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Die
Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 1.
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Eine
derartige Schaltvorrichtung ist im Allgemeinen Bestandteil eines
Schalt- oder auch Schutzschaltgeräts und dient zur gezielten
Trennung bzw. Verbindung eines oder mehrerer Strompfade unter Betriebs-
bzw. Fehlerfallbedingungen. Je nach Einsatzgebiet und Verwendungszweck
ist bei derartigen Geräten
neben einem oder mehreren Phasenleitern auch ein Neutralleiter schaltbar.
Eine in einem Strompfad befindliche Last, beispielsweise ein Verbraucher,
soll dabei im Betriebs- oder Fehlerfall jedoch unter Last nur im
Strompfad des zugehörigen
Phasenleiters und demnach annähernd
lastfrei – also
bei einem Strom, der im Verhältnis
zu dem Bemessungsstrom des entsprechenden Schaltgeräts klein
ist – im Strompfad
des Neutralleiters geschaltet werden.
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Ein
der eingangs genannten Schaltvorrichtung entsprechender Selbstschalter
ist aus der
DE 1 776
082 U bekannt; danach ist vorgesehen, dass der bewegliche
Kontaktarm einer Nulleiter-Schaltstelle von
einem Auslöseanker
eines Hauptkontaktes oder eines mit dem Auslöseanker verbundenen Teils im Einschaltzustand
gehalten ist, indem der Auslöseanker
auf den Kontaktarm des Nulleiterkontaktes einwirkt, und zwar solange,
bis bei abklingendem Lichtbogen an der Schaltstelle des Phasenleiters
der Auslöseanker
von der Ankerrückholfeder
in seine Ausgangslage gebracht ist.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schaltvorrichtung mit zwei
Schaltstellen zu schaffen, die sich hinsichtlich der zweiten Schaltstelle durch
geringe Betätigungskräfte auszeichnet.
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Die
Lösung
der Aufgabe ist ausgehend von einer Schaltvorrichtung mit zwei Schaltstellen
gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1 erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden
Merkmale des Hauptanspruchs gegeben; vorteilhafte Ausgestaltungen
sind jeweils Gegenstand von weiteren Ansprüchen.
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Auf
Grund der Einwirkung des Auslösers
auf die Schaltmechanik zum verzögerten Öffnen der
weiteren Schaltstelle können
die durch die gegebenen Mechanismen der Schaltmechanik bedingten
Hebelverhältnisse
im Sinne einer mechanischen Verstärker-Wirkkette dazu genutzt werden, um den
beweglichen Kontaktträger
der weiteren Schaltstelle mittelbar über die als Schaltschloss ausgeführte Schaltmechanik
zu betätigen,
so dass ein verringerter Kraftbedarf gegenüber einer unmittelbaren Kraftbeaufschlagung
eines beweglichen Kontaktträger
notwendig ist; ein reduzierter Kraftaufwand erlaubt in der Folge
den Einsatz von Bauteilen in der Schaltmechanik, die in ihrer Dimensionierung
und Materialbeschaffenheit gegenüber
konventionellen Bauteilen weniger hohen Ansprüchen genügen müssen, womit kleine Geräteabmessungen
und Kosteneinsparungen einhergehen.
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Zudem
kann eine Berührung
mit ggf. erhitzten Kontaktteilen vermieden werden, durch die eine unerwünschte Wärmeweiterleitung
auf angrenzende Kunststoffteile gegeben wäre, welche demzufolge eine
vorzeitige Versprödung
durch Wärmeeinwirkung erfahren
würden.
Darüber
hinaus ist eine Beaufschlagung von Teilen der Schaltmechanik, insbesondere
der so genannten Verklinkungsstelle, mit einer Zuhalte -oder auch
Fixierungskraft gegenüber
der Kraftbeaufschlagung eines beweglichen Kontaktträgers weniger
toleranzbehaftet und in Folge dessen technisch besser beherrschbar,
da der Kontaktabbrand an der verzögert zu öffnenden Schaltstelle keinen
Einfluss auf die Zuverlässigkeit
der Schaltverzögerung
hat und somit eine Nachführung
oder auch Nachjustierung eines Zuhaltemittels für den beweglichen Kontaktträger entfällt.
