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Die
Erfindung betrifft einen Lasttrennschalter zum Unterbrechen eines
Wechselstromes mit einer Hauptkontaktanordnung, die ein bewegliches
Hauptbewegkontaktstück
aufweist, und mit einem elektrisch parallel zur Hauptkontaktanordnung
geschalteten Nebenschlusszweig, in dem eine Löschkontaktanordnung zum Löschen eines
Lichtbogens sowie eine aus Trennkontaktstücken bestehende Trennkontaktanordnung
zum Bereitstellen einer Spannungsfestigkeit in Reihe zueinander
geschaltet sind, wobei nach dem Öffnen
der Hauptkontaktanordnung ein Stromfluss über den Nebenschlusszweig ermöglicht ist.
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Ein
solcher Lasttrennschalter ist beispielsweise aus der
DE 195 40 552 A1 bereits
bekannt. Der dort offenbarte Lasttrennschalter ist zum Unterbrechen
eines Wechselstromes vorgesehen und weist eine aus einem verschwenkbaren
Schaltmesser bestehende Hauptkontaktanordnung auf, die parallel
zu einem Hilfsstromzweig geschaltet ist, in dem eine Löschkontaktanordnung
sowie eine Trennkontaktanordnung in Reihe zueinander angeordnet
sind. Beim Ausschalten des Lasttrennschalters eilt die Trennkontaktanordnung
der Hauptkontaktanordnung zeitlich nach, so dass nach dem Öffnen der
Hauptkontaktanordnung zunächst
ein Stromfluss über
den Hilfsstromzweig ermöglicht
ist. Bei einem weiteren Verschwenken des Hauptbewegkontaktstückes kommt
es zunächst
zum Öffnen
der Löschkontaktanordnung,
die dort in einer mit Schwefelhexafluoridgas befüllten Löschkammer angeordnet ist. In
der Löschkammer
wird durch das Öffnen
der Löschkontaktanordnung
ein so hoher Gasstrom erzeugt, dass ein zwischen den Löschkontaktstücken gezogener
Lichtbogen bei einem Nulldurchgang des Wechselstromes zum Er löschen gebracht
wird. Bei einer weiteren Bewegung des Hauptbewegkontaktstückes in
dessen Endstellung wird schließlich
die Trennkontaktanordnung stromlos geöffnet, so dass eine ausreichend große Trennstrecke
auch im Hilfsstromzweig des Lasttrennschalters bereitgestellt ist.
Der vorbekannte Lasttrennschalter ist hinsichtlich seiner Auslegung
jedoch aufwendig und daher kostenintensiv.
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Die
DE 38 32 493 A1 offenbart
eine in einer Vakuumkammer angeordnete Löschkontaktanordnung, die parallel
zu einer Hauptkontaktanordnung geschaltet ist. Dabei bilden Hauptkontaktanordnung und
Löschkontaktanordnung
einen Parallelkreis aus, der in Reihe zu einer Trennkontaktanordnung
angeordnet ist.
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Der
in der
DE 199 18 077
C1 offenbarte Lastschalter bildet einen in der WO 98/09310
beschriebenen Lasttrennschalter dahin fort, dass auch das erneute
Einschalten des Lasttrennschalters über die Löschkontaktanordnung erfolgt.
Dabei ist Löschkontaktanordnung
in Reihe zu einer Trennkontaktanordnung in einem Nebenschlusszweig
angeordnet, mit dem eine Hauptkontaktanordnung überbrückbar ist.
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Aus
der
DE 100 47 032
C2 ist ferner ein Lasttrennschalter bekannt, bei dem ein
Nebenschlusszweig mit einer Trennkontaktanordnung und einer dazu
in Reihe geschalteten Löschkontaktanordnung parallel
zur Hauptkontaktanordnung vorgesehen ist.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, einen Lasttrennschalter der eingangs genannten
Art bereitzustellen, der hinsichtlich seiner Konstruktion vereinfacht
und kostengünstig
ist.
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Die
Erfindung löst
diese Aufgabe dadurch, dass das Hauptbewegkontaktstück gleichzeitig
eines der Trennkontaktstücke
der Trennkontaktanordnung ist.
