem Rohr 16 sind zu beiden Seiten Scheiben 18, 20 angeordnet, die ringförmig sind, wobei ihr Außendurchmesser größer ist als der Durchmesser des Rohrs 16. Die in 3 einzeln dargestellte Scheibe 18 ist von einer ringförmigen Deckplatte 22 abgedeckt.
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Die beiden Scheiben 18, 20 sind außer über das Rohr 16 radial so weit wie möglich außen auch über einen Stab 24 von kreisförmigem Querschnitt miteinander verbunden. Der Auslöseschieber 14 weist eine Aussparung 26 (5) auf, und ist mit dieser Aussparung 26 in die Trommel 12 eingehängt derart, dass der Stab 24 die Aussparung 26 durchdringt. Bei einer Drehung der Trommel 12 schiebt der Stab 24 den Auslöseschieber 14, in 5 nach links. Der Stab 24 kann sich hierbei in der Aussparung 26 hin- und herbewegen (bei einer Darstellung gemäß 5 ist dies eine Auf- und Abbewegung). Der Auslöseschieber verkippt daher nicht, sondern bewegt sich geradlinig.
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Damit im Auslösefall eine Drehung der Trommel 12 eingeleitet wird, ist eine Feder bereitgestellt, vorliegend eine Spiralfeder 28. Für die Ankopplung der Feder ist in den beiden Scheiben 18 und 20 der Trommel 12 eine Aussparung 30 vorgesehen, wobei in die Aussparungen 30 ein Halter 32 eingehängt ist. Der Halter 32 weist seinerseits eine Aufnahme mit kreisförmigem Querschnitt auf, in die die Spiralfeder 28 genau hineinpasst. Die Spiralfeder 28 drückt gegen das Ende dieser Aufnahme und damit gegen den Halter 32, und diese Kraft wird auf die Scheiben 18 und 20 übertragen, so dass sich ein auf die Trommel 12 ausgeübtes Drehmoment ergibt. Bei einer Drehung der Trommel 12 kann sich der Halter 32 als Ganzes gegenüber der Trommel 12 drehen und somit über einen Bereich von Drehwinkeln hinaus jeweils so einstellen, dass die Spiralfeder 28 sich im Wesentlichen nicht krümmen muss.
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Im nicht ausgelösten Zustand soll die Spiralfeder 28 vorgespannt sein und eine Drehung der Trommel 12 unterbunden sein. Zum Auslösen muss die Trommel 12 dann freigegeben werden. Die Auslösung erfolgt über eine Bewegung des Ankers 10. Der Anker 10 weist einen Zapfen 32 auf, der in eine Aussparung 34 (siehe 3) der Trommel 12 eingreift. Im nicht ausgelösten Zustand stützt sich der Zapfen 32 an einer Schulter 36, die durch die Form der Aussparung 34 bereitgestellt ist, ab. Beim Auslösen wird der Anker 10 bewegt, in der Darstellung gemäß 5 nach links. Dann löst sich der Zapfen 32 von der Schulter 36. An die Schulter 36 schließt sich eine Kulisse 38 an. Während im nicht ausgelösten Zustand die Feder 28 gegen den Halter 32 und damit gegen die Trommel 12 drückt, sich die Trommel 12 aber nicht bewegen kann, weil die Schulter 36 gegen den Zapfen 32 gedrückt wird, kann, sobald der Zapfen 32 nicht mehr die Schulter 36 blockiert, die Trommel 12 gedreht werden: Hierbei bewegt sich der Zapfen 32 nämlich entlang der Kulisse 38. Erst, wenn sich die Trommel 12 soweit gedreht hat, dass das Ende 40 den Zapfen 32 erreicht, wird die Drehung wieder gestoppt. Bei der Drehung entspannt sich die Spiralfeder 28, und der Auslöseschieber 14 wird wie oben beschrieben bewegt.
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Nach dem Auslösen muss irgendwann das gesamte System wieder zurückgesetzt werden, also sowohl der Leistungsschalter, als auch die Unterspannungsauslöseeinheit. Das Zurücksetzen erfolgt über Betätigung einer Handhabe am Leistungsschalter, die auf das Schloss des Leistungsschalters einwirkt. Vorliegend wird durch Betätigen einer solchen Handhabe auch die Überspannungsauslöseeinheit zurückgesetzt. Hierzu ist an der Platte 22 ein Mitnehmerbolzen 42 angeordnet, der zylinderförmig ist, wobei die Symmetrieachse B des Zylinders parallel zur Drehachse A der Trommel 12 steht und vorliegend maximal möglich von dieser beabstandet ist. In an sich bekannter und daher hier nicht durch eine Zeichnung erläuterter Weise steht der Mitnehmerbolzen 42 aus dem Gehäuse der Unterspannungsauslöseeinheit heraus, nämlich in den Bereich des Schaltschlosses des Leistungsschalters hinein, zu dem die Unterspannungsauslöseeinheit gehört. Bei einem Zurücksetzen des Schaltschlosses gibt es dann Elemente desselben, die auf den Mitnehmerbolzen 42 einwirken und eine Bewegung desselben bewirken. Dann dreht sich die Trommel 12 entgegen der Kraft der Spiralfeder 28, und gleichzeitig wird auf den Anker 10 eingewirkt und dieser zurückgeschoben, so dass schließlich wieder die in 5 gezeigte Situation hergestellt wird, in der der Zapfen 32 ein Sich-Zurückdrehen der Trommel 12 im ausgelösten Zustand verhindert.
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In der Unterspannungsauslöseeinheit ist vorliegend ein Hilfsschalter vorgesehen, der schematisch in 6 gezeigt und dort mit 44 bezeichnet ist. Beim Auslösen der Unterspannungsauslöseeinheit wird der Hilfsschalter 44 in an sich bekannter Weise geöffnet, damit die zum Betrieb der Überwachungsmittel und gegebenenfalls weiterer Mittel bereitgestellte Spannung nicht dauerhaft in der Unterspannungsauslöseeinheit anliegt, so lange diese sich im Ausgelösten Zustand befindet. Beim Rücksetzen soll auch der Schalter 44 wieder geschlossen werden. Vorliegend erfolgt dies mittelbar über die Trommel 12: An der Platte 18 ist ein von der Platte 18 wegstehender Vorsprung 45 befestigt oder ausgebildet, der die Funktion eines Hilfsschalterbetätigers hat. Wie symbolisch in 6 dargestellt, ist eine Abschrägung am Vorsprung 45 vorgesehen, die bei einer Drehung der Trommel 12 entlang eines in Schalter 44 betätigten Gliedes 46 gleitet, und wird so bewirkt, dass der Hilfsschalter 44 geschlossen wird, wenn die Trommel 12 in ihre nicht ausgelöste Winkelstellung bewegt wird. Der Hilfsschalter 44 kann dadurch an der dem Schaltschloss abgewandten Seite der Unterspannungsauslöseinheit angeordnet werden, wo ausreichend Platz zur Verfügung steht. Die Unterspannungsauslöseeinheit ist dadurch mit Freiheiten konstruierbar. Es gibt mit dem Mitnehmerbolzen 42 lediglich ein einziges Koppelmittel, über die ein Schaltschloss eine Zurücksetzung vornimmt. Ein zweites solches Koppelmittel ist nicht erforderlich.
