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Die
Erfindung betrifft einen Überspannungsableiter
mit mindestens einem Ableitelement, beispielsweise einem Varistor
sowie eine Abtrennvorrichtung, um das oder die Ableitelemente ein-
oder allpolig vom Netz zu trennen, wobei die Abtrennvorrichtung
eine Lötstelle
umfaßt,
welche in den elektrischen Anschlußpfad innerhalb des Ableiters
eingebunden ist, wobei über
die Lötstelle
ein beweglicher Leiterabschnitt oder eine bewegliche leitende Brücke mit
dem Ableitelement einerseits und der Leiterabschnitt oder die Brücke andererseits
mit einem elektrischen Außenanschluß des Ableiters
verbunden ist, sowie weiterhin umfassend eine Vorspannkraft erzeugende
Feder, wobei der diesbezügliche
Kraftvektor mittelbar oder unmittelbar auf den Leiterabschnitt oder
die Brücke
in Abtrennrichtung wirkt, gemäß Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Überspannungsableiter,
auch in steckbarer Bauart, gehören
seit vielen Jahren zum Stand der Technik. Bei steckbaren Überspannungsableitern wird
von einem Unterteil mit Kontaktaufnahmen und einem Oberteil mit
in die Kontaktaufnahmen einschiebbaren Kontaktstiften und mit einem
zwischen diesen Kontaktstiften angeordneten Überspannungsableitelement,
vorzugsweise Varistor, ausgegangen.
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In
der Zuleitung zum Überspannungsableitelement
ist als thermische Sicherung eine Lötstelle angeordnet, bei welcher
einer der verlöteten
Zuleitungsteile mit einer, dieses Zuleitungsteil in Richtung weg
von der Lötstelle
vorspannenden Feder in Verbindung steht.
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Das
Zuleitungsteil kann als flexibler, seilartiger Leiter ausgeführt werden,
wobei jedoch hier Probleme bei hohen Stoßströmen auftreten.
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Aufgrund
der Stoßstromproblematik
wurde gemäß der
EP 0 905 839 B1 vorgeschlagen,
das federvorgespannte Zuleitungsteil durch eine Brücke zu verbinden,
während
beide Enden über
Lötstellen
mit weiteren Zuleitungsteilen in Kontakt stehen. Das Zuleitungsteil,
welches beweglich ist, weist in sich starre Eigenschaften auf und
kann mit relativ großem
Querschnitt aus gut leitendem Material gefertigt werden. Damit ergibt
sich eine hohe Stoßstromfestigkeit.
Aufgrund der vorgesehenen zwei Unterbrechungsstellen soll eine besonders
sichere Abtrennung des Überspannungsableiters
vom Netz bewirkt werden.
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In
Weiterbildung der Lehre nach
EP 0 905 839 B1 ist vorgesehen, daß die Brücke im Querschnitt
betrachtet Doppel-L-förmig
ausgebildet ist. Die beiden durch die Brücke verbundenen Zuleitungsabschnitte
können
auf diese Weise relativ weit auseinander liegend angeordnet werden.
Ebenfalls vorbekannt ist es, die Brücke gemäß
EP 0 905 839 B1 an einem
Ende mit einem Steg zu versehen, an welchem eine eine Vorspannkraft
erzeugende Feder festgelegt ist.
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Ergänzend besteht
die Möglichkeit,
bei steckbaren Überspannungsableitern
nach
EP 0 905 839 B1 eine
optische Defektanzeige vorzusehen, umfassend eine in der Stirnseite
des Oberteils angeordnete Durchbrechung sowie einen im Inneren des Oberteils
beweglich gelagerten Hebel, welcher sich vom Bereich der Durchbrechung
bis in die Bewegungsbahn der leitenden Brücke erstreckt und dessen erstes,
im Bereich der Durchbrechung befindliches Ende ein Signalplättchen trägt. Das
Signalplättchen
weist auf seiner der Durchbrechung zugewandten Oberfläche eine
für den
entsprechenden Betriebszustand typische Markierung auf. Die Markierung
kann durch die Brücke
bei deren Öffnungsbewegung
unter Beachtung des vorhandenen Hebels von einer durch die Durchbrechung
nicht einsehbaren in eine einsehbare Position verbracht werden.
