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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf das Gebiet der
elektrischen Steckverbinder, insbesondere vielpoliger Klemmenadapter
und/oder Kontakteinsätze,
wobei diese Klemmenadapter für schwere
Industriesteckverbinder in der Automobil-, Maschinenindustrie, im
Anlagenbau und der Mess- und Regelungstechnik Verwendung finden.
Klemmenadapter fassen Steckverbinder-Kontakteinsätze und nachgeordnete Reihenklemmen
zu einem Platz sparenden, individuellen Anschlusselement zusammen.
Kontakteinsätze
sorgen gemeinsam mit dem zugehörigen
Gehäuse
für eine
industriegerechte Durchführung
von Leitungen durch Schaltschrankwände.
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Für die Leiteranschlüsse im Reihenklemmenteil
stehen zur einfachen und schnellen Konfektionierung für die 6
bis 24-poligen Klemmenadapter unterschiedliche Anschlusstechniken
zur Verfügung. Auch
bei den Kontakteinsätzen
sind in den unterschiedlichen Leistungsklassen mit Schraub-, Crimp- oder
Schneiklemm-Verbindungen
verschiedene Anschlusstechniken vorhanden, wobei die Kontakteinsätze aus
Buchsen- und Steckereinsätzen
bestehen.
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In
elektrischen Anschlusssystemen werden häufig Schutzleiter verwendet.
Diese Schutzleiter werden auch als Potential-Erde bezeichnet. Aufgabe des
Schutzleiters in elektrischen Systemen ist der Schutz des Menschen
vor gefährlicher
Berührungsspannung
und des Systems vor weiteren Schäden
zu bewahren. Der Schutzleiter wird so angebracht, dass eine elektrische
Verbindung zwischen dem äußeren metallischen
Gehäuse
von elektrischen Betriebsmitteln und dem Erdreich besteht. Wenn
in einem Fehlerfall die elektrische Spannung des Versorgungsnetzes
an die außen
liegenden Teilen eines elektrischen Betriebsmittels gerät, soll
durch den Kurzschluss über
den Schutzleiter dafür
gesorgt werden, dass die Spannung zwischen dem Gerätegehäuse und
der Erde gleich null wird.
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Gleichzeitig
wird durch den entstehenden hohen Kurzschlussstrom die elektrische
Spannung zur Auslösung
gebracht. Damit wird das defekte Betriebsmittel sehr schnell von
der elektrischen Versorgungsspannung abgetrennt.
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Der
Schutzleiter soll nach den deutschen Vorschriften mit der Farbe
grün/gelb
gekennzeichnet sein. In Kabelverbindungen zu Betriebsmitteln mit Metallgehäuse und
in Schutzkontakt-Verbindungsleitungen soll der Schutzleiter in einem
ausreichenden Querschnitt für
die auftretende Stromstärke
passend zu den spannungsführenden
Leitungen mitgeführt werden.
An Schutzkontakt-Steckverbindungen wird der Schutzleiter an die
Schutzkontakte angeschlossen, die für eine durchgehende Verbindung
des Schutzleiters sorgen.
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Stand der Technik
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Beispielhaft
aus dem Stand der Technik seien hier die bekannten Klemmenadapter
(HC-KA) und Kontakteinsätze
(HC-B), die mit einem durchgängigen
PE-Schutzleitersystem ausgestattet sind, angeführt. Siehe Produktkatalog" PLUSCON 2002".TNR 5123513/01.04.02.00
der Firma Phoenix Contact GmbH & Co
KG, Blomberg.