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Erfindungsgemäß ist sowohl
für die
Hauptkontaktanordnung als auch für
die Trennkontaktanordnung ein gemeinsames bewegliches Schaltstück vorgesehen.
Das Hauptbewegkontaktstück
ist in einer Betriebsstellung des Lasttrennschalters, in der ein
Stromfluss über
die Hauptkontaktanordnung ermöglicht
ist, in Kontakt mit einem Hauptfestkontaktstück der Hauptkontaktanordnung.
Das Hauptbewegkontaktstück
kann in der Betriebsstellung ferner eines der Trennkontaktstücke der
Trennkontaktstücke
kontaktieren. Abweichend dazu kontaktiert das Hauptbewegkontaktstück in der
Betriebsstellung lediglich das Hauptfestkontaktstück, wobei
jedoch vor dem Trennen der Hauptkontaktstücke der Hauptkontaktanordnung
das Hauptbewegkontaktstück
in Kontakt mit dem diesem zugeordneten Trennkontaktstück der Trennkontaktanordnung
gerät,
so dass ein Nebenschluss der Hauptkontaktanordnung und damit das
Ziehen eines Ausschaltlichtbogens zwischen den Kontaktstücken der
Hauptkontaktanordnung vermieden ist. Ein solcher Lichtbogen könnte das
Oberflächenmaterial
der Hauptkontaktanordnung aufgrund der hohen Wärmeentwicklung beschädigen und
die Haltbarkeit des Trennschalters herabsetzen. Der Strom fließt daher
nach dem Öffnen
der Hauptkontaktanordnung erfindungsgemäß über den Nebenschlusszweig und
somit über
die Löschkontaktanordnung
sowie über
die diesbezüglich
in Reihe geschaltete Trennkontaktanordnung, bis die Kontaktstücke der
Löschkontaktanordnung
schließlich öffnen und
der Lichtbogen zwischen den Kontaktstücken der Löschkontaktanordnung gezogen
wird. Bei einem Nulldurchgang des zu unterbrechenden Wechselstromes
wird der Lichtbogen auf bekannte Art und Weise gelöscht. Durch
das stromlose Öffnen der
Trennkontaktanordnung wird schließlich eine ausreichend große Trennstrecke
zum Erhalt der geforderten Spannungsfestigkeit bereitgestellt.
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Durch
die Verwendung eines gemeinschaftlichen Bewegkontaktstückes sowohl
für die
Hauptkontaktanordnung als auch für
die Trennkontaktanordnung ist ein separater Antrieb mit einer aufwändigen Synchronisation
der Schaltvorgänge
mittels einer abgestimmten Kinematik überflüssig geworden.
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Der
erfindungsgemäße Lasttrennschalter
ist zum Unterbrechen eines Nennstromes vorgesehen und für einen
Betrieb mit hohen Stückzahlen
eingerichtet. Im Vergleich zu so genannten Leistungsschaltern, die
in der Lage sind, wesentlich höhere Kurzschlussströme zu unterbrechen,
ist der Lasttrennschalter daher kostengünstig. Der maximale Strom,
den der erfindungsgemäße Lasttrennschalter noch
unterbrechen kann, beträgt
beispielsweise 2 kA.
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Vorteilhafterweise
ist die Löschkontaktanordnung
in einer Vakuumkammer angeordnet. Hierbei handelt es sich im Rahmen
der Erfindung um eine kostengünstige
Vakuumröhre,
die beispielsweise weder mit Kontaktdruckfedern noch mit sonstigen
die Herstellungskosten der Vakuumröhre in die Höhe treibenden
Zusatzbauteilen versehen ist. So ist es gemäß dieser Weiterentwicklung
beispielsweise möglich,
dass die Löschkontaktstücke nur
aufgrund der sich aus der Druckdifferenz ergebenden Krafteinwirkung
aneinander gehalten werden, die zwischen dem Vakuum der Vakuumröhre und
der Außenatmosphäre herrscht.
Abweichend hierzu ist es im Rahmen der Erfindung jedoch auch möglich, die
Vakuumröhre
mit kostengünstigen,
Kontaktdruck erzeugenden Kontaktdruckfedern zu versehen.