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Die
Lötstelle,
welche die Brücke,
die unter Federvorspannkraft steht, hält, besitzt ein Lot mit definiertem
Schmelzpunkt. Der Schmelzpunkt ist so gewählt, daß er bei Wärmeenergien, die der Ableiter
unbeschädigt
aufnehmen kann, noch nicht erreicht wird. Die Lötverbindung bleibt damit, so
lange der Überspannungsableiter
unbeschädigt
ist, wirksam, wird aber bei größeren Wärmeenergien
gelöst.
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Unter
Beachtung der den Normvorschriften genügenden maximalen Betriebstemperatur
im Inneren derartiger Überspannungsableiter
müssen
relativ niedrig schmelzende Lote eingesetzt werden. Derartige Lote
sind nur begrenzt in der Lage, mechanische Kräfte, insbesondere Scherkräfte, aufzunehmen.
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Letzteres
wiederum bedeutet, daß die
Federvorspannkraft, welche auf die Brücke und die entsprechende Lötstelle
wirkt, einer engen Begrenzung unterliegt. Eine begrenzte Federkraft
jedoch ist einer schnellen Trennbewegung des starren Brückenteils abträglich, insbesondere
dann, wenn aufgrund des eutektischen Verhaltens des Lotes kein sofortiges Durchschmelzen
der Lötstelle
eintritt.
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Aus
dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, einen weiterentwickelten Überspannungsableiter
mit insbesondere thermischer Abtrennvorrichtung anzugeben, welcher
ein sehr sicheres lichtbogenarmes Abtrennverhalten im Störungsfall zeigt
und der eine hohe Langzeitstabilität insbesondere mit Blick auf
die Lötverbindung
der thermischen Trennstelle besitzt.
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Die
Lösung
der Aufgabe der Erfindung wird von einem Überspannungsableiter in seiner
Definition gemäß Merkmalskombination
nach Patentanspruch 1 gelöst,
wobei die Unteransprüche
mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen
und Weiterbildungen darstellen.
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Der
Grundgedanke der Erfindung liegt demgemäß darin, daß zusätzlich ein thermisch auslösbares Sperrelement
den beweglichen Leiterabschnitt oder die vorgesehene bewegliche
leitfähige
Brücke hinsichtlich
des dauerwirkenden Vorspannkraftvektors blockiert, so daß die Lötstelle
der Abtrennvorrichtung keiner permanenten kraftseitigen Belastung ausgesetzt
ist.
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Durch
dieses zusätzliche
z.B. Lotformteil ist eine Arretierung gegeben, welche erst bei Erreichen der
einzustellenden Schmelztemperatur einer Entriegelung unterliegt,
so daß die
vorgespannte Feder dann die Abtrennvorrichtung aktiviert.
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Die
sensible Lötstelle
der elektrischen Abtrennvorrichtung ist nicht permanent einer Federkraft oder
Federvorspannung ausgesetzt. Unter Beachtung dieser Tatsache ist
es nunmehr möglich,
die Auslegung der mechanischen Baugruppen, d.h. der Feder, des Abtrennhebels
und der jeweiligen Hebelverhältnisse
zu korrigieren und zu optimieren.
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Insbesondere
ist gemäß der Erfindung
die Möglichkeit
gegeben, große
Federkräfte
wirksam werden zu lassen, die eine schnelle Bewegung während der
eigentlichen Abtrennung realisieren. Unter diesen Bedingungen wird
das Ausschaltvermögen der
Abtrennvorrichtung im Falle des Aktivwerdens dieser erheblich verbessert.