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Weiterhin
sind im Vergleich zu der Kraftbeaufschlagung des beweglichen Kontaktträgers weniger
Komponenten in der Tole ranzkette der Schaltmechanik beteiligt, da
bereits an dem so genannten Auslösehebel,
welches das erste Bauteil in der Wirkkette bildet, mit dem Auslöser angegriffen
wird, so dass im Vergleich zu der bekannten Anordnung eine genauere
Maßzuordnung
gegeben ist.
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Ferner
können
Mikrobewegungen zwischen dem Kontakt des beweglichen Kontaktträgers und dem
Kontakt des zugeordneten feststehenden Kontaktträgers vermieden werden, die
bei dem konventionellen Selbstschalter dadurch entstehen, dass beim elektromagnetischen
Auslösen
des Laststrom führenden
Vorrichtungsteils die Schaltmechanik des Strom rückführenden Vorrichtungsteils von
einer Vorspannstellung in einer Entspannstellung trotz des blockierten
beweglichen Kontaktträgers überführt wird;
besagte Mikrobewegungen können
eine Kontaktverschweißung
verursachen, was eine Gerätezerstörung und
letztlich ein Sicherheitsrisiko für den zu schaltenden bzw. zu
schützenden
elektrischen Verbraucher zur Folge hätte.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
arbeitet der Auslöser
der Schaltvorrichtung nach dem elektromagnetischen Funktionsprinzip
unter Einsatz eines Ankers, einer Spule und eines Jochs, welche zueinander
in einer Wechselwirkung stehen, so dass eine bewährte Funktionseinheit als Betätigungsmittel zum
Einsatz kommt.
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Mit
Vorteil weist der Anker des Auslösers
einen Stößel mit
einem Stößelfortsatz
auf, mit dessen Hilfe eine Zusatzfunktion, insbesondere eine Zuhaltefunktion
für eine
Neutralleiter-Schaltstelle,
ausführbar
ist; hierbei wirkt zum einen der Stößel auf einen Auslösehebel
der Schaltmechanik derart ein, dass die erste Schaltstelle öffnet. Zum
anderen wirkt der Stößelfortsatz
auf einen weiteren Auslösehebel
der Schaltmechanik derart ein, dass die weitere Schaltstelle in
einer Übergangszeit
geschlossen im Sinne einer zeitlich versetzten oder nachlaufenden
Trennung bleibt.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Schaltvorrichtung Teil
eines Schaltgeräts,
bei dem eine isolierende Trennwand zwischen der ersten und der zweiten
Schaltstelle angeordnet ist, die eine Öffnung zur Durchführung des
insbesondere zweifach abgewinkelten Stößelfortsatzes aufweist.
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Mit
Vorteil wirkt die Schaltmechanik innerhalb des Schaltgerätes auf
beiden Seiten der Trennwand, so dass eine Wechselwirkung zwischen
den beiden Teilbereichen der Schaltmechanik gegeben ist.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Schaltgerät derart
aufgebaut, dass die eine Schaltstelle im Laststrom führenden
Pfad und die weitere Schaltstelle im Strom rückführenden Pfad angeordnet ist.
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Mit
Vorteil weist das Schaltgerät
einen mehrere Strompfade umfassenden, insbesondere vierpoligen,
Aufbau auf, wodurch ein Einsatz in einem Wechselstromnetz bzw. in
einem Drehstromnetz ermöglicht
ist.
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Die
Erfindung sowie vorteilhafte Ausgestaltungen gemäß den Merkmalen der weiteren
Ansprüche
werden im Folgenden anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele
näher erläutert, ohne
dass insoweit eine Beschränkung
der Erfindung erfolgt; darin zeigen:
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1, 4 und 5 den
Laststrom führenden
Abschnitt der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung
als Teil eines Schaltgerätes
in verschiedenen perspektivischen Darstellungen;
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3 eine
Schnittdarstellung der Schaltvorrichtung als Teil des Schaltgerätes in einer
Unteransicht; und
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2 und 6 den
Strom rückführenden Abschnitt
der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung als
Teil eines Schaltgerätes
in verschiedenen perspektivischen Darstellungen.