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Vorteilhafterweise
weist die Trennkontaktanordnung einen schwenkbar gelagerten Schwenkbügel als
Trennkontaktstück
auf, der durch das Hauptbewegkontaktstück vor dem Öffnen der Trennkontaktanordnung
verschwenkbar ist. Gemäß dieser
Weiterentwicklung ist ein Trennkontaktstück als Schwenkbügel realisiert,
der an seinem freien Ende zur Kontaktierung des Hauptbewegkontaktstückes vorgesehen
ist und beispielsweise an ei nem ortsfesten Traggerüst des Lasttrennschalters
angelenkt ist. Durch das Anlenken ist ein Verschwenken des Schwenkbügels durch
das Hauptbewegkontaktstück ermöglicht,
welches dabei den Schwenkbügel
kontaktiert und diesen mit anderen Worten über eine bestimmte Weglänge eines
gemeinsamen Schwenkweges mitnimmt. Der Trenn- oder Schaltweg des
Hauptbewegkontaktstückes
unterscheidet sich jedoch von denjenigen des Schwenkbügels, so
dass es schließlich
zu einem Abheben des Hauptbewegkontaktstückes von dem Schwenkbügel kommt.
Dabei sind die Bewegungsbahnen des Schwenkbügels und des Hauptbewegkontaktstückes so
aufeinander eingestellt, dass das Trennen der Trennkontaktanordnung stromlos,
also nach dem Trennen der Löschkontaktanordnung,
erfolgt.
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Gemäß einer
diesbezüglich
vorteilhaften Weiterentwicklung weist der Schwenkbügel an seinem
dem Hauptbewegkontaktstück
zugewandten Ende einen Schnappmechanismus auf, der in einer Ausschaltrichtung
eine Mitnahme des Schwenkbügels
durch das Hauptbewegkontaktstück
erlaubt, bei einer Bewegung des Hauptbewegkontaktstückes in einer
der Ausschaltrichtung entgegengesetzten Einschaltrichtung jedoch
ein Vorbeiführen
des Hauptbewegkontaktstückes
an dem Schwenkbügel
ermöglicht.
Durch das Vorbeiführen
des Hauptbewegkontaktstückes
an dem Schwenkbügel
in Einschaltrichtung ist eine erneute Kontaktgabe zwischen den Kontaktstücken der
Hauptkontaktanordnung im Anschluss ermöglicht. In Ausschaltrichtung
sorgt der Schnappmechanismus hingegen dafür, dass das Hauptbewegkontaktstück den Schwenkbügel so weit mitnimmt,
bis aufgrund unterschiedlicher Schaltwege das Hauptbewegkontaktstück und der
Schwenkbügel voneinander
getrennt werden.
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Gemäß einer
diesbezüglich
zweckmäßigen Weiterentwicklung
weist der Schnappmechanismus einen aus Kunststoff bestehenden Halteabschnitt
sowie einen schwenkbar an dem Halteabschnitt gelagerten metallischen
Umschnappbügel
auf, wobei der Umschnappbügel über eine
endseitige Mitnehmernase, die in einer Kontaktstellung der Trennkontaktanordnung
in Kontakt mit dem Hauptbewegkontaktstück ist, und über ein
der Mitnehmernase gegenüberliegendes
Anschlagende verfügt,
das in der Kontaktstellung der Trennkontaktanordnung an dem Schwenkbügel anliegt
und ein Verschwenken des Umschwenkbügels in Ausschaltrichtung des
Hauptbewegkontaktstückes
verhindert.
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Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist
das Hauptbewegkontaktstück
als drehbares Schaltmesser ausgebildet. Das drehbare Schaltmesser
ist beispielsweise mittels einer Antriebswelle antreibbar. Abweichend
dazu ist das Hauptbewegkontaktstück
als Schaltstange realisiert, die eine Hubbewegung durchführt.
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Gemäß einer
bevorzugten Weiterentwicklung ist der Schwenkbügel zum Einleiten einer Schaltbewegung
mit der Löschkontaktanordnung verbunden.
Aufgrund der mechanischen Anbindung des Schwenkbügels an die Löschkontaktanordnung ist
eine aufwendige elektronische Synchronisation zwischen Trennkontaktanordnung
und Löschkontaktanordnung
vermieden.