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Bei
einer Ausführungsform
der Erfindung greift das thermisch auslösbare Sperrelement einerseits
in einen Abwinklungsbereich des Leiterabschnitts ein und ist andererseits
am Ableitergehäuse oder
einer Gehäusetrennwand
des Ableiters gegengelagert und mit dem Ableiter in thermischem,
wärmeleitendem
Kontakt stehend.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung blockiert das thermisch auslösbare Sperrelement als bolzenartiges
Teil den Bewegungsweg einer Hebelübersetzung, welche zwischen
Feder und Leiterabschnitt angeordnet ist.
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Das
thermisch auslösbare
Sperrelement kann als vorgeformtes Teil aus einem niedrig schmelzenden
Lot bestehen bzw. derartig gefertigt werden.
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Die
Eigenschaften des Lotes für
das thermisch auslösbare
Sperrelement können
ungeachtet elektrischer Parameter allein unter mechanischem Aspekt,
wie z.B. hohe Zugkraftbeständigkeit,
ausgewählt
werden.
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Ausgestaltend
kann der bewegliche Leiterabschnitt als Federzunge ausgebildet werden,
so daß hier
eine weitere Unterstützung
der Trennbewegung im Störungsfall
gegeben ist.
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Die
Hebelübersetzung
kann mit einer optischen Defektanzeige in Verbindung stehen, um
den Störungs-
bzw. Ausfallzustand des Ableitelements zu signalisieren.
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Selbstverständlich besteht
die Möglichkeit, unter
Rückgriff
auf die Hebelübersetzung
oder die Bewegung des Leiterabschnitts einen Fernmeldekontakt zu
aktivieren.
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Bei
einer Ausführungsform
der Erfindung ist der bewegliche Leiterabschnitt ein Stanz-Biegeteil, welches
einen angeformten Außenanschluß, insbesondere
in Form eines Steckkontakts besitzt. Damit kann dieses Teil kostengünstig gefertigt
und leicht ohne größeren Aufwand
montiert werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist die Aktivierungstemperatur des Sperrelements kleiner
als die Schmelztemperatur der Lötstelle.
Damit wird die Sperrelementfunktion beim Ansteigen der Temperatur
hinein in den kritischen Bereich aufgehoben, so daß beim weitere
Ansteigen der Temperatur im Störungsfall
die Abtrennbewegung ungehindert auslösbar ist bzw. erfolgen kann.
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Wird
beispielsweise bei einer Hebelübersetzung
dafür Sorge
getragen, daß beim
Erreichen der Aktivierungstemperatur des Sperrelements ein Hebelteil
einen ersten Weg zurücklegt,
um in Anschlag mit dem Leiterabschnitt oder der Brücke zu gelangen, dann
kann dieser zurückgelegte
Weg genutzt werden, um einen Fernmeldekontakt oder eine optische Anzeige
auszulösen,
welcher bzw. welche signalisiert, daß eine kritische Temperaturerhöhung stattfand,
um auf diese Weise anzuzeigen, daß es zweckmäßig ist, den Überspannungsableiter
auszutauschen.
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Im
Vergleich zu bisherigen thermischen Trennvorrichtungen kann die
Vorspannkraft, welche bevorzugt mit einer Federanordnung erzeugt
wird, einen im Vergleich zur möglichen
Dauerbelastung der Lötstelle
höheren
Wert annehmen, um im Störungsfall
die gewünschte
sehr schnelle Abtrennbewegung des Leiterabschnitts oder der leitenden
Brücke
zu gewährleisten.
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Die
Erfindung soll nachstehend eines Ausführungsbeispiels sowie unter
Zuhilfenahme von Figuren näher
erläutert
werden.
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Hierbei
zeigen:
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1 eine
erste beispielhafte Darstellung der erfindungsgemäßen Lösung mit
einem Lotformteil, welches im Abtrennbock unter thermischem Kontakt
mit einer Varistorscheibe stehend, befindlich ist,
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2 eine
Ausführungsform,
bei der das Lotformteil des Sperrelements direkt auf bzw. am Leiterabschnitt
angeordnet ist und über
eine Gegenlagerung in der Gehäusetrennwand
verfügt,
und
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3 und 4 eine
dritte Ausführungsform
der Erfindung mit zweistufiger Belastungs- oder Defektanzeige.