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Mehrpolige
elektrische Steckverbinder mit einem die elektrischen Kontaktelemente
tragenden Isolierkörper,
der eine Steckerseite und eine Leiteranschlussseite aufweist sind
z. B. aus der
DD 242 312
A1 oder
DE 82 15 606
U1 bekannt, oder in der
DE
37 35 312 U1 beschrieben. Das Schutzleitersystem bei diesen
bekannten Steckverbindern besteht in der Regel aus einem elektrisch
leitfähigen
metallischen Haltewinkel, an dem ein Schraubanschluss zur Aufnahme
des Schutzleiters angeordnet ist, wobei diese aus einem Halterungsteil
mit einer einstückigen
Lasche besteht und mit einem Schraubanschluss versehen ist. Das,
wegen der hierfür üblicherweise
verwendeten Blechstärke,
dünne Metallteil
ist zur Aufnahme des Schraubanschlusses mit einem Gewinde versehen,
welches bei einer kräftigen Betätigung leicht überdreht
werden kann. Der Schraubanschluss selbst besteht aus einer Metallschraube
und einer Metallscheibe, die auch als Druckplatte bezeichnet wird
und in viereckiger Plättchenform
schirmartig ausgebildet ist. Die Metallschraube und das Metallplättchen können durch
eine galvanisch aufgebrachten Nickel- oder Zinnschicht korrosionsgeschützt sein.
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Weiterhin
ist aus der
DE 81 25
854 U1 für
einen anzuschließenden
Leiter an einem einzelnen Steckkontakt bekannt, dass man den Nachteil
des Überdrehens
der Klemmschraube beim Einschrauben in dünne Bleche beim Anschluss größerer Leiterquerschnitte
dadurch beseitigen wollte, dass durch eine Doppellage des Bleches
bzw. durch eine Gewindeverlängerung
mittels eines Kantendurchzugs an einen Klemmkäfig, wie aus der
DE 103 15 668 A1 oder
DE 1 690 745 B für den Leiteranschluss
an einen Stromschiene bekannt, den bekannten Nachteil im Bereich
für das
Einschraubgewinde beseitigt hat. Darüber hinaus ist aus der
DE 37 32 267 C1 oder
der
CH 392 658 bekannt,
gerade für
die Verbindung von elektrischen Leitern an dünnen Blechstreifen anstelle von
doppellagigen Klemmkäfigen
auch aus Vollmaterial hergestellte Klemmkäfige zu verwenden.
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Nachteilig
wirken sich bei elektrischen Steckverbindern Vibrationen aus, die
mit einem PE-Schutzleitersystem
mit dieser zuvor beschriebenen herkömmlichern Schraubanschlusstechnik
ausgestattet sind. Eine Vibrationsbelastung kann das Lösen der
Klemmverbindung zwischen dem Schutzleiter und dem Schraubanschluss
bewirken, welches ein Nachziehen der Klemmschraube erforderlich macht
und damit das zuvor beschriebene Problem des Überdrehens bewirkt. Hierzu
wurden die anzuschließenden
Leiter mit Ring- oder Kabelschuhen versehen, die aufwendig unter
Berücksichtigung
der Länge
der Leiter an diesem Schraubanschluss befestigt wurden. Diese Art
der Befestigung ist aufgrund des Leiterancrimpens zeitaufwendig
und durch das ganze Herausdrehen der Befestigungsschraube Bedienungsunfreundlich.
Häufig
passten die Ringschuhe des jeweiligen Leiterquerschnitts nicht zu
dem Befestigungs-Schraubendurchmesser.
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Ein
weiterer Nachteil besteht darin, dass sich bei der zuvor genannten
Schraubanschlusstechnik der geringe Korrosionsschutz von galvanischen Überzügen negativ
auf deren Langzeitfunktion auswirken kann. Die Klemmverbindung kann
bei der Montage des Schutzleiters durch das zu benutzende Werkzeug
an der Oberfläche
beschädigt
werden. Allerdings ist aufgrund des geringen Bauvolumens derartiger
Steckverbinder die bisher bekannte Anschlussvorrichtung für einen
Schutzleiter nicht ohne weiteres mit einem Klemmkäfig ausstattbar.