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In
den 1 und 2 ist eine Schaltvorrichtung 1 als
Teil eines für
Gleich- oder Wechselstrom geeigneten Schaltgerätes 2, das als Schutzschaltvorrichtung,
insbesondere als Leitungsschutzschalter, ausgeführt ist, gezeigt. Das Schaltgerät 2 weist
eine Gehäusebreite
von 18 mm auf, was einer so genannten Teilungseinheit auf dem Gebiet
der Reiheneinbaugeräte
entspricht. In der einen Teilungseinheit sind sowohl Komponenten
des Laststrom führenden
Teils, insbesondere eines Phasenleiters, als auch Komponenten des
Strom rückführenden
Teils, insbesondere eines Neutralleiters, der Vorrichtung untergebracht;
dabei sind die jeweiligen Schaltmechanik- und Schaltkontakt-Elemente
der beiden Vorrichtungsteile spiegelverkehrt zueinander in einem
Gehäuse 3 isoliert
voneinander angeordnet. Neben einem Gehäuse mit einer Teilungseinheit
ist auch ein Gehäuse
mit zwei Teilungseinheiten mit einer Gehäusebreite von 36 mm möglich, welches
bis zu vier Vorrichtungsteile bzw. zu schaltende Drehstrom-Strompfade,
insbesondere mit drei Phasenleitern und einem Neutralleiter, umfasst.
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Die
in dem Schaltgerät 2 angeordnete Schaltvorrichtung 1 ist
mit einer ersten Schaltstelle 4 gemäß 1 und mit
einer weiteren Schaltstelle 5 gemäß 2 versehen.
Die beiden Schaltstellen 4; 5 sind ihrerseits
jeweils mit einem feststehenden Kontaktträger 4.1; 5.1 und
mit einem beweglichen Kontaktträger 4.2; 5.2 versehen.
Die Schaltvorrichtung 1 weist zudem eine gemeinsame Schaltmechanik
zur Steuerung der Bewegungsabläufe
der beiden beweglichen Kontaktträger 4.2; 5.2 auf.
Auch ein Auslöser 6 ist
Bestandteil der Schaltvorrichtung 1, der einerseits zum
unverzögerten Öffnen der
einen Schaltstelle 4 und andererseits zum verzögerten Öffnen der weiteren
Schaltstelle 5 bestimmt ist, wobei der laststromseitig
angeordnete Auslöser 6 zum
verzögerten Öffnen der
weiteren Schaltstelle 5 auf die Schaltmechanik, insbesondere
auf einen ersten Teilbereich, einwirkt, wodurch im Nachgang an die
erste Trennung eine zweite Trennung erfolgt. Gleicherma ßen wirkt
der Auslöser 6 zum
unverzögerten Öffnen der ersten
Schaltstelle 4 auf die Schaltmechanik, insbesondere auf
einen weiteren Teilbereich, ein.
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Der
Auslöser 6 arbeitet
nach dem elektromagnetischen Funktionsprinzip unter Einsatz eines
Ankers 6.1, einer Spule 6.2 und eines Jochs 6.3,
welche zu einem Kurzschlussauslöser
angeordnet sind; hierbei ist der als Tauchanker ausgeführte Anker 6.1 innerhalb
der wendelförmigen
Spule 6.2 angeordnet, welche von dem Joch 6.3 in
L-Form an einer Stirnseite und an einer Längsseite eingefasst ist. Der
Anker 6.1 weist einen Stößel 7 gemäß 1 auf,
der in einer Öffnung
des kurzen L-Schenkels
des Jochs 6.3 geführt
ist. Der Stößel 7 ist
mit einem Stößelfortsatz 7.1 gemäß 2 versehen,
so dass sich insgesamt eine stufenförmige Stößelanordnung gemäß 3 ergibt.