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Bei
den Darstellungen nach den 1 und 2 wird
von einem steckbaren Überspannungsableiter
mit einem Basisteil ausgegangen. Dieses Basisteil 1 besitzt
eine rückseitige
Ausnehmung mit Mitteln zur Hutschienenbefestigung 2.
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In
den von den beiden Schenkeln des U-förmigen Basisteils 1 gebildeten
Freiraum wird der eigentliche Überspannungsableiter 3 eingesteckt.
Entsprechende Steckkontakte 4 am Überspannungsableiter 3 greifen
in Kontaktausnehmungen 5 im Basisteil 1 ein. Eine
Kodierung 6 einerseits im Basisteil 1 und andererseits
im Überspannungsableiter 3 verhindert
das Einsetzen nicht korrekter oder ungeeigneter Ableiter.
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Der Überspannungsableiter 3 weist
in seinem Inneren den nicht gezeigten eigentlichen Ableiter, z.B.
eine Varistorscheibe auf.
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Die
hinter der Trennwand 7 befindliche Varistorscheibe verfügt über zwei
Anschlüsse.
Ein erster Anschluß 8 steht
mit dem linksseitigen Steckkontakt 4 über ein Leiterteil 9 in
Verbindung.
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Ein
zweiter Anschluß 10 wird
durch die Trennwand 7 hindurchgeführt und dort über eine
Lötstelle 11 mit
einem beweglichen Leiterabschnitt 12 verbunden.
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Der
bewegliche Leiterabschnitt 12 geht in den rechtsseitig
angeordneten Steckkontakt 4 über.
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Ein
hebelartig ausgeführter
Abtrennbock 13 weist an der Oberseite eine optische Defektanzeige 14 auf.
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Der
optischen Defektanzeige 14 benachbart greift ein erstes
Ende einer Feder 15 ein, wobei das zweite Ende der Feder 15 im
Bereich der Trennwand 7 fixiert ist. Damit bewirkt die
Feder 15 eine Vorspannkraft über den Abtrennbock 13 und
den Stößel 16 auf
den beweglichen Leiterabschnitt 12 und damit die Lötstelle 11.
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Das
thermisch auslösende
Sperrelement 17, z.B. als Lotformteil ausgeführt, sitzt
im Abtrennbock 13 und sperrt diesen bolzenartig über eine
entsprechende Gegenlagerung in der Trennwand 7.
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Durch
das thermisch auslösbare
Sperrelement 17 ist der Kraftvektor der Vorspannkraft blockiert,
so daß die
Lötstelle 11 der
Abtrennvorrichtung keiner permanenten kraftseitigen Belastung ausgesetzt
ist.
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Der Überspannungsableiter 3 weist
noch ein Gehäuse 18 mit
einem Fenster 19 bezüglich
der optischen Defektanzeige 14. Bei dem Ausführungsbeispiel
nach 2 wird von einer ähnlichen Konstruktion wie zur 1 erläutert ausgegangen.
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Allerdings
ist hier das thermisch auslösbare Sperrelement 17 nicht
als Sperrbolzen im Abtrennbock, sondern im Bereich des beweglichen
Leiterabschnitts 12 befindlich und mit dem Bezugszeichen 20 symbolisiert.
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Auch
bei dieser Ausführungsform
verhindert das thermisch auslösbare
Sperrelement, daß die Vorspannkraft
der Feder 15 die Lötstelle 11 dauerhaft mit
der Folge unerwünschter
Zug- oder Scherkräfte beaufschlagt.
Erst dann, wenn die Schmelztemperatur des Lotformteils 20 erreicht
ist, wird der Kraftweg freigegeben und es kann bei weiterem Temperaturanstieg
nach Erreichen der Lottemperatur hinsichtlich der Lötstelle 11 der
Abtrennvorgang in bekannter Weise erfolgen.