Hierzu bedarf es zusätzlicher
Ausgestaltungen die eine Verwendung einer Klemmkäfigs ermöglichen. Aus diesen Gründen ist
es jedoch bisher nicht bekannt und vorgesehen gewesen, diese kritische
Stelle des Schutzleiteranschlusses mit Klemmkäfigen für den Anschluss des Schutzleiters
auszustatten. Eine Oberflächenbeschädigung der
Klemmverbindung kann eine Oxidation zur Folge haben. Diese Oxidation
erhöht
das Risiko des Rostens und dessen Folgewirkungen. Die Folgewirkungen
können
beispielsweise aus einer schlecht elektrisch leitenden Klemmstelle
für den
Schutzleiter bestehen.
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Des
weiteren ist die Herstellung des Metallteiles, beispielsweise des
Haltewinkels, durch Einsparung eines Fertigungsschrittes zu rationalisieren. Die
Rationalisierung könnte
darin bestehen die im Metallteil des Haltewinkels für den Schraubanschluss benötigte Gewindebohrung
entfallen zu lassen und somit einen Fertigungsschritt einzusparen.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Steckverbinder
mit einem Schraubanschluss für
das PE-Schutzleitersystem
zu schaffen, welches die vorgenannten Nachteile beseitigt und eine
technische Lösung
vorschlägt,
die es ermöglicht,
den Schraubanschluss so zu gestalten und eine Möglichkeit zu schaffen, die
eine zuverlässige mechanische
Verbindung und einen zuverlässigen elektrischen
Kontakt sicher stellen.
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Erfindungsgemäß wird dieses
Problem durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1
gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich aus den nachfolgenden Unteransprüchen und den nachfolgenden
Beschreibungen.
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Lösungsvorschlag zur Aufgabenstellung
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Um
ein mit diesen Merkmalen der vorliegenden Erfindung ausgestatteten
vielpoligen Klemmenadapter und/oder Kontakteinsätze für elektrische Steckverbinder
zu schaffen, wobei der mit Kontaktelementen tragende Isolierkörper, der
eine Steckerseite und eine Leiteranschlussseite aufweist, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen,
ein PE-Schutzleitersystem
entlang der Querseite einzusetzen, welches aus einem einstückigen,
elektrisch leitfähigen
Metallteil und einer Klemmverbindung besteht, die sich aus einer
Zughülse
mit zugehöriger
Klemmenschraube zusammensetzt.
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Das
einstückige
Metallteil wird vorteilhafterweise aus Messing hergestellt. Andere
elektrisch leitfähige
Werkstoffe sind denkbar. Durch die Stanz-, Falt- und Biegetechnik
ist es möglich,
ein einstückiges
Metallteil in einem Fertigungsschritt derart zu gestalten, dass
die Form einerseits mit Stanzöffnungen in
den Flanschen zur Befestigung mit Schrauben an beispielsweise Schaltschränken und
Halterungselementen zur Befestigung an insbesondere Kontakteinsätzen geeignet
ist, und andererseits ein Metallrahmen für die Zughülsentechnik entsteht, der geeignet ist,
die Zughülsentechnik, ohne
zusätzliche
Elemente, aufzunehmen. Der Metallrahmen besitzt dazu eine untere Öffnung.
Die Öffnung
dient zur Aufnahme der Zughülse.
Im oberen Rahmenteil befindet sich eine Durchgangsbohrung. Bei der
Konfektionierung des einstückigen
Metallteils mit der Zughülsentechnik
wird die Klemmenschraube von oben durch die Durchgangsbohrung eingeführt und
die Zughülse durch
die Rahmenöffnung
von unten hinzugeführt. Die
Verbindung zwischen der Klemmenschraube und der Zughülse erfolgt
durch Eindrehen der Klemmenschraube in die dafür vorgesehene Gewindeöffnung in
der Zughülse.
Einfache Zughülsen
sind aus dem Stand der Technik, beispielsweise aus der
DE 42 28 025 A1 oder
DE 94 08 053 U1 bekannt. Das Zughülsenprinzip
wird beispielhaft in der Reihenklemmen- und Leiterplattenanschlusstechnik
angewendet.