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Zwischen
den beiden Vorrichtungsteilen ist eine elektrisch isolierende Trennwand 8 als
Teil des Gehäuses 3 vorgesehen,
so dass die erste und die weitere Schaltstelle 4; 5 galvanisch
voneinander getrennt sind. Zur Durchführung des Stößelfortsatzes 7.1 weist
die Trennwand 8 eine Ausnehmung 8.1 gemäß 3 auf,
die in Form eines Langlochs ausgeführt ist. Entsprechend der Darstellung
in 3 kann der auf der Seite der ersten Schaltstelle 4 – auch L-Teil
genannt – angetriebene
Stößel 7 zur
Einleitung eines Auslösevorgangs
an dem entsprechenden Schaltmechanikabschnitt wirken, wobei der
Stößelfortsatz 7.1,
welcher über
einen Quersteg 7.2 mit dem Stößel 7 verbunden ist,
auf der Seite der weiteren Schaltstelle 5 – auch N-Teil
genannt – zur
Einleitung eines zeitverzögerten
Auslösevorgangs
an dem entsprechenden Schaltmechanikabschnitt wirkt.
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Im
Falle eines auftretenden Kurzschlusses in dem durch die Schaltvorrichtung 1 geschützten Stromkreis
fließt
ein Kurzschlussstrom I. Die Schaltvorrichtung 1 befindet
sich hierbei in der EIN-Stellung 9. Der Kurzschlussstrom
I wird über
die Eingangsklemme 11 des L-Teils an die Auslösespule 6.2 bis hin zu
dem Festkontaktträger 4.1 und
damit zu einem darauf angeordneten Festkontakt 4.3 geleitet.
Von dem Festkontakt 4.3 wird der Strom I weitergeführt über einen
korrespondierenden Bewegkontakt 4.4, der auf dem beweglichen
Kontaktträger 4.2 platziert ist.
Der beweglichen Kontaktträger 4.2 ist
seinerseits mit einem flexiblen Leiter 13, insbesondere
Litze, verbunden, der wiederum an einem thermischen Auslöser 14 angeordnet
ist. Der Kurzschlussstrom I fließt demnach über den beweglichen Kontaktträger 4.2, den
flexiblen Leiter 13 und auch über den thermischen Auslöser 14 bis
hin zu einer Abgangsklemme 12, welche durch ein Verbindungsmittel 15 mit
dem Trägerelement 16 des
thermischen Auslösers 14 gekoppelt
ist.
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Bedingt
durch den Kurzschlussstrom I wird ein Magnetfeld erzeugt, das den
Anker 6.1 dazu veranlasst, in Richtung eines Auslösehebels 17 des L-Teils
L weiter in die Auslösespule 6.2 einzutauchen. Der
an dem Anker 6.1 befindliche Stößel 7 schlägt in Folge
dessen an dem Krafteinleitungsende 17.1 des drehbeweglich
gelagerten Auslösehebels 17 an.
Der Auslösehebel 17 wird
daraufhin entgegen dem Uhrzeigersinn aus seiner Verklinkungsstellung
gedreht. Die Verklinkungsstellung ist gebildet durch das Verklinkungsende 17.2 des
Auslösehebels 17 und
einer drehbeweglich gelagerten und in ihrer Lagerung längsverschieblichen
Klinke 18. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Klinke 18 einen
Rastfortsatz 18.1 auf, der in der Verklinkungsstellung
auf einem Absatz 17.3 des Auslösehebels 17 aufliegt.
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Die
Klinke 18 ist mittelbar über eine Feder 19,
insbesondere Druckfeder, vorgespannt und neigt dazu, entgegen dem
Uhrzeigersinn zu drehen. Das Drehlager der Klinke 18 ist
durch ein Ende 20.1 eines Antriebsbügels 20 gegeben, der
eine U-Form aufweist. Das andere Ende 20.2 des Antriebsbügels 20 ist
in einer Ausnehmung 21.1 einer Knebelwalze 21 angeordnet.
Die Klinke 18 ist darüber
hinaus an dem dem Rastfortsatz 18.1 gegenüberliegenden
Ende 18.2 mit einem U-förmigen
Koppelbügel 22 verbunden,
der an seinem einen Ende 22.1 in einer Aufnahme 18.3 der
Klinke 18 drehbeweglich gelagert ist. Das andere En de 22.2 des
Koppelbügels 22 bildet ein
Drehlager für
das Lagerende 4.5 des beweglichen Kontaktträgers 4.2,
welches zudem in einer Gehäusekulisse 3.1 geführt ist.