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Wie
aus den 1 und 2 ersichtlich, kann
der bewegliche Leiterabschnitt 12 mit dem rechtsseitigen
Steckkontakt 4 einstückig
als Stanzbiegeteil gefertigt und montageerleichternd verwendet werden.
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Die 3 und 4 zeigen
eine dritte Ausführungsform
der Erfindung mit zweistufiger Belastungs- oder Defektanzeige.
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3 stellt
hierbei den Zustand dar, bei welchem noch keine kritischen thermischen
Belastungen für
den Überspannungsableiter
eingetreten sind und bei dem das Sperrelement 17 noch nicht
ausgelöst
wurde.
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4 hingegen
zeigt den Zustand nach Auslösung
des Sperrelements 17.
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Bei
den Darstellungen gemäß 3 und 4 ist
das thermisch auslösbare
Sperrelement 17 Bestandteil einer zweistufigen Belastungs-
oder Defektanzeige, wobei ein gelenkig angeschlagener Hebelarm 28 vorhandenen
ist, dessen Hebelarmende 29 in einen Sperrschieber 24 eingreift.
Dieser Sperrschieber 24 steht mit einem Anschlag 27 eines
Brückenbetätigungsteils 23 im
mechanischen Kontakt und sperrt dieses Brückenbetätigungsteil 23 im
Zustand gemäß 3.
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Das
Brückenbetätigungsteil 23 ist
unter Vorspannung einer Feder 15 gehalten und weist eine Ausnehmung 26 auf,
in welcher eine Nase 25 der leitenden Brücke 22 eingreift.
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Im
Zustand des blockierten Brückenbetätigungsteils 23 aufgrund
der Wirkung des Sperrschiebers 24 ist, wie in 3,
Detail A gezeigt, ein Spiel zwischen der Ausnehmung 26 und
der Nase 25 vorhanden, was bedeutet, daß die Kraft der Feder 15 nicht
auf eine kritische Lötverbindung übertragen wird,
die sich zwischen der Brücke 22,
dem jeweiligen Anschluß des
Ableitelements und dem Steckkontakt 4 befindet.
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Es
nimmt also das Sperrelement mit seinem Sperrschieber 24 die
Federvorspannung des Brückenbetätigungsteils 23 im
nicht ausgelösten
Zustand auf und leitet die Federvorspannkraft ab. Im ausgelösten Zustand
hingegen tritt der Sperrschieber 24 außer Kontakt mit dem Anschlag 27 des
Brückenbetätigungsteils 23 mit
der Folge, daß das
Spiel gemäß der Darstellung
des Details A nach 4 verschwindet. Erst in diesem
Fall kommt die Wirkung der Feder 15 zum Erzeugen einer
Vorspannkraft über das
Brückenbetätigungsteil 23 hin
zur Brücke 22 zur Geltung.
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Der
Hebelarm 28 des Sperrelements 17 wird von einem
Lotstift oder Lotbolzen 30 als dem eigentlichen thermischen
Sperrelement gehalten, wobei die Schmelztemperatur dieses Lotstifts
oder Lotbolzens 30 kleiner sein kann als die Temperatur
des Lotes, welches die Brücke 22 mit
dem jeweiligen Anschluß des
Ableitelements und dem Steckkontakt 4 verbindet.
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Wenn
beispielsweise eine thermische Belastung des Überspannungsableiters eingetreten
ist, die noch nicht zu einem Funktionsausfall des eigentlichen Ableitelements
geführt
hat, jedoch für
das zukünftige
Betriebsverhalten oder den Austauschzyklus des Ableiters von Bedeutung
ist, wird unter Wirkung der Feder 32 der Hebelarm 28 in
einer Position gemäß Darstellung
der 4 nach links überführt, und zwar
unter Mitnahme des Sperrschiebers 24, welcher mit einer
optischen Defektanzeige 14 in Verbindung steht. Diese optische
Defektanzeige 14 gelangt dann in den Bereich eines nicht
dargestellten Fensters und signalisiert die aufgetretene thermische
Belastung.