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Die
erfindungsgemäße Zughülse und
die Klemmenschraube bestehen vorteilhafterweise aus einer spannungsrisskorrosionssicheren
hochwertigen Kupferlegierung, wodurch das Risiko des Rostens und
dessen Folgewirkungen, wie unsichere Kontaktverhältnisse und/oder festsitzende
Schraube, ausgeschlossen sind.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Einsatz
der Zughülsentechnik
im PE-Schutzleitersystem für Klemmenadapter
und Kontakteinsätze
wird je nach Bedarf ein bis zu 10 mm2 Anschlussquerschnitt
oder noch größer als
Klemmköperkonzeption
eingesetzt, die das Selbstlockern der Klemmenschraube verhindert.
Die Funktion beruht auf dem Fahrstuhlprinzip. Die Klemmenschraube
stützt
sich bei der Betätigung auf
dem Stromleitstück
(nachstehend als oberer Metallrahmen bezeichnet) ab und zieht den
in der Zughülse
liegenden Schutzleiter gegen die Stromschiene. Aufgrund der hohen
Anpresskraft resultierend aus dem Anzugsdrehmoment der Klemmenschraube verzieht
sich der Klemmkörper
der Zughülse
auch im Bereich der Gewindebohrung. Das bedeutet, die Gewindebohrung
wird aufgrund der elastischen Verformung des Klemmkörpers (Zughülse) unrund.
Durch die unrunde Gewindebohrung entsteht ein Klemmeffekt und die
Gewindereibung nimmt zu. Dieser Klemmeffekt wird durch eine Rille,
die in der Zughülse
im Bereich der Gewindebohrung und der Schutzleiteröffnung zugewandten
Seite angeordnet ist hervorgerufen. Ein Lösen der Klemmverbindung des PE-Schutzleitersystems
durch Vibration wird somit ausgeschlossen. Aufgrund dessen, dass
die Klemmverbindung aus einer hochwertigen Kupferlegierung besteht,
ist ein erhöhter
Korrosionsschutz gegeben, und durch den Einsatz der Zughülsentechnik
entfällt die
bisherige, im Metallteil benötigte
Gewindebohrung für
das Schraubanschluss-Klemmmittel des Schutzleiters. Die Zughülsentechnik
gewährleistet somit
selbst unter Vibrationsbelastung eine zuverlässige mechanische Verbindung
und einen zuverlässigen
elektrischen Kontakt. Ein Nachziehen der PE-Klemmenschraube ist
somit nicht erforderlich.
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Des
Weiteren ist das einstückige,
elektrisch leitfähige
Metallteil des PE-Schutzleitersystems
derart ausgestaltet, dass es auch eine Potentialausgleichsschiene
als voreilenden PE-Anschlusskontakt besitzt. Diesem voreilenden
PE-Anschlusskontakt kommen
zwei Aufgaben zu. Die erste Aufgabe besteht darin, bei schräg stehenden
Buchsen- oder Steckereinsätzen
zuverlässig
den Schutzleiter immer zuerst zu kontaktieren. Die zweite Aufgabe
besteht darin, dass die Potentialausgleichsschiene immer als durchgängiges PE-Schutzleitersystem
funktioniert. Die Durchgängigkeit
des Potentialausgleichs wird bei dem Zusammenschluss, beispielsweise
eines Klemmadapters mit Buchseneinsatz und einem Klemmadapter mit
Steckereinsatz, durch die Potentialschiene immer gewährleistet.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in den Zeichnungen rein schematisch 3 dargestellt
und wird nachfolgend näher
beschrieben. Es zeigt
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1 eine
Schraubanschlussverbindung für PE-Schutzleiter
aus dem Stand der Technik
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2 eine
Schraubanschluss-Klemmenverbindung mit Zughülsentechnik
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3 eine
abgewinkelte Schraubanschluss-Klemmenverbindung mit Zughülsentechnik
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In 1 ist
eine PE-Schraubverbindung aus dem Stand der Technik aufgezeigt.