Der bewegliche Kontaktträger 4.2 steht
im Anschluss an seine Lagerstelle in einer Wirkverbindung mit der
Feder 19, die zum einen zur Herstellung des Kontaktdrucks
an der einen Schaltstelle 4 und zum anderen zur Vorspannung
der als Schaltschloss ausgeführten
Schaltmechanik verantwortlich ist. Als Dreh- bzw. Umlenkpunkt für den beweglichen
Kontaktträger 4.2 dient
ein gehäusefester
Bolzen 3.2.
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Sobald
der Auslösehebel 17 die
Klinke 18 aus der Verklinkungsstelle freigibt setzt die
Feder 19 ihre gespeicherte Energie frei, indem der beweglichen
Kontaktträger 4.2 mit
dem Bolzen 3.2 als Dreh- bzw. Umlenkpunkt entgegen dem
Uhrzeigersinn einerseits mit seinem Kontaktende 4.6 von
dem Festkontakt 4.3 und andererseits mit seinem Lagerende 4.5 von
der Feder 19 in Richtung der Klinke 18 weggeschwenkt
wird. Hierbei tendiert der Koppelbügel 22 dazu, sich
im Uhrzeigersinn zu drehen, wobei die dabei auf die Klinke 18 einwirkende
Hebelkraft zur Weiterdrehung der Klinke 18 und des beweglichen Kontaktträgers 4.2 führt bis
ein an der Klinke 18 angeformter Exzenter 18.4 an
einem Ausleger 23.1 eines Mitnehmers 23 unter
Anpressdruck zum Anliegen kommt.
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Durch
das schlagartige Aufreißen
der ersten Schaltstelle 4 unter Kurzschlussstrom-Belastung
bildet sich zwischen dem Kontaktpaar 4.3; 4.4 ein
Lichtbogen, der zu seiner Löschung über trichterförmig angeordnete
Lichtbogen-Leitschienen 24 in eine Lichtbogen-Löschkammer 25 getrieben
wird. Solange der Lichtbogen vorhanden ist, bleibt durch den damit
einhergehenden Stromfluss auch der Anker 6.1 angezogen.
Der an dem Anker 6.1 vorhandene Stößel 7 hält somit
den Auslösehebel 17 nach
wie vor in der Entklinkungsstellung, während gemäß der 2 der Stößelfortsatz 7.1 auf
der Seite des N-Teils N gegen das Krafteinleitungsende 26.1 des
dortigen drehbeweglich gelagerten Auslösehebels 26 zur Beibehaltung
des Verklinkungszustandes einwirkt. Durch die spiegelverkehrte Anordnung
der beiden Auslösehebel 17; 26 in
der Schaltvorrichtung 1, bedingt der nur in einer Richtung
wirkende Stößel 7 samt
Fortsatz 7.1 zum einen eine Auslösung und zum anderen eine Blockierung.
Die Verklinkungsstelle des N-Teils N, bei der auch eine Klinke 27 beteiligt
ist, bleibt infolgedessen ebenfalls blockiert, so dass ein den Kontakt
abhebender Bewegungsablauf – wie
für den L-Teil
L bereits beschrieben – mittels
vorgespannter Feder 28, beweglichem Kontaktträger 5.2, Koppelbügel 29 und
Klinke 27 unterbleibt.
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Sofern
der Lichtbogen wunschgemäß erloschen
und damit der Stromfluss unterbrochen ist, also die Gefahr einer
Lasttrennung der weiteren Schaltstelle 5, insbesondere
des N-Teils N, nicht mehr vorliegt, fällt damit auch das den Anker 6.1 haltende
Magnetfeld der Auslösespule 6.2 ab,
wodurch der Anker 6.1 mittels einer Ankerrückholfeder
in seine Ruhestellung zurückgeführt wird.
Sowohl der Stößel 7 als
auch der Stößelfortsatz 7.1 werden
dabei in ihre Ausgangsstellung 7.3 verfahren, so dass weder das
Krafteinleitungsende 17.1 des Auslösehebels 17 des L-Teils
L noch das Krafteinleitungsende 26.1 des Auslösehebels 26 des
N-Teils N betätigt
bzw. blockiert sind. Demnach wirkt der an dem Ausleger 23.1 unter
Anpressdruck zum Anliegen gekommene Klinkenexzenter 18.4 gemäß den 1, 4 und 5 auf
den über
eine Kulisse geführten
Mitnehmer 23 ein, der mit einem Übertragungselement 23.2 versehen
ist, das sich auf die Seite des N-Teils N gemäß der 6 erstreckt.