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Gemäß einer
diesbezüglich
zweckmäßigen Weiterentwicklung
ist ein bewegliches Löschbewegkontaktstück der Löschkontaktanordnung
starr mit einem Mitnehmerstift verbunden, der in einem Langloch
des Schwenkbügels
angeordnet ist. Die Synchranisation der Öffnung wird bei diesem Ausführungsbeispiel
durch die Länge
des Langloches bestimmt. So bleibt das Verschwenken des Schwenkbügels so
lange ohne Auswirkungen auf die Löschkontaktanordnung, bis der
Mitnehmerstift an einem Ende des Langloches anschlägt. Anschließend wird durch
die Mitnahme des Schwenkbügels
durch die Hauptkontaktanordnung eine Schaltbewegung in die Löschkontaktanordnung
eingeleitet, mit der die Kontaktstücke der Löschkontaktanordnung voneinander getrennt
werden. Erst nach dem Löschen
des Lichtbogens kommt es zur Trennung der Kontaktstücke der
Trennkontaktanordnung, die somit stromlos voneinander getrennt werden.
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Vorteilhafterweise
ist eine Drehfeder zum Halten des Schwenkbügels an dem Hauptfestkontaktstück vorgesehen.
Gemäß dieser
vorteilhaften Weiterentwicklung erfolgt nach dem Trennen der Trennkontaktanordnung
eine Bewegung des Schwenkbügels
in einer der Ausschaltrichtung entgegengesetzten Richtung. So liegt
dieser beispielsweise nach dem Ausschalten an dem ortsfesten Hauptfestkontaktstück der Hauptkontaktanordnung
an.
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Vorteilhafterweise
ist eine Druckfeder zum Anpressen eines Löschbewegkontaktstückes der Löschkontaktanordnung
an ein diesbezüglich
feststehendes Löschfestkontaktstück vorgesehen.
Durch die zusätzliche
Druckfeder wird ein Abheben der Kontakte der Löschkontaktanordnung durch elektrodynamische
Kräfte
weiter erschwert.
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Weitere
zweckmäßige Ausgestaltungen
und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung
von Ausführungsbeispielen der
Erfindung unter Bezug auf die Figuren der Zeichnung, wobei gleichwirkende
Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und wobei
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1 ein
Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Trennschalters
in einer Seitenansicht,
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2 eine
vergrößerte Ansicht
einer Vakuumröhre
einer Löschkontaktanordnung
und
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3 ein
Ausführungsbeispiel
eines Schnappmechanismus der Trennkontaktanordnung zeigen.
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1 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Lasttrennschalters 1 in
einer schematischen Seitenansicht. Der dort gezeigte Lasttrennschalter 1 weist
eine aus einem Hauptbewegkontaktstück 2 sowie einem ortsfesten
Hauptfestkontaktstück 3 bestehende
Hauptkontaktanordnung 4, eine aus einem Schwenkbügel 5 sowie
dem Hauptbewegkontaktstück 2 bestehende
Trennkontaktanordnung 6 sowie eine in einer Vakuumröhre 7 angeordnete
Löschkontaktanordnung 8 auf,
welche figürlich
nicht dargestellt ist. Ferner ist ein Erdungskontakt 9 vorgesehen,
der in einer Ausschaltstellung in Kontakt mit dem Hauptbewegkontaktstück 2 gerät. Der Trennschalter 1 ist
in einem nur schematisch angedeuteten Traggerüst 10 gehalten, das
auch als die Schaltbewegung begrenzender Anschlag, beispielsweise
für den
Schwenkbügel 5,
dienen kann.
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Das
Hauptfestkontaktstück 3 der
Hauptkontaktanordnung 4 ist fest mit dem Gehäuse 10 verbunden
und dient zum Halten der Vakuumröhre 7,
die über
Schraubmittel 11 fest mit dem Hauptbewegkontaktstück 3 verbunden
ist. Von dem Hauptfestkontaktstück 3 erstreckt
sich ein in 1 nicht erkennbares Löschfestkontaktstück in die
Vakuumröhre 7 hinein,
das stirnseitig einem Löschbewegkontaktstück gegenüberliegt,
das wiederum elektrisch mit dem Schwenkbügel 5 verbunden ist.