Diese PE-Schraubverbindung wird an ein Potentialausgleichssystem
(nicht dargestellt) angeschraubt. Die PE-Schraubverbindung dient
der Aufnahme eines grün-gelben
Schutzleiters. Die PE-Schraubverbindung besteht daher aus einer
Metallschraube, die an der Oberfläche mit einer galvanischen
Schicht überzogen
ist und einer viereckig ausgeformten Metallplatte, die den Schutzleiter
klemmt und zur Schraubenkopfanlagefläche hin schirmartig gewölbt ist.
Die Metallplatte ist des Weiteren an der Oberfläche mit Rillen versehen und
ebenfalls galvanisch verzinkt oder vernickelt.
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Bei
dem in perspektivischer Darstellung der 2 veranschaulichten
PE-Schutzleitersystem 1, bestehend
aus einem einstückigen,
elektrisch leitfähigem
Metallteil 2, vorzugsweise aus Messing, ist eine PE-Klemmenverbindung 3 mit
der Zughülsentechnik
dargestellt.
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Das
einstückige
durch Stanztechnik hergestellte und durch Falt- und Biegetechnik
geformte PE-Metallteil 2, besteht aus mindestens einem
Halteelement 4, vorzugsweise zwei Halteelementen 4,
zur Verbindung bzw. Befestigung des PE-Metallteils 2 beispielhaft
an Kontakteinsätzen
(nicht dargestellt). Des weiteren besitzt das PE-Metallteil 2 in abgewinkelter
Form zu den Halteelementen 4 mindestens einen Flansch 5,
vorzugsweise zwei Flansche 5, die mit einer Stanzöffnung 6 im
Flansch 5 ausgestattet sind. Die Öffnungen 6 dienen
zur Durchführung
von Schrauben zur Befestigung des Kontakteinsatzes beispielhaft
in Steckergehäusen
(nicht dargestellt), Schaltschrankdurchführungen (nicht dargestellt) oder
zur Montage an Adapterplatten (nicht dargestellt).
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Das
PE-Metallteil 2 ist senkrecht zum Flansch 5 und
parallel in Richtung der Halteelemente 4 weitergeführt und
endet nach Bildung eines U-förmigen
Metallrahmens 7. Der U-förmige Metallrahmen 7 dient
zur Aufnahme der PE-Klemmenverbindung 3 aus
der Zughülsentechnik.
Die PE-Klemmenverbindung 3 besteht aus einer Zughülse 8 und
der zugehörigen
PE-Klemmenschraube 9. Zur Aufnahme der Zughülse 8 besitzt
der U-förmige
Metallrahmen 7 mehrere Öffnungen.
Eine vordere und hintere Öffnung,
die den Zugang für
den PE-Schutzleiter zur Schutzleiteröffnung in der Zughülse 8 ermöglicht.
Die untere Öffnung 10 dient
zum Einführen
der Zughülse 8 zwischen
die beiden Schenkel 11 des U-förmigen Metallrahmens 7.
Die Schenkel 11 des U-förmigen Metallrahmens 7 bilden
die Führungsseitenwände 12 für die Zughülse 8,
die zwischen den Führungsseitenwänden 12,
wie beim Fahrstuhlprinzip, gleiten kann. Das Gleiten der Zughülse 8 nach
oben oder unten erfolgt durch das Verdrehen der PE-Klemmenschraube 9.
Dazu wird die PE-Klemmenschraube 9 in die gestanzte Durchgangsbohrung 13 im
oberen Teil des Metallrahmens 7 eingesetzt und in die vorgesehene Gewindebohrung 14 der
Zughülse 8 eingedreht.