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Wie
aus den figürlichen
Darstellungen 3 und 4 deutlich wird, greift das
Hebelarmende 29 in einen nutförmigen Rücksprung des Sperrschiebers 24 ein, um
diesen bewegungsseitig mitnehmen zu können.
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Durch
die Blockierwirkung zwischen dem Sperrschieber 24 und dem
Anschlag 27 des Brückenbetätigungsteils 23 kann
die Vorspannung der Feder 15 sehr groß gewählt werden, ohne daß es zu
einer unerwünschten
mechanischen Dauerbelastung der brückenseitigen Lötstelle
oder mehrerer dort befindlicher Lötstellen kommt. Andererseits
bewirkt diese höhere
Vorspannung der Feder 15 ein sehr schnelles Öffnen und
damit Abtrennen des Ableitelements im Belastungsfall. Durch die
Anordnung des Lotstifts oder Lotbolzens 30 unmittelbar
an oder in der Trennwand 7 und damit in unmittelbarer Nähe des Ableitelements
wird die in diesem Element im Belastungsfall entstehende Wärme direkt
zum Lotstift oder Lotbbolzen 30 geführt, so daß für ein sicheres Ansprechverhalten
des Lotmaterials im Sinne der gewünschten thermischen Auslösung gesorgt
ist.
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Das
Brückenbetätigungsteil 23 kann
zur Aufnahme der Feder 15 eine Zunge 33 aufweisen,
die gleichzeitig der Führung
des Brückenbetätigungsteils 23 mittels
beabstandeter Führungselemente 34 dient.
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Zur
Erleichterung der Montage insbesondere des unter Vorspannung der
Feder 15 stehenden Brückenbetätigungsteils 23 besitzt
dieses an Fortsätzen vorhandene
Bohrungen 35. Wenn in die Bohrungen 35 ein U-förmiger Bügel eingesteckt
wird, ist unabhängig
von der Montage weiterer Teile, insbesondere des Sperrelements 17,
das Ausführen
des Verlötens der
Brücke 22 in
besonders leichter Weise möglich. In
diesem Falle nämlich
blockiert der in den Figuren nicht dargestellte Bügel durch
sein Inanschlagkommen mit der Außenkante der Trennwand 7 die
Bewegung des Brückenbetätigungsteils 23.
In die Bohrungen 35 kann auch ein Lötstift oder Lötbolzen 30 integriert
werden, um die Funktion des Sperrens zu realisieren.
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- 1
- Basisteil
- 2
- Mittel
zur Hutschienenbefestigung
- 3
- Überspannungsableiter
- 4
- Steckkontakt
- 5
- Kontaktausnehmung
- 6
- Kodierung
- 7
- Trennwand
- 8
- erster
Anschluß
- 9
- Leiterteil
- 10
- zweiter
Anschluß
- 11
- Lötstelle
- 12
- beweglicher
Leiterabschnitt
- 13
- Abtrennbock
- 14;
31
- optische
Defektanzeigen
- 15;
32
- Federn
- 16
- Stößel
- 17
- thermisch
auslösbares
Sperrelement
- 18
- Gehäuse
- 19
- Fenster
- 20
- Sperrelement
in der Ausführungsform nach 2 (Lotformteil)
- 21
- zweiter
Anschluß gemäß drittem
Ausführungsbeispiel
- 22
- Brücke
- 23
- Brückenbetätigungsteil
- 24
- Sperrschieber
- 25
- Nase
- 26
- Ausnehmung
- 27
- Anschlag
- 28
- Hebelarm
- 29
- Hebelarmende
- 30
- Lotstift
oder Lotbolzen
- 33
- Zunge
- 34
- Führungselemente
- 35
- Bohrung