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Das Übertragungselement 23.2 wirkt
dabei vorrangig im N-Teil N auf eine weitere Fahne 26.2 des
Auslösehebels 26 an
dessen Verklinkungsende 26.3 gemäß 6 derart
ein, dass sich dieser entgegen dem Uhrzeigersinn bewegt. Gleiches
gilt für
die baugleiche Anordnung in dem L-Teil L gemäß 4 und 5,
sofern sich die dortige Fahne 17.4 noch in Reichweite des
Mitnehmers 23 befindet. Hierbei wird die Kraft der Feder 19 des
L-Teils L durch Verschiebung des Übertragungselements 23.2 in
Richtung des Verklinkungsendes 26.3 des Auslösehebels 26 des
N-Teils N weitergegeben, wodurch das Verklinkungsende 26.3 außer Eingriff
mit der Klinke 27 des N-Teils N gebracht wird. Im Anschluss
daran erfolgt auf der Seite des N-Teils N ein Bewegungsablauf des Schaltschlossbereichs,
der dem des Schaltschlossbereichs auf der Seite des L-Teils L entspricht.
Die Energie der Feder 28 des N-Teils N wird in der Folge freigesetzt
und führt
zu einer Öffnung
der weiteren Schaltstelle 5, indem der bewegliche Kontaktträger 5.2 von
seiner Schließstellung
in seine Öffnungsstellung
entgegen dem Uhrzeigersinn verschwenkt, so dass schließlich das
Schaltschloss vollkommen ausgelöst
ist und beide Schaltstellen 4; 5 unterbrochen sind.
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Im
Falle einer damit einhergehenden Drehbewegung der freigegebenen
Klinken 18; 27 führt dies zudem zu einer Längsverschiebung
des Klinkendrehlagers 20.1 in einer Führungsnut 18.5, wodurch
die Knebelwalze 21 mit Unterstützung eines Federelements 30 z.B.
nach 2 zusammen mit dem daran angeordneten Betätigungsknebel 21.2 von
der EIN-Stellung 9 in die AUS-Stellung 10 verschwenkt;
damit wird auch außerhalb
des Gehäuses 3 der
Schaltstellungswechsel angezeigt. Zum Wiedereinschalten des Gerätes 2 bei
fehlerfreiem Stromkreis kann der Knebel 21.2 der Antriebswalze 21 manuell
oder beispielsweise per Fernantrieb von der AUS-Stellung 10 in
die EIN-Stellung 9 bewegt
werden, so dass die Schaltmechanik erneut vorgespannt ist und beide
Klinken 18; 27 wieder auf dem jeweiligen Auslösehebel 17; 26 zum
Anliegen kommen.
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Die
zuvor erläuterte
erfindungsgemäße Lösung mit
einem schaltbaren Neutralleiter kann wie folgt zusammengefasst werden:
Um
eine Schaltvorrichtung 1 mit zwei Schaltstellen 4; 5 zu
schaffen, die sich hinsichtlich der zweiten Schaltstelle 5 durch
geringe Betätigungskräfte auszeichnet,
ist eine Anordnung vorgesehen, bei welcher die erste und weitere
Schaltstelle 4; 5 jeweils einen feststehenden
Kontaktträger 4.1; 5.1 und
einen beweglichen Kontaktträger 4.2; 5.2 aufweisen,
und bei welcher eine Schaltmechanik zur Steuerung der Bewegungs abläufe der
beiden beweglichen Kontaktträger 4.2; 5.2 bestimmt
ist, und bei welcher ein Auslöser 6 einerseits
zum unverzögerten Öffnen der
einen Schaltstelle 4 und anderseits zum verzögerten Öffnen der
weiteren Schaltstelle 5 ausgelegt ist, wobei der Auslöser 6 zum
verzögerten Öffnen der
weiteren Schaltstelle 5 auf die Schaltmechanik einwirkt, so
dass unterschiedliche Schalt- bzw. Trennzeitpunkte im Sinne einer
Schaltverzögerung
gegeben sind.