Das weitere Verdrehen der PE-Klemmenschraube 9 bewirkt,
dass die Zughülse 8 verschoben
wird. Ist ein PE-Schutzleiter in die Zughülse 8 eingesteckt,
wird beim Verdrehen der PE-Klemmenschraube 9 der PE-Schutzleiter
mit der Zughülse 8 gegen
die PE-Klemmenschraube 9 gepresst, in 2 nicht
dargestellt.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
eines einstückigen
PE-Metallteils 2 (siehe 2) besitzt der
U-förmige
Metallrahmen 7 zur Aufnahme der Klemmenverbindung 3 noch
eine zusätzliche
abgewinkelte Stromschiene 15, die am U-förmigen Metallrahmen 7 derart
angeordnet ist, dass die Stromschiene 15 in die PE-Schutzleiteröffnung 16 der
Zughülse 8 eingreift.
Durch die Stromschiene 15 wird sichergestellt, dass auch
dünne PE-Anschlussschutzleiter beim
Verfahren der Zughülse 8 sicher
im flachen Klemmkörperboden 17 einwandfrei
geklemmt werden. Querriefen 18 in der unteren Seite, also
der dem PE-Schutzleiter zugewandten Seite, der Stromschiene 15,
die parallel zum Klemmkörperboden 17 und tangential
zum eingelegten PE-Schutzleiter verlaufen, sorgen zusätzlich für ein Durchbrechen
möglicher
Oxidschichten auf dem PE-Schutzleiter. Vor allem aber sorgen die
Querriefen 18 für
einen zerrfesten PE-Schutzleiteranschluss
und stellen somit gute Kontaktbedingungen sicher.
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Bei
dem einstückigen
Metallteil 2 verläuft senkrecht
zu den Flanschen 5 und gegenüber der abgewandten Seite der
dem Metallrahmen 7 aufnehmenden Klemmverbindung 3 noch
eine Potentialausgleichsschiene 19 in Form eines voreilenden
PE-Anschlussschutzkontaktes 20.
Der voreilende PE-Anschlussschutzkontakt 20 stellt
bei der Montage von schweren Industriesteckverbindern ein durchgehendes
PE-Schutzleitersystem 1 sicher.
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Das
in 3 dargestellte PE-Schutzleitersystem 1 bestehend
aus einem einstückigen,
elektrisch leitfähigen
Metallteil 2 und einer Klemmenverbindung 3 mit
Zughülsentechnik
unterscheidet sich in der Ausführungsform
zu 2 dahingehend, dass die Klemmenverbindung 3 nicht
senkrecht zur Potentialschiene 19 steht und nicht parallel
zu den Flanschen 5 verläuft,
sondern das der U-förmige
Metallrahmen 7, der zur Aufnahme der Zughülsentechnik dient,
am Metallteil 2 abgewinkelt angeordnet ist. Die Neigung
der Klemmenverbindung 3 beträgt in etwa 30–60 Grad,
vorzugsweise 45 Grad zur senkrechten Fläche der Flansche 5.
Andere Neigungswinkel außerhalb
der zuvor genannten Winkelgrade sind denkbar.
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Die
wahlweise mit Buchsen- oder Steckverbindern ausgestatteten Klemmenadapter
mit dem erfindungsgemäßen PE-Schutzleitersystem 1 werden vorzugsweise
mit der in 3 dargestellten abgewinkelten
PE-Schutzhülsentechnik
gefertigt.
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- 1
- PE-Schutzleitersystem
- 2
- Einstückiges Metallteil
- 3
- Klemmenverbindung
- 4
- Halteelement
- 5
- Flansch
- 6
- Stanzöffnung
- 7
- Metallrahmen
- 8
- Zughülse
- 9
- Klemmenschraube
- 10
- Untere Öffnung
- 11
- Schenkel
- 12
- Führungsseitenwände
- 13
- Durchgangsbohrung
- 14
- Gewindebohrung
- 15
- Stromschiene
- 16
- Schutzleiter-Öffnung
- 17
- Klemmenkörperboden
- 18
- Querriefen
- 19
- Potentialausgleichsschiene
- 20
- Anschlusskontakt