Das innerhalb der Vakuumröhre 7 angeordnete
Löschbewegkontaktstück ist längsbeweglich
in der Vakuumröhre 7 geführt und über einen
Metallfaltenbalg 12 nach außen hin abgedichtet. Zum Einleiten
einer Schaltbewegung in die Vakuumröhre 7 ist das Löschbewegkontaktstück starr
mit einer nicht leitenden Schaltstange 13 verbunden, die
sich in Schaltrichtung des Löschbewegkontaktstückes erstreckt
und in Querrichtung dazu mit einem Mitnehmerstift 13a versehen
ist, welcher in einem Langloch 14 eines Koppelstückes 15 angeordnet
ist. Das Koppelstück 15 ist
fest mit dem Schwenkbügel 5 verbunden.
An seinem vom Hauptbewegkontaktstück 2 abgewandten Ende
ist der Schwenkbügel 5 mittels
einer Drehachse 16 an dem Gehäuse 10 angelenkt,
so dass ein Verschwenken des Schwenkbügels 5 in die durch
den Pfeil angedeutete Ausschaltrichtung ermöglicht ist.
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Das
Hauptbewegkontaktstück 2 ist
an seinem vom Hauptfestkontaktstück 3 abgewandten Ende
mit einer Antriebswelle 17 drehfest verbunden, mittels
derer eine in die dargestellte Pfeilrichtung gerichtete Ausschaltbewegung
erzeugbar ist. Dabei überstreicht
das dem Hauptfestkontaktstück 3 zugewandte
Ende des Hauptbewegkontaktstückes 2 die in 1 angedeutete
Kreisbahn 18 und trifft dabei auf das freie Ende des Schwenkbügels 5 mit
einem Schnappmechanismus 19, so dass durch ein Verschwenken
des Hauptbewegkontaktstückes 2 ein Verschwenken
des Schwenkbügels 5 bewirkt.
Der Schwenkbügel 5 überstreicht
jedoch mit seinem dem Hauptbewegkontaktstück 2 zugewandten Ende
eine zweite Kreisbahn 20. Das Hauptbewegkontaktstück 2 und
der Schwenkbügel 5 bleiben
daher so lange miteinander in Kontakt, bis es aufgrund der unterschiedlichen
Schaltwege zu einem Auseinanderformen der Trennkontaktstücke der
Trennkontaktanordnung 6 kommt. Diese findet an einem Wegpunkt 21 statt,
an dem sich die Kreisbahnen 18 und 20 abermals
schneiden.
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Nach
dem Einleiten einer Drehbewegung durch die Antriebswelle 17 kommt
es somit zunächst zur
Trennung der Hauptkontaktanordnung 4, wobei jedoch ein
Stromfluss über
einen im Wesentlichen durch die Löschkontaktanordnung 8 sowie
die Trennkon taktanordnung 6 ausgebildeten Nebenschlusszweig
ermöglicht
ist. Hierbei kommt es auch zu einem leichten Verschwenken des Schwenkbügels 5, wobei
der Mitnehmerstift 13a innerhalb des Langloches 14 bewegt
wird.
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Beim
weiteren Verschwenken des Schwenkbügels 5 durch das Hauptbewegkontaktstück 2 kommt
es schließlich
zum Anschlag des Mitnehmerstiftes 13a an dem unteren Ende
des Langloches 14, so dass bei einer weiteren Bewegung
des Schwenkbügels 5 das
Löschbewegkontaktstück der Löschkontaktanordnung 8 von
dem ortsfesten Löschfestkontaktstück abgehoben
wird, wodurch ein Lichtbogen in der Vakuumröhre 7 gezogen wird.
Aufgrund des Vakuums wird bei einem Nulldurchgang des Wechselstromes
der Lichtbogen gelöscht
und der Stromfluss unterbrochen.
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Bei
einer weiteren Drehbewegung erreicht die Trennkontaktanordnung 6 schließlich die
Position 21, in der die Trennkontaktanordnung 6 stromlos
getrennt wird.
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Bei
einer noch weiteren Drehbewegung in Ausschaltrichtung tritt das
Hauptbewegkontaktstück schließlich in
Kontakt mit dem Erdungskontakt 19.
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An
der Drehachse 16 ist eine in 1 figürlich nicht
dargestellte Drehfeder vorgesehen, die nach dem Trennen der Trennkontaktanordnung 6 ein Zurückschwenken
des Schwenkbügels 5 in
die in 1 gezeigte Stellung bewirkt. In dieser Stellung liegt
der Schwenkbügel 5 an
dem Hauptfestkontaktstück 3 an.
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Zum
Einschalten wird eine zu der in 1 dargestellten
Pfeilrichtung entgegengesetzte Drehbewegung in die Antriebswelle 17 eingeleitet
und das Hauptbewegkontaktstück
von dem Erdungskontakt 9 zurück zum Hauptfestkontaktstück 3 verschwenkt, wobei
es zunächst
gegen den Schnappmechanismus 19 schlägt. Der Schnappmechanismus 19 ermöglicht jedoch
ein Vorbeiführen
des Hauptbewegkontaktstückes,
worauf nachfolgend noch genauer eingegangen werden wird.
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2 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Lasttrennschalters
und verdeutlicht insbesondere die elektrische und mechanische Verbindung
der in der Vakuumröhre 7 angeordneten
Löschkontaktanordnung 8 mit
dem Schwenkbügel 5.
Insbesondere ist in dieser Darstellung erkennbar, dass das Löschbewegkontaktstück über ein metallisches
und somit elektrisch leitendes Leiterband 22 mit dem Schwenkbügel 5 verbunden
ist.
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In 2 weist
das fest mit dem Schwenkbügel 5 verbundene
Koppelstück 15 einen
Flanschabschnitt 23 auf, an dem eine Kontaktandruckfeder 24 abgestützt ist, über deren
vom Flanschabschnitt 23 abgewandten Ende eine Andruckkraft
in die Löschkontaktanordnung
einleitbar ist. Durch zweckmäßige Ausgestaltungen
des Langlochs 14 ist somit über den Schwenkbügel 5 des
Koppelstücks 15 und
die Kontaktfeder 24 eine Andruckkraft erzeugbar, die zu
der sich aus der Druckdifferenz zwischen Vakuum und Außenatmosphäre ergebenden
Kraft hinzutritt.
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3 zeigt
den Schnappmechanismus 19 in einer genaueren Darstellung.
Hier ist erkennbar, dass der Schnappmechanismus 19 einen
metallischen Umschnappbügel 25 aufweist,
der an einem aus Kunststoff bestehenden Halteabschnitt 26 angelenkt
ist. Der Halteabschnitt 26 ist an dem dem Hauptbewegkontaktstück 2 zugewandten
Ende des Schwenkbügels 5 befestigt.
Dabei verfügt
der Umschnappbügel 25 über eine
dem Hauptbewegkontaktstück 3 zugewandte
Mitnehmernase 27 sowie über
einen von diesem abgewandten Anschlagarm 28, der in der
gezeigten Stellung an dem Schwenkbügel 5 anliegt. Bei
einer Drehbewegung des Bewegkontaktstückes 2, in 3 von
unten nach oben, schlägt
das Hauptbewegkontaktstück 2 gegen
die untere Seite der Mitnehmernase 27, so dass eine Drehbewegung
in den angelenkten Umschnappbügel 25 eingeleitet
und der Anschlagarm 28 vom Schwenkbügel 5 abgehoben wird.
Auf diese Weise ist ein Vorbeigleiten des Hauptbewegkontaktstückes 3 am
Schwenkbügel 5 ermöglicht.
Dabei überstreift die
Mitnehmernase 27 die in 3 mit 29 bezeichnete
Kreisbahn.
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In
Ausschaltrichtung drückt
das Hauptbewegkontaktstück 3 die
Mitnehmernase 27 von oben nach unten und somit den Anschlagarm 28 gegen den
Schwenkbügel 5,
so dass der Schwenkbügel 5 von
dem Hauptbewegkontaktstück 2 in
seiner nach unten gerichteten Bewegung mitgenommen wird. Der aus
Kunststoff gefertigte Halteabschnitt 26 sorgt für einen
definierten Stromfluss über
den Umschnappbügel 25.
Ein über
den Nebenschlusszweig fließender
Strom fließt
somit über
den Anschlagarm 28 sowie die Mitnehmernase 27 in
das Hauptbewegkontaktstück 2 